當(dāng)今國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)隧道防水365JT技術(shù)比較談
黃明昌 胡曉虎
上海市隧道工程軌道365JT交通365JT設(shè)計(jì)研究院
1 概述?
1.1 工程概況?
崗廈站為深圳市地鐵一期工程一號(hào)線上的一座車站，它位于福華路與彩田路交匯處地下，車站在福華路下方，橫穿彩田路，呈東西向布置。車站有效站臺(tái)長(zhǎng)度中心里程為CK7+194.951。?
車站周圍建筑物和人口密集，福華路與彩田路交通十分繁忙。在福華路與彩田路交匯處的四角為高層建筑，車站西部南北兩側(cè)為結(jié)構(gòu)較差的八層民房。站區(qū)范圍地下管線眾多，計(jì)有雨水、污水、給水、煤氣、電力電纜等30多條，其中彩田路東西兩側(cè)雨、污水管埋深4m多，特別是彩田路東側(cè)11萬(wàn)伏電纜埋設(shè)于車站上方。在車站西南側(cè)14m處有較大斷面的電纜隧道。?
車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層三跨框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)220.1m，寬21.9m，高12.8m，埋深16m多。車站及周圍環(huán)境詳見圖1車站總平面圖。
1.2 車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
崗廈站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除滿足一般地鐵車站設(shè)計(jì)要求外，在車站投標(biāo)、初步設(shè)計(jì)期間以及隨后的365JT施工圖設(shè)計(jì)中，深圳市交管局、供電局、國(guó)土365JT規(guī)劃局、業(yè)主和專家對(duì)車站設(shè)計(jì)分別提出了一些特殊的要求，涉及結(jié)構(gòu)上的主要有下面幾點(diǎn)；?
(1) 在車站8個(gè)月施工期間，要求彩田路半幅施工、半幅通車，并在8個(gè)月后全幅通車。?
(2) 11萬(wàn)伏電纜改遷費(fèi)用大，且無(wú)處遷移，要求車站施工中采取原地保護(hù)措施，保證正常供電。?
(3) 彩田路范圍內(nèi)車站頂板要落低至地面下4.5m，以滿足彩田路雨、污水管的埋設(shè)要求。由此帶來(lái)中部站廳層層高降低，業(yè)主要求該處設(shè)中庭，以便站廳層和站臺(tái)層連成一體，增加視覺(jué)高度效果。?
(4) 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)不采用地下連續(xù)墻，建議采用造價(jià)較低的矩形人工挖孔樁。?
1.3 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件?
站區(qū)范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)、沖積層(Q4al)及第四系殘積層(Q4el)，下伏燕山期花崗巖(r53)，各地層分布詳見圖2車站地質(zhì)縱斷面圖。
圖2 車站地質(zhì)縱斷面圖
1.3.1 工程地質(zhì)條件?
(1) 人工堆積層?
① 素填土(粉質(zhì)粘土)：主要為堅(jiān)硬狀態(tài)，局部為硬塑，含砂礫及少量碎石，為中壓縮土，層厚0～8.0m。為Ⅱ類土，Ⅰ類圍巖。?
② 素填土(粘土)：主要為堅(jiān)硬狀態(tài)，局部為硬塑、可塑，為中壓縮土，層厚0～7.5m，為Ⅱ類土，Ⅰ類圍巖。?
(2) 沖積層?
① 粘土：主要為堅(jiān)硬狀態(tài)，局部為硬塑、可塑，局部含砂礫，層厚0～5.9m。為Ⅱ類土，Ⅱ類圍巖。
② 粉質(zhì)粉土：主要為硬塑狀態(tài)，局部為軟塑、堅(jiān)硬，含砂礫，為高壓縮土，層厚0～?6.8m。為Ⅱ類土，Ⅱ類圍巖。?
③ 粉砂：松散，很濕～飽和，局部含粉粒、粘粒及少量有機(jī)質(zhì)，層厚0～4.1m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?
④ 中砂：松散～中密，飽和，含粉粒、粘粒，層厚0～4.9m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。? ⑤ 粗砂：松散～稍密，飽和，含粉粒、粘粒，層厚0～3.4m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。? 上述砂層分布于車站西端與區(qū)間交界處。?
(3) 殘積層?
① 砂質(zhì)粘性土：主要為堅(jiān)硬狀態(tài)，局部為硬塑、可塑、軟塑，為高壓縮性土，層厚0～16.0m。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
② 礫質(zhì)粘性土：主要為堅(jiān)硬狀態(tài)，局部為硬塑、可塑，為高壓縮性土，層厚0～?17.7m?。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
(4) 花崗巖?
① 全風(fēng)化花崗巖：呈土夾砂礫狀，為中壓縮性土，頂面埋深18.0～25.2m。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
② 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：呈砂礫狀，頂面埋深20.0～28.0m。為Ⅳ類土，Ⅲ類圍巖。?
③ 中等風(fēng)化花崗巖：呈碎塊及短柱狀，頂面埋深22.1～30,5m。為Ⅴ類土，Ⅲ類圍巖。? ④ 微風(fēng)化花崗巖：呈柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，頂面埋深22.5～31.6m。為Ⅵ類土，Ⅴ類圍巖。?
1.3.2 水文地質(zhì)條件?
本場(chǎng)地地下水按賦存介質(zhì)為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。?
第四系孔隙潛水主要
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賦存于砂類土、粘性土及殘積土中，其中砂類土層具中等透水～強(qiáng)透水性，粘性土及殘積層具弱透水性，為相對(duì)隔水層。?
基巖裂隙水賦存于花崗巖風(fēng)化層中，花崗巖全風(fēng)化巖具弱透水性，為相對(duì)隔水層，強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化巖具中等透水性。?
勘探期間地下水埋深1.5～4.3m，高程4.27～1.19m，水位變幅0.5～1.5m。地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，CK7+175～CK7+341.101段地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具弱溶解性、中等分解性腐蝕，綜合評(píng)價(jià)其腐蝕等級(jí)為中等腐蝕。
2 車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色
2.1 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用矩形人工挖孔樁，并兼作車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻?
崗廈站設(shè)計(jì)招投標(biāo)方案的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，后經(jīng)專家評(píng)審，提出地下墻造價(jià)高，可采用造價(jià)較低的人工挖孔樁。我們根據(jù)崗廈站周圍環(huán)境對(duì)車站基坑位移要求高的特點(diǎn)，采用1X1.5m的矩形榫接人工挖孔樁，其整體性和防水效果較好，在側(cè)壓力作用下樁水平位移較小。為加強(qiáng)樁的整體剛度和防水性能，設(shè)計(jì)了榫接的凹樁和凸樁，在榫接處設(shè)鋼板丁基橡膠膩?zhàn)又顾畮Ъ坝鏊蛎浵鹉z止水條，并在凹樁兩側(cè)水平鋼筋端部預(yù)埋與凸樁水平鋼筋連接的鋼筋連接器，使矩形挖孔樁整體性類似于地下連續(xù)墻。
由于彩田路要求盡快恢復(fù)全幅通車，車站頂板采取逆筑的施工方法，相應(yīng)車站結(jié)構(gòu)板與樁通過(guò)預(yù)埋在樁內(nèi)的鋼筋連接器實(shí)現(xiàn)連接，逆筑時(shí)側(cè)墻采用單層墻比雙層墻施工方便，也節(jié)省了內(nèi)襯，同時(shí)矩形挖孔樁1m的厚度能滿足車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。防水增加內(nèi)防水層，即用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料涂抹矩形挖孔樁內(nèi)側(cè)，高度自頂板面至底板底，并在頂板、底板與樁結(jié)合面的縱向設(shè)遇水膨脹膩?zhàn)又顾畻l。因此崗廈站矩形人工挖孔樁既作車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又作為車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻。?
2．2 車站中部半幅施工、半幅通車的結(jié)構(gòu)措施?
根據(jù)彩田路東半幅車站先施工的要求，為了在車站中部8個(gè)月施工期間保證彩田路半幅施工、半幅通車，我們?cè)诓侍锫分芯€附近設(shè)車站東部基坑封頭樁，封頭樁采用?φ800鉆孔灌注樁，自地面深至基坑底下8m，并設(shè)三道角撐，使東部基坑開挖時(shí)，彩田路西半幅繼續(xù)通車。彩田路東半幅車站逆筑頂板澆筑的同時(shí)，在封頭樁邊和彩田路東側(cè)的頂板上筑兩道0.5m厚的鋼筋混凝土擋墻，以便彩田路東半幅恢復(fù)通車后，擋墻承受車輛和道路下土層的側(cè)壓力。彩田路東半幅通車后，可進(jìn)行西半幅開挖、支撐和逆筑頂板的施工，并在彩田路西側(cè)的頂板上筑一道0.5m厚的鋼筋混凝土擋墻，在頂板上覆土后可實(shí)現(xiàn)彩田路全幅通車。
2.3 車站中部半逆筑法施工，其它順筑法施工?
施工期間為了彩田路盡快實(shí)現(xiàn)全幅通車，車站中部頂板采用逆筑施工方法。頂板及頂板梁支承在鋼管混凝土柱和挖孔樁上。鋼管混凝土柱強(qiáng)度高，承載力大，并先行施工。由于頂板上覆土4.5m，每根鋼管混凝土柱承載超過(guò)1 000t。鋼管混凝土柱采用外徑為0.6m的16Mn鋼制成的厚20mm的鋼管，鋼管內(nèi)澆筑C40混凝土。柱下基礎(chǔ)為?φ1600人工挖孔樁，樁底擴(kuò)大為φ2600，支承在中風(fēng)化花崗巖上。為了鋼管混凝土柱與站廳板縱梁、底板縱梁連接，在鋼管相應(yīng)部位上焊接抗拉、抗剪鋼板，部分縱梁受拉鋼筋焊接在抗拉鋼板上，抗剪鋼板則將縱梁剪力傳遞到鋼管混凝土柱。?
逆筑頂板底土層承載力大部分高于100kPa，小于100kPa的土層需換填后筑土模，澆筑頂板。
除車站中部頂板逆筑外，其它部分均為順作，方便了逆筑頂板下的出土。?
2.4 車站中部設(shè)中庭?
車站中部站廳板在兩個(gè)自動(dòng)扶梯、樓梯處開兩個(gè)17.93m×8.26m的大孔，為承受孔兩側(cè)站廳板垂直荷載，除車站側(cè)墻外，孔周設(shè)縱向梁、橫向梁和鋼吊桿。橫向梁分別支承在車站中立柱和站廳板縱梁上，縱向梁支承在挑出的橫向梁和錨固在頂板暗梁內(nèi)50鋼吊桿上。孔兩側(cè)站廳板自身作為水平梁承受車站側(cè)墻外的水平向水土側(cè)壓力，并支承在孔兩端的站廳板上。中庭內(nèi)無(wú)站廳板縱梁，中立柱為中庭柱。
2.5 11萬(wàn)伏電纜支托保護(hù)方案設(shè)計(jì)?
崗廈站11萬(wàn)伏電纜位于彩田路東側(cè)，距彩田路中心線的30m處橫穿車站基坑。該電纜預(yù)埋在9根?φ200PVC管內(nèi)，PVC管用890×1700的C15混凝土固定后埋于道路下。?
我們采用鋼棧橋支托方案來(lái)保護(hù)11萬(wàn)伏電纜混凝土保護(hù)塊，鋼棧橋兩端支承在車站外側(cè)5m的承臺(tái)上，承臺(tái)下為兩根?φ1000的鉆孔灌注樁作基礎(chǔ)，鉆孔灌注樁底至中風(fēng)化花崗巖。
鋼棧橋?yàn)榻卿摻M成的空間桁架，高3.5m，寬2.8m，長(zhǎng)30m。為避免挖開電纜混凝土保護(hù)塊下土層澆筑承臺(tái)梁，鋼棧橋采用下沉式，承臺(tái)梁底高于電纜保護(hù)塊頂部。鋼棧橋先制作的側(cè)面兩榀桁架分別吊裝在承臺(tái)梁上，并用桁架頂部桿件加以連接。混凝土保護(hù)塊下采用人工間隔挖土，每隔1m挖土后，馬上用一根工25的工字鋼支托保護(hù)塊，工字鋼兩端用高強(qiáng)度螺栓固定在棧橋側(cè)面桁架的下弦節(jié)點(diǎn)板上。鋼棧橋底部斜桿和內(nèi)腹加勁桿，待支托工字鋼安裝后連接，以形成完整的空間桁架結(jié)構(gòu)。車站施工完畢后，頂板覆土?xí)r，在頂板上砌磚墻支承棧橋底部支托的混凝土保護(hù)塊，并在磚墻間保護(hù)塊下回填砂墊層后，拆除鋼棧橋。
3 結(jié)論?
車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頗好地滿足了深圳市有關(guān)部門和地鐵公司的要求，特別是實(shí)現(xiàn)彩田路半幅施工、半幅通車，將地鐵施工對(duì)交通的影響減到最低程度；11萬(wàn)伏電纜的原位支托保護(hù)，大大節(jié)省了搬遷的費(fèi)用和停電時(shí)間，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；車站內(nèi)因地制宜地設(shè)計(jì)了兩個(gè)中庭，這在全國(guó)地鐵設(shè)計(jì)中為首創(chuàng)項(xiàng)目，豐富了車站內(nèi)部的空間變化。另外，車站中部頂板為加快彩田路全幅通車時(shí)間，采用頂板逆作的施工方法；車站側(cè)墻采用矩形人工挖孔樁的單層墻，這在深圳地鐵設(shè)計(jì)中也是特有的。
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