盖挖逆作分幅施工工法在地铁车站工程施工中的应用.pdf

中国建筑 2013 年技术交流会论文集 盖挖逆作分幅施工工法在地铁车站工程 施工中的应用 盖挖逆作分幅施工工法在地铁车站工程 施工中的应用 梁俊峰 刘逸波（中建交通建设集团有限公司，北京，100142）摘要：本文主要针对几项主流地铁车站施工工法比较，得出各项施工工法的优缺点，并通过某地铁车站的具体施工，对盖挖逆作分幅施工法进行分析，进而得出该工法的特点及施工注意事项，可为以后类似工程提供借鉴。关键词：地铁车站 施工工法 对比 盖挖逆作 分幅 优缺点 1 前言 1 前言 地铁车站的施工是地铁建设的重要组成部分，其投资大、建设时间长，施工要求高。地铁车站的施工方法有很多种，选用何种工法直接关系到车站建设的造价、进度和安全。在深入分析建设方案、水文工程地质、周边环境的基础上，因地制宜，采用适合本城市、本地区的施工方法，可以收到良好的经济效益和社会效益。1 地铁车站施工工法 1 地铁车站施工工法 地铁车站施工方法主要分为明挖法、暗挖法和盖挖法。1.1 明挖法 1.1 明挖法 明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工，关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其适用于浅埋车站、有宽阔的施工场地，可修建的空间比较大，具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点，但因对城市生活干扰大，应用受到各种因素的限制，尤其是当地面交通和环境。1.2 暗挖法 1.2 暗挖法 当车站埋深超过一定限度后，明挖法不再适用，而要改用暗挖法，即不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。施工时，须先开挖出相应的空间，然后在其中修筑衬砌。暗挖法受工程地质和水文地质条件的影响较大；工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差；暗挖法施工对地面影响较小,但埋置较浅时可能导致地面沉陷；有大量废土、碎石须妥善处理。1.3 盖挖法 1.3 盖挖法 盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。盖挖法又可分为顺作和逆作。1.3.1 盖挖顺作法 1.3.1 盖挖顺作法 盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的标准覆盖结构置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。最后，视需要拆除挡土结构外露部分并恢复道路。1.3.2 盖挖逆作法 1.3.2 盖挖逆作法 盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的围护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑围护结构多采用地下连续墙或围护桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止围护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。736筑龙网中国建筑 2013 年技术交流会论文集 以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。1.4 各类施工工法分析 1.4 各类施工工法分析 下面针对以上三种施工方法的特点进行比较，见表 1 表 1 明挖法、暗挖法和盖挖法的各项数据对比表 Table 1Open-cut method,tunneling method and the data cover digging method comparison table 施工方法 明挖法 盖挖法 矿山法 顺作 逆作 结构形式 双层双跨或三跨 单层双跨或三跨 双层双跨或三跨 施工周期（年）1 1-1.5 1.5 2 对地面交通影响 1 年 0.5-1 年 少有影响 站厅层面积（m)4000-5000 4000-5000 1000 4000-5000 施工难度（工程质量）易 较易 难 施工安全性 较好 较好 好 较差 房屋管线拆迁及占地大 较小 小 土建造价 1 1.1-1.2 1.2-1.5 1.52.0 使用效果 好 好 差 较好 1.5 主要特点对比结果 1.5 主要特点对比结果 1.5.1 对管线及周边环境影响 1.5.1 对管线及周边环境影响 明挖法施工对管线和周边环境影响大，该施工方法占地面积最大，导致周边管线改移工程量大。同时对周围建筑物的沉降有较大影响，会引起大量拆迁。如果是在闹市区进行明开作业，施工产生的噪音、废气、强照明以及明挖基坑自身风险都将会对周边环境造成影响，一般影响时间在 1 年以上。盖挖法施工对管线及周边影响较小，主要体现在影响时间和影响范围方面。盖挖法对管线及周边环境影响主要体现在顶板施工期间，只要盖挖顶板施做完毕即可恢复交通及管线，一般影响时间为 68 个月的时间。暗挖法施工采取地下施工方式，对周围交通和环境影响很小，施工时对路面交通基本没有干扰，对地下管线的改迁少，而且地面拆迁量也少。1.5.2 施工难度 1.5.2 施工难度 明挖法施工技术简单、快捷、易于操作，工程质量容易把控。盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程（土方开挖、防水、结构施工等）在封闭的顶盖下进行施工，施工难易度在明挖法和暗挖法之间。暗挖法施工难度大，该施工方法不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工，由于地铁车站多为埋深浅，结构断面大，顶部土体的成拱能力、自稳能力差，开挖前需进行预加固。暗挖车站施工工序复杂，结构转换次数多，对土体扰动大，施工时必须采取一系列的辅助措施并用量测监控进行信息化设计，以确保施工安全，严格控制地面沉降，以维持地面正常交通和地下管线安全。同时暗挖法施工由于工序复杂及作业条件相对较差，导致施工质量较难把控。1.5.3 对交通影响 1.5.3 对交通影响 明挖法施工对交通影响最为明显，该施工方法主要表现在施工占道时间长，占道施工贯穿于整个地铁施工周期。盖挖法施工对交通影响一般，该施工方法占道时间较短，占道施工主要贯穿于结构顶板737筑龙网中国建筑 2013 年技术交流会论文集 施工完成之前。暗挖法施工对周围交通影响最小，如暗挖竖井占道施工，则仅需对竖井周边进行局部导行即可。1.5.4 土建造价 1.5.4 土建造价 明挖法施工简单、工程实体造价最低，但由于前期专项工作较多，管线迁改、商业补偿、施工占地等费用存在不确定性。盖挖法施工在一定条件下造价介于明挖法和暗挖法之间，一般可估算盖挖车站造价是明挖造价的 1.5 倍。暗挖法施工因为工程自身风险大，进度缓慢，耗费最大；同时由于施工难度较大，土体的预加固、预支护、各种辅助措施的采用使得暗挖法实体工程的造价较其它施工方法高，且施工中需根据现场的量测信息调整设计，因此投资控制的难度大。一般可估算暗挖车站造价是明挖造价的 2 倍。2 盖挖逆作分幅施工 2 盖挖逆作分幅施工 以北京地铁 14 号线某车站为例，该地铁车站施工位于城市主干道下方，地下管线情况复杂，改移难度大；车站两侧为繁华商业中心，施工占地困难，交通疏解困难。原设计方案为明挖法施工，后变更为盖挖逆做法分幅施工，将车站顶板分为两期施工，在大量减少各项前期专项工作的同时，实现尽早开工。2.1 施工步序 2.1 施工步序 盖挖逆作分幅施工主要分为三期进行施工，详细施工步序见图 1-图 8。图 1 施工中间柱及边桩Fig.1 Construction of the middle column 图 2 分幅开挖至顶板 Fig.2 Excavation to roof framing 图 3 分幅施工顶板，右半幅顶板进行围挡防护 Fig.3 Roof framing construction，Right demi protective roof for Weidang 图 4 恢复一侧交通，施工另一侧，施工围挡移至左侧 Fig.4 Restore traffic on one side,the other side of the construction，Workers Weidang to the left 图 5 分幅开挖至顶板 Fig.5 Excavation to roof framing 图 6 顶板施工，恢复交通，施工围挡拆除 Fig.6Roofconstruction,restore traffic，Construction demolition Weidang图 7 施工中板、侧墙 Fig.7 Construction plate,side walls 图 8 施工底板、侧墙，完成 Fig.8 Construction floor,side walls,complete 车站一期按照施工步序进行右半幅现场围挡施工，支护系统完成后进行车站顶板基坑围738筑龙网中国建筑 2013 年技术交流会论文集 护结构施工，以及车站结构围护桩和中间桩、柱施工，接着进行右半幅顶板上方土方开挖，土方开挖到设计要求之后进行右半幅顶板钢筋和混凝土施工，最后进行各项临时管线改移。车站二期回填右半幅顶板基坑土方，现场施工围挡移至左半幅，恢复右半幅道路交通，进行左半幅车站顶板基坑围护结构施工，以及车站结构围护桩和中间桩、柱施工，随后进行左半幅顶板上方土方开挖，接着进行左半幅顶板钢筋和混凝土施工，顶板施工时根据地下施工土方量和进度要求预留出土洞口，最后临时或永久恢复顶板上管线。车站三期回填左半幅顶板基坑土方，拆除左半幅施工围挡，根据施工需求重新进行现场围挡施工，恢复车站上方道路交通，通过预留施工孔进行负一层土方和结构（车站中板和负一层侧墙）施工，最后进行负二层土方和结构（车站底板和负二层侧墙）施工。2.2 交通导改 2.2 交通导改 盖挖逆做法分幅施工有效解决了施工方交通导改难题，该施工方法基坑暴露时间短，可尽快恢复路面，由于采用盖挖逆作分幅施工，同时交通导行灵活，施工占道施工时间短。顶板结构施工完成恢复道路交通，进行顶板土方回填时，要求加强土方回填的质量控制和道路铺设的质量控制。2.3 管线改移 2.3 管线改移 盖挖逆做法分幅施工有效缓解了施工方管线改移难题，地铁车站一般均处于城市闹市区，地下管线众多，采用明挖法施工时，需迁改管线数量较多，迁改工程量大，且难以找到迁改路由。特别是有大直径、大断面管线时，经常会出现牵一发而动全身情况，即带动周边多条管线需改移，增加改移数量。采用分幅盖挖法施工，车站结构施工影响到的管线可分期进行改移，同时可使用先施工完成的半幅顶板作为下一期管线的迁改路由，半幅顶板至少 10 米宽的管线改移路由，这在闹市区是相当宝贵的，管线改移示意图见图 9。某地铁车站中水管线商业中心绿化区大断面雨水管线通信光缆某地铁车站现场管线原状示意图某地铁车站采用明挖法施工管线改移示意图某地铁车站车站采用分幅盖挖逆作施工法，管线改移示意图一期改移二期改移某地铁车站车站完工恢复原状商业中心绿化区商业中心绿化区商业中心绿化区中水管线大断面雨水管线通信光缆中水管线大断面雨水管线通信光缆中水管线大断面雨水管线通信光缆 图 9 盖挖分幅逆作法管线改移示意图 Fig.9Cover dig framing schematic Reversed pipeline diversion 2.4 围护桩及中桩施工 2.4 围护桩及中桩施工 盖挖逆作分幅顶板施工前首先进行围护桩、降水井或止水桩和中间桩、柱施工，中间桩和中间柱是是盖挖逆作分幅施工工法的关键工期，应优先组织施工，同时也是该施工工法中的重点和难点，施工流程见图 10 和图 11，具体施工技术及注意事项不再赘述，可参考盖挖逆作法地铁车站中间柱施工技术（炊鹏飞、梁俊峰）。739筑龙网中国建筑 2013 年技术交流会论文集 图 10 中间桩施工流程图 Fig.10Intermediate pile flowchart 图 11 中间柱施工流程图 Fig.11 Middle column construction flowchart 2.5 分幅顶板施工 2.5 分幅顶板施工 盖挖逆作分幅施工工法内的顶板施工分为两期，分做左右半幅进行围护桩、中间桩、中间柱、顶板土方和顶板结构施工，主要施工步序见图 1-图 6。关于车站顶板基坑支护系统，如果施工现场场地条件充裕，可以采用步序图中的放坡配合土钉支护工法；如果现场场地条件不宽裕，一般采用小直径围护桩作为支护系统，分为左右半幅进行施工。该工法存在一个问题，即是左半幅顶板施工完毕进行右半幅顶板进行土方开挖时，需要将中间的围护桩凿除，导致左半幅土方失去支护。对此，相应的解决措施一般是施工左半幅土方回填之前，施工临时挡墙，作为后半幅顶板基坑围护结构，见施工图 12。图 12 挡土墙示意图 Fig.12 Schematic retaining wall 2.6 土方施工 2.6 土方施工 车站顶板土方为明开法施工，顶板下土方开挖在洞内进行。预留出土口是洞内土方外运的唯一途径，所以在顶板施工时要尽可能多的预留出土口，为了保证地下土方施工的进度，盖挖施工顶板上至少保证 3 个出土口，有条件的话按 5-6 个预留。盖挖土方外运常用的有皮带机出土机出土和吊车或龙门架垂直出土两种方式（见图 13和图 14）。钻机成孔 吊装钢护筒及钢筋笼砼浇筑凿桩头、后注浆安装、浇筑定位器定位钢管柱浇筑杯口砼浇筑钢管柱砼施工挡土墙 施工挡土墙 740筑龙网中国建筑 2013 年技术交流会论文集 图 13 皮带机出土图 14 小型龙门吊出土 Fig.13Belt conveyor unearthedFig.14Gantry unearthed 2.7 钢筋施工 2.7 钢筋施工 盖挖逆作分幅施工，为保证两幅顶板混凝土的连接质量和防水效果，必须在进行顶板施工时东、西半幅之间采用企口式连接，所以企口处的钢筋要进行合理的配置，上下排钢筋长度差为企口的宽度。企口处钢筋、防水做法见示意图 15。图 15 企口处钢筋、防水做法示意图 Fig.15I stand at the bar,waterproof schematic approach 顶板分幅施工企口钢筋甩头，以及顶板、中板预留下层侧墙的钢筋甩头，由于施工工序转换，均处于土壤中至少为 4-6 个月，所以钢筋甩头必须采取必要的保护措施，以防被锈蚀，影响后期使用。进行底板和负二层侧墙施工时，首先进行底板施工，施工时预留负二层侧墙甩筋，由于施工偏差等诸多因素，侧墙钢筋若采用直螺纹连接需每根对照现场实际长度下料，很难保证施工质量，故负二层侧墙钢筋建议采用焊接工法，同时按要求纵向受力钢筋接头应相互错开。2.8 模板施工 2.8 模板施工 盖挖逆作法车站分幅顶板和中板通常采用地模施工，地模是利用现状地层作为模板支撑系统,在现有地层上进行板的施工。地模施工可以节省大量脚手架，施工安全性高，同时可缩短模板施工工期。一般常用的地模施工工艺有三种：砖质地模施工工艺、方木配合竹胶板施工工艺及混凝土地模施工工艺，施工时根据不同地质及现场情况选择采用。地模施工时，根据规范及现场土质情况,需要考虑模板预拱度及预留沉降量，预拱度一般控制在跨径的 24，预留沉降量在+0.81.5cm。已完工的地模要减少扰动。741筑龙网中国建筑 2013 年技术交流会论文集 施工顶板、中板时预留侧墙钢筋位置，可通过电钻按照设计侧墙钢筋的大小和间距在地模上开孔，有效保证预留侧墙钢筋的位置准确。2.9 盖挖逆作分幅施工的优点 2.9 盖挖逆作分幅施工的优点 1、盖挖逆作法分幅施工基坑暴露时间短，占道施工时，可尽快恢复路面，交通导行灵活；2、盖挖逆作顶板分幅施工，对应管线可分期改移，同时通过分幅顶板施工获得 10 米左右的管线改移路由，可有效缓解管线改移难题；3、结构自上而下施工，由结构自身的顶板、中板及中柱边桩共同形成支撑体系，刚度大，环境及人为影响因素小，更为安全；4、盖挖逆作分幅施工除顶板外，几乎不受季节影响，无冬施要求，低噪音、少扰民。操作空间大，施工环境相对好。2.10 盖挖逆作分幅施工的缺点 2.10 盖挖逆作分幅施工的缺点 1、盖挖逆作分幅施工时，顶板增加一条通长施工缝，如处理不当将会影响结构正常使用；2、与盖挖逆作全幅施工相比，分幅施工由于增设分幅围护桩、顶板挡土墙，以及分幅施工工序转换，造成施工工期及造价均会相应增加。3 结论 3 结论 盖挖逆作分幅施工工法可有效解决目前地铁施工中相对突出的各项前期问题，如管线改移，交通导改，施工占地等，以促进工程提前开工，同时有效控制前期工作费用的投入。盖挖逆作分幅施工工法结构施工时，重点控制部位是顶板分幅施工缝、板墙施工缝和板柱梁节点的防水、钢筋、地模及混凝土施工，采取相应施工措施，即可有效控制施工质量。参考文献：参考文献：1高志宏。浅谈明挖法地铁车站的设计分析方法J。甘肃科技。2010 年 09 期。（GaoZhihong.On the open-cut method subway station design analysis method J.Gansu Science and Technology.2010 09.（in Chinese）2刘国琦。杜文库;我国地铁施工技术的发展及展望J。施工技术。1996 年 01 期。（Liu Guoqi.DU library;technology development of subway construction and Prospect J.Construction technology.1996 01.（in Chinese）3谢仁德。谈谈盖挖法J。都市快轨交通。1988 年 02 期。（XieRende.Talk about the cover digging method J.Urban Rapid Rail Transit.1988 02.（in Chinese）4萧岩,汪波,王光明。盖挖法和盖挖法施工J。市政技术。2004 年 06 期。（xiaoYan,WangBo,WangGuangming.Cover and cutandcover excavation construction methodJ.Municipal Engineering technology.In 2004 06period.（in Chinese）5邵根大。地铁车站施工采用盖挖逆筑法J。现代城市轨道交通。2004 年 02 期。（Shao root larger.Subway station construction dig construction method using cover J.Modern urban rail transit.2004 02.（in Chinese）作者介绍：梁俊峰，男，1979 年，山西忻州人，北京交通大学土建学院，邮箱：，研究方向：地下工程。刘逸波，男，1986 年，江苏苏州人，南京工业大学信息学院，邮箱：，研究方向：地下工程。742筑龙网