鐵路車站改造工程深基坑支護及頂板無縫施工技術

1站前中心廣場項目鐵路站北廣場綜合交通中心項目（見圖1）是2008年上海世博會的重要工程之一和2010年上海世博會的配套項目。工程東臨大統路,西至上海長途客運總站,南至鐵路上海站,北至中興路,總占地面積約12萬m2。北廣場綜合交通樞紐整體工程由4個子工程組成:路局區域的改造改建工程、站前中心廣場的建設工程、公交樞紐點的建設工程和周邊配套路網的建設工程。建成的站前中心廣場占地面積約3.9萬m2,設計為地下2層結構,其中地下1層為人行換乘通道、出租車上下客區域;地下2層為社會車輛停車庫、設備用房等。這樣可實現火車、軌交、長途客運、出租車、公交車等的“零換乘”。新建成的北站屋總建筑面積為1.5萬m2,是原站屋的3倍。規劃的公交樞紐(共10條公交線路)位于廣場東西兩側,建成后將采用東進東出、西進西出的交通組織方式。大統路、中興路、恒豐北路等8條周邊道路的改建工程現已基本完成。貫穿南北廣場的大統路地道北延伸工程7月底前已完工。經過改造,原先狹窄的中興路成為一條雙向8車道的站前交通大動脈。2基坑工程現狀(1)鐵路上海站北廣場地區復雜的地質條件,給基坑安全帶來隱患。區域內自然地面以下2m范圍內都是經反復改造后留下的雜填土,雜填土以下有厚度達13m的(2)3層灰色砂質粉土,基坑開挖深度范圍以(2)3灰色砂質粉土為主,而且還有眾多原有建筑物留下的障礙物,如:原有建筑物的樁基、地下室混凝土板墻結構、廢棄的地下掩體等。給工程的圍護結構、樁基等施工質量和進度帶來較大的影響。(2)周邊環境復雜,基坑工程變形控制要求高。鐵路上海站北廣場綜合交通樞紐工程的主體工程基坑占地面積為3.5萬m2,開挖深度11.8m。基坑距離運營中的軌交1號線及區間隧道、軌交3號線和4號線間的最小距離僅為7.5m。基坑西側和北側為孔家木橋路和中興路,市政道路下管線眾多;在距離基坑3.5m以外還有北廣場大酒店、中祥賓館2幢高層。由此可見,基地周邊環境復雜,主體工程基坑保護要求很高。(3)基地可利用的施工場地有限。因主體工程基坑面積較大,地下室邊界基本撐足周邊現存建(構)筑物的退界范圍。基地東側為軌道交通1號線車站及區間隧道,南側為軌交3號和4號線車站及區間軌道。從變形控制、保護周邊環境角度出發,應限制東南兩側施工階段的施工荷載,并不應作為施工場地。西側則鄰近上海長途客運總站,僅存的空間也難以滿足施工期間的場地需要。根據基地的實際情況,基坑施工期間的主要出土流向為北側除北廣場大酒店及中祥賓館以外的區域。另外,在該基坑施工的同時,周邊道路也在進行改造,使原本就不大的施工區域更顯局促。(4)工程工期緊。根據工程的總體進度安排,北廣場綜合交通樞紐需在世博會之前全部改造完成。北廣場地下空間改造期間,客流將全部集中到南廣場,導致南廣場的客流量及壓力陡增,正常運營期間尚可承受,至春運期間將無法容納如此大的客流量。2009年1月14日春運開始前,曾要求北廣場地面必須恢復作為客流集散場所。3關鍵技術3.1區域施工方法的確定2009年1月14日春運開始之前,按照主體工程頂板必須恢復作為客流集散場的工期節點要求,主體工程擬采用逆作法施工工藝。但考慮到主體工程基坑東南兩側緊鄰地鐵車站等因素,決定利用臨時隔斷樁在基坑靠近地鐵一側留設25m寬的順作區域,順作法具速度快的優點,可在最短的時間內完成25m寬的區域施工,避免由于基坑暴露時間過長對運營中的軌交造成較大影響。最終主體工程采用了順、逆作法相結合的施工方法。順作區域在逆作區域底板完成后再行施工,其施工流程如下:圍護結構→樁基→土體加固→逆作區域降水→逆作區域首層土方開挖→逆作區域頂板結構→逆作區域2層土方開挖→逆作區域中板結構→逆作區域3層土方開挖→逆作區域底板結構→順作區域首層土方開挖→順作區域首道支撐→順作區域2層土方開挖→順作區域2道支撐→順作區域3層土方開挖→順作區域3道支撐→順作區域4層土方開挖→順作區域底板結構、拆撐→順作區域中板結構、拆撐→順作區域頂板結構、拆撐。主體工程基坑采用上述順、逆相結合的施工方法有以下優點:(1)在基地可利用施工場地緊張的情況下,進行逆作施工時可將順作區域作為施工場地。(2)縮短由于基坑開挖面積過大而造成的基坑長時間暴露,減小對周邊環境的影響。3.2頂板混凝土澆筑由于主體結構采用逆作法施工,頂板在施工期間要供重車行走,不便在頂板上留設后澆帶,又因2009年春運開始之前主體工程頂板須作為客流集散場所,所以主體工程頂板結構采用了混凝土無縫施工技術。主體結構頂板呈不規則形,最長242m,最寬205m,板厚25cm,結構采用C35補償收縮混凝土,頂板混凝土抗滲等級為S8。頂板補償收縮混凝土水中14d限制膨脹率>1.5×10。頂板混凝土摻加具有抗裂作用的膨脹纖維抗裂防水劑,抗開裂性能比>70%。由于鋼筋混凝土結構面積很大,取消后澆帶的做法后,無縫施工法須憑結構特點靈活運用。根據混凝土補償緊縮的原理,在緊縮應力、溫差會集的地方,采用膨脹增強帶代替后澆帶,膨脹增強帶寬1m,兩側設置鋼絲網片,為防止混凝土澆搗時的沖擊力破壞鋼絲網片,在上下層鋼筋之間焊接16mmue591250mm的雙向鋼筋增強網。混凝土澆筑時,注意嚴防其它部位混凝土進入膨脹增強帶內,以免影響效果。膨脹增強帶處超長無縫頂板混凝土澆筑在兩側混凝土澆筑完畢后進行。混凝土采用塔吊吊斗和混凝土輸送泵運送。膨脹混凝土只有蓄水養護,才能發揮其膨脹性能:混凝土收平后,應立即灑水潤濕,再用塑料膜細密籠罩,也可加蓋1層麻袋。為了確保混凝土蓄水養護,在頂板的臨邊洞口邊上均設置圍堰,以保證蓄水高度,避免混凝土干縮,蓄水養護時間不得少于14d。頂板的無縫施工法給逆作法施工帶來了很大的便利,大大緩解了因場地狹小給施工造成的困難,同時也解決了結構板的滲漏問題。3.3硬切割工藝大一些2個混凝土基礎施工,主要特點如下施工區域內,針對部分圍護結構位置與原建筑物拆除后留下的地下室底板和樁基位置相沖突的情況,以及因該處圍護結構距軌交3號、4號線僅7.5m而無法進行清障和地下連續墻圍護結構施工的情況,該處圍護結構采用了硬法切割咬合樁。這種樁是對傳統咬合樁的一次重大改進,即采用硬切割工藝進行施工,它具有以下顯著優勢:(1)采用不摻緩凝劑的普通混凝土作為樁體材料,完全突破了既有工藝對緩凝劑效用的依賴,解除了傳統工藝在時間和空間上的約束,即便在極為復雜惡劣的地質環境下,仍可保證工程質量。(2)當鄰樁混凝土強度達到終凝后再進行硬切割,有效避免了相鄰孔混凝土發生管涌的風險。(3)采用的設備可在成樁過程中直接清除各種深層復雜障礙物,在硬切割實施過程中采用360(°)全回轉切割,切割時不會損害樁身。(4)創新采用了雙序列樁分離施工流程,當場地狹小時可先將2個序列樁各自流水實施,而無需反復跳打,從施工管理和場地安排上都更為便捷。硬法切割咬合樁不但有利于施工安排和樁基質量的保證,并且能夠有效地清理施工范圍內的堅硬障礙物,同時達到止水、防滲的施工效果,從而完成基坑圍護結構的施工,此法對地質條件復雜的區域尤為適用。3.4基坑土方開挖和結構施工根據卸載平衡效應理論,基坑開挖時必須嚴格遵循“分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”的開挖原則;做好基坑排水,減小坑土暴露時間,完成一小段開挖和墊層的時間控制在6-8h;能可靠、合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力,達到保護環境的目的。(1)分區施工。遵循“劃大為小、分區施工”的總體原則,在基坑土方開挖和結構施工階段實行分段施工方案。根據頂板、中板、底板不同的受力工況,對其進行劃分。在進行挖土和結構施工時,按照由基坑周邊向中心圍合的施工流程,確保基坑周邊板帶最先成效,形成環形支撐,隨后施工基坑中部結構板,最終形成橫向支撐,以減少基坑變形。(2)抽條開挖。基坑靠近地鐵一側留設的25m寬的順作區域采用抽條開挖,減少由于基坑施工卸載引起的地鐵隧道變形。順作區域的長度共計128m,對其延短方向進行抽條開挖,開挖寬度控制在6m左右,并按照抽條寬度,支撐隨挖隨撐,墊層在抽條開挖到底標高后及時澆筑混凝土。(3)挖土工況。按照基坑實際占地面積及開挖深度,基坑內總土方量約為41萬m3。逆作區域基坑開挖平面工況由基坑周邊逐漸向基坑中心位置靠攏,采用盆式開挖,在基坑周邊留設寬為10m的被動土,然后向基坑內1:2放坡。被動土的保留可以在上層梁板結構形成支撐前減小基坑的變形,以保護基坑周邊環境。在上層梁板結構形成支撐后,同樣采用盆式開挖第2層土方,但根據受力情況的不同,適當增加分塊數量,以減小基坑變形。4有助于維護基坑施工質量鐵路上海站北廣場綜合交通樞紐主體工程采用順、逆相結合的施工工藝,從根本上解決了工期緊、場地小、環境保護要求