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杭州地铁试验车站的设计与施工

1 工程概况

地铁试验段秋涛路车站位于汽车南站附近,沿钱江新城婺江路,横跨秋涛路,并穿越新开河。周边环境复杂,管线众多,交通繁忙。车站总长259.6m(含渡线100m),总宽18.9m,埋深-18m。结构顶板覆土约5m。设有2座风道,6个出入口。车站结构为地下双层岛式车站,站台宽度10m,总高13.31m。设计概算1.7亿元(含征地拆迁等),工期24月。车站平面示意图,见图1。

2.工程地质与水文条件

该工程位于钱塘江河口相冲海积堆积的粉性土及砂性土地区。工程地质土层总体特征是高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度。砂质粉土,松散-中密,透水性强,易产生流沙、涌水;淤泥质粘土,流塑~软塑状、高灵敏度、具触变、流变特性弱透水;粉质黏土,可塑-硬塑,中等压缩性。围岩分类均为I类。另外,在车站基坑范围内有古海塘,有条石。地下水分布为两个含水层,即浅层潜水(静止水位埋深0.85-3.45m)和深层承压水(埋深23-28m)。

3.建筑设计与围护结构设计

该车站设计新颖,富有创意。由于新开河的原因,大胆采用长度达56m的超大型椭圆中庭式结构设计,视野开阔,现代感强。同时,充分考虑人防、消防、防水以及无障碍设施及站台屏蔽门系统,机电及控制系统设计先进,出入口达6个,完善的功能布局极大地方便乘客乘坐的需要。车站透视图见图2。

车站基坑支护采用Φ1000@750钻孔咬合灌注桩,桩长35、33和28m不等。内设Φ609的钢管支撑6道,纵向间距4m。出入口部分基坑最埋深13m,采用SMW工法,桩径Φ850。车站围护结构设计图见图3。

4.工程特点与技术难点

4.1 工程特点

4.1.1 意义深远

地铁一号线工程是我市历史上投资最大的城市基础设施项目,已经列为杭州市“十大工程”之一和省市重点工程项目。地铁试验段工程的开工标志着从“纸上谈兵”的规划论证阶段正式转入“实施建设”阶段,这是一次20年来的大跨越和实现“地铁梦”的转折点。因此,试验段工程必须确保工程质量、安全和工期,做到万无一失。

4.1.2 外部环境复杂

该车站横跨城市主干道秋涛路,交通繁忙,只能倒边施工;穿越新开河,不能断流。车站范围还涉及桥梁的撤除和复建;用地性质复杂,集体土地和国有土地混杂其间,企业包括国有、集体和合资等,有住宅、商铺,须拆迁18000平方米,动迁难度大;建设单位涉及钱江新城指挥部、市河道指挥部、上城区农居中心等4家单位,协调难度大; 管线种类多,数量达25条,有的埋深达6米,管径1200mm,管线保护和迁改难度大。

4.1.3 基坑深

由于要穿越新开河,车站又要贯通,车站的底板埋深-18米,桩长达33~35米。

4.1.4 施工工序多

车站工程涉及钻孔咬合桩、SMW工法桩、旋喷搅拌桩加固、截流围堰、基坑开挖与结构施工等多道工序,工序间相互穿插和制约,项目管理难度高。

4.2 技术难点

4.2.1钻孔咬合灌注桩施工

钻孔咬合灌注桩在国内属于新工艺,施工设备少,可施工25米以上桩长的更少。灌注桩缓凝和垂直度的监测与控制以确保止水是难点之一。

4.2.2周边建筑物保护

基坑附近3.5米处有一幢9层简易框架楼房,有50多户居民,夯扩短桩长仅6-7米。椐测量,现已发生位移。按常规采用旋喷桩加固保护。加固方案必须确保基坑开挖过程中楼房的不开裂及居民安全。

4.2.3交通组织

采用倒边施工的方案, 必须确保军便梁或排桩能够承受重载车辆不间断的通行,而不影响基坑开挖安全及保证道路不沉陷。

4.2.4基坑施工降水

根据水文资料,有潜水层和承压水。基坑井点降水方法是保证基坑开挖安全的关键。

4.2.5 河流围堰

新开河具有城市排洪和景观功能,不能断流。施工时围堰加Φ1000泄洪管,以保证泄洪要求。但是在围堰上实施钻孔咬合桩存在一定的技术问题。

5.钻孔咬合灌注桩施工

钻孔咬合桩是一种新型的围护结构,由于其桩心相互咬合,解决了传统排桩相切时防水效果差的问题。该工艺最近已经在深圳地铁和南京地铁等工程中得到应用,也用于杭州市新城暗挖隧道的围护结构中。该工艺具有以下优点:防水效果好;成孔垂直精度高;套管护壁,干孔作业,无泥浆、无冲击、无振动、无噪声,能安全文明施工;投资相对节省。可广泛应用于富水软土、砂层和黏土地层的基础工程,缺点是孔深大于25米的设备少,需要从境外购买或租赁。

钻孔咬合桩有两种桩型, A桩为素混凝土桩, B桩为钢筋混凝土桩。采用套管护壁成孔,先间隔施工A桩,在A桩混凝土初凝前, 用液压套管钻机切割A桩部分桩体后施工A桩之间的B桩,最终形成A桩和B桩的咬合结构。第一序采用超缓凝砼灌注,确保第二序的顺利成孔。遇到孤石时采用冲击锤击碎。钻孔咬合桩的施工难点在于A桩混凝土的缓凝和钻孔过程中的垂直度的控制。

由于孔深25米以上和地质条件,本工程采用3台全套管钻机(套管钻机压管,旋挖钻机开挖取土)设备组合形式进行钻孔咬合桩施工。全液压套管钻机的型号有VLM20型和VRM2000型,旋挖钻的型号有SD205-2型和C600型两种。

根据旋挖钻机钻头提升高度及作业半径,在套管钻机前搭设作业平台,将旋挖钻置于平台上,旋挖钻机可随作业平台牵引滑行就位。平台内净空高度要高于压管机的最高行程高度,平台顶高度应满足套管接长时套管顶与旋挖钻头间的最小作业空间。钻孔咬合桩施工流程为:场地平整--导墙--桩机就位--吊装套管—测垂直度—压入套管—抓斗取土—套管钻进—测量孔深—吊放钢筋笼—混凝土灌注—测定—桩机移位。

6.结论与建议

6.1 由于各地的地质条件不同,施工方法具有明显的地域特性

杭州地铁试验段工程为弄清软土和粉土条件下进行大规模施工积累施工和管理经验。一般试验段选择在具有地质代表性、拆迁少,易实施的地段,或影响工期的关键节点。而杭州市地铁试验段秋涛路站地质条件复杂、交通繁忙、动迁量大,具有市区施工的代表性。同时,围护结构采用新型的钻孔咬合桩工艺,值得很好总结。

6.2 车站设计方案切实可行,但实施难度大

车站(中间站)设计方案横跨城市主干道,下穿新开河, 地下双层贯通,有6个出入口。虽然工程难度和投资增加许多,但是从城市发展和吸引客流的长远来看是值得的。

6.3 车站设计的平面布置及出入口的位置还有优化和改进的余地

设计人员一定要多次深入现场踏勘,比如9层楼房的保护问题(无论是拆除还是旋喷桩保护)涉及资金上千万元。设计概算中的动迁费用估算严重偏低也值得我们吸取教训。

6.4 围护结构方案需要充分论证

钻孔咬合灌注桩有其许多优点,但是桩长超过25米由于可选液压钻机稀少,严重影响工期。应该与地下连续墙方案进行综合技术经济比选。但是在桩长在18米左右的围护结构具有一定的优势。现在据报道,SMW桩工法已用于地铁工程而且达到-16米的记录。因此,同样值得方案比选。

6.5 实施性施工组织设计非常重要

建议对工程重点和难点要进行专题研究论证,确保工程质量和安全。同时要考虑许多不确定因素对工期的影响,优化工序组合,进行动态管理。

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