涉河地铁工程施工时序及接口处理研究
1 工程概况
1.1 周边环境
本工程钱湖北路车站及前后区间工程基本沿前塘河布设,位于嵩江中路前塘河桥与钱湖北路叶园桥之间。嵩江中路为城市次干道,现状道路为双向4车道,南侧为嵩江中路前塘河桥,西侧为新世纪家居商城,北侧为钱湖北路叶园桥,东侧有永泰公园,本站周边环境如图1所示。
本工程位于前塘河正下方。前塘河为宁波鄞东南地区骨干河流之一,现状河道宽约30m,深约4m,河床底标高为-0.600~1.100m,为浆砌块石驳岸。规划河道宽度为40m,规划河底标高为-1.370m。
1.2 车站概况
钱湖北路站为地下2层岛式站,车站长度153m,标准段宽度19.7m。车站主体结构全部位于现状前塘河河底范围内,车站附属结构位于永泰公园范围内。车站共设2个风亭和2个出入口。A号风亭与C号出入口合建,为地下2层结构;B号风亭与D号出入口合建,为地下1层结构。
车站主体结构标准段底板埋深为19.53m,A号风亭与C号出入口基坑深约20.11m,B号风亭与D号出入口基坑深约13.54m,均采用明挖顺作法施工。围护结构均采用地下连续墙+内支撑的结构体系。
1.3 区间概况
车站前后区间均采用盾构法施工。盾构外径6 200mm,管片厚度350mm,管片采用通用环形式。区间最小覆土为8.33m(到规划河底)。车站及前后区间区间纵断面设计如图2所示。
根据全线盾构施工总体筹划,前后区间均采用2台盾构机从相邻车站始发后在本站吊出。
2 河道工程处理原则和方案
2.1 临时河道改移工程
前塘河为宁波鄞东南地区骨干河流之一。本站施工周期较长,跨越多个防汛期。考虑到防洪需要,需要考虑临时改移河道。
根据防洪评价,本工程遵循“先补后占”的原则,保证前塘河施工期畅通,拟定分两期实施。车站施工前,在前塘河南侧新开河道,河道面宽为15m,长约277m,河底高程为-1.370m,改河完成后对原河道进行回填。
考虑到主体结构时间较长,临时河道挡墙采用更为耐久的钢筋混凝土结构,挡墙基础根据周边环境及使用要求,并考虑经济合理而确定。
2.2 永久河道恢复工程
根据水利相关部门的意见,河道宜按规划一并实施到位。考虑本工程周边用地及实施条件,确定南侧河岸按规划一次性实施到位,北侧河岸则按现状进行恢复。
由于车站主体结构位于河道底部,为避免后期结构渗漏水,考虑加强防水设计。设计方案为车站主体结构范围内的永久河道采用整体U形槽钢筋混凝土结构。
车站主体结构埋深的确定。在满足车站规划河底标高的前提下,尽量减少埋深。本站以前塘河的规划河底埋深为控制因素,考虑到主体结构全部位于河底,上部有效压重不足,结构考虑以围护结构地下连续墙抗浮,不足部分设置抗拔桩。考虑到车站顶纵梁上翻高出顶板面1 000mm,车站有效站台中心处轨面标高为-14.820m,车站顶板-3.070m,顶板梁顶-2.070m。河道结构顶为-1.370m,厚度为500mm。车站结构与河道结构的相关关系如图3所示。
3 施工工序总体安排
本工程涉及有河道改移工程、车站主体结构工程、附属结构工程、区间盾构工程等。根据工程需要,工程总体工序安排分3期进行。
3.1 第1期施工
临时河道改移,施工河道范围内车站主体、车站附属、河岸结构、区间隧道等工程。受制于场地限制,D号出入口位于临时改河河道范围内,需要采取特殊处理。本期施工包括如下内容。
1)先行施工临时河道内D号出入口部分围护结构(地下连续墙、格构柱、加固体等),D号出入口部分区段与临时河道结构合建,施工临时改河工程。
2)河流改道,回填既有河道,为车站施工提供场地。
3)施工车站主体结构,为区间盾构机吊出提供条件。
4)施工区间上方北侧河岸结构,区间盾构下穿北侧河岸结构后吊出。
5)施工车站南侧附属结构。
3.2 第2期施工,恢复永久河道
分部施工车站范围内的永久河岸结构,恢复永久河道。打设临时围堰,封堵临时河道,填埋临时河道,施工临时河道与永久河道接口处相关结构。
3.3 第3期施工,施工D号出入口、临时河道结构清障
施工D号出入口河道以上部分土建结构。考虑到永泰公园后期将要进行物业开发和公园恢复,场地内的临时河道结构工程须清理干净,为后续工程减少实施困难。清障方案采用钢板桩为支护结构,明挖法对临时河道的混凝土挡墙进行破除,对相关松木桩桩基进行拔除处理。
4 各施工工序接口处理研究
4.1 一期施工工序接口处理
4.1.1 临时河道挡墙结构与施工使用要求
临时河道南岸主要为施工营地,无重荷载,南岸挡墙采用松木桩基础,桩径140mm,桩长6m,间距600mm×600mm。
临时河道北岸考虑到车站结构地下连续墙施工、盾构吊出、主体结构材料吊装等因素,以及北侧附属结构基坑开挖深度较大,距离河道较近等因素,考虑基坑开挖对河道的安全影响,临时河道挡墙基础适当加强,采用800旋喷桩,桩长8m,如图4所示。
4.1.2 临时河道与车站附属结构
受制于车站建筑功能布局和场地地下障碍物的分布等限制,本站D号出入口(B号风亭)附属结构和临时河道平面上有冲突。设计采用分期实施、部分盖挖的方案。为满足基坑安全需要,该段范围内的临时河道采用整体U形槽的方案,利用河道底板作为D号出入口的支撑结构。
一期实施时,在临时河道实施前,先实施河道范围内的地下连续墙、搅拌桩加固体,再实施临时河道U形槽结构。考虑到基坑安全,关键要做好U形槽的防水工程。二期待临时河道废弃后,凿除相关结构板墙,再实施临时河道底板以上的车站结构,如图5所示。
4.1.3 永久河道结构和盾构工程施工顺序
本车站两端均有部分永久河道结构位于区间盾构隧道上方,改河段区间盾构隧道埋深约为8.6~9.0m,永久河道挡墙基础采用700搅拌桩,长度约10m。需要结合与改河工程相互空间关系、盾构隧道保护等研究盾构施工与永久河道的施工先后关系,合理安排施工顺序。隧道与永久河道空间关系如图6所示。
北岸挡墙(西侧为89m,东侧河岸长度约24m)位于左线隧道上方,部分河道基础的钢板桩侵入隧道,考虑到区间隧道的保护问题,应先行施工河岸结构,再考虑盾构隧道下穿。
南岸挡墙虽位于隧道上方,但其平面距离隧道的最小距离为8.5m,大于1倍洞径,满足安全施工距离要求。同时由于本期施工时,南侧河道范围路面需要满足通行及施工场地布置需要,不具备先于区间隧道施工的条件。因此南岸挡墙结构待区间隧道完成后于永久河道恢复期间予以实施。
4.2 二期施工工序接口处理
4.2.1 永久河道和车站主体结构接口处理
为加强防水,永久河道结构设计采用整体U形槽。本车站主体围护结构地下连续墙位于河道中央,河道恢复前,需要整体破除。河道U形槽结构与车站地下连续墙的空间关系可划分为3段,分别为南岸段、北岸段、中间段。综合考虑车站主体围护结构和河道U形槽结构的时空关系制定施工工序如下。
1)车站主体结构地下连续墙及冠梁暂不凿除。
2)在车站主体结构南端两侧设置围护桩,利用车站主体结构作为支撑,施工南北两侧挡墙。
3)利用南北挡墙作为支挡结构,凿除主体结构地下连续墙,施工连接中间U形槽底板段。
车站主体围护结构和河道U形槽结构的空间关系如图7。
4.2.2 南侧永久河道和车站附属结构接口处理
对于位于车站附属结构上方的南侧永久河岸部分,直接利用车站附属结构顶板作为基础。因此在附属结构设计时,考虑南侧挡墙结构埋深、宽度要求及承载力要求,做好相关预留。U形槽河道施工直接凿除主体结构与附属结构间的地下连续墙,与北侧结构连通。
4.2.3 南侧永久河道临时围堰与区间隧道
永久河道完成后,恢复永久河道。打设临时围堰,施工临时河道与主体河道接口处相关河道结构。临时围堰平面布置如图8所示。
本工程围堰、河道结构施工在盾构隧道施工完成之后进行,需重点关注围堰基础形式,严控桩底标高,防止在施工过程中对盾构产生不利影响。围堰采用松木桩围堰,松木桩长度6m,紧密打设,顶标高1.500m,底标高为-4.500m。距离隧道结构最小竖向距离为6.3m,满足1倍洞径安全距离要求。临时围堰与隧道的相互关系如图9所示。
5 结语
1)改河施工贯穿于本工程的各个阶段,因此各个施工工序均要处理好与河道的相互关系并做好接口预留。就本工程而言,主要做了如下内容:(1)根据主体结构施工需要,选择了合理的临时河道挡墙结构及基础形式;(2)针对临时河道与车站附属结构冲突,选择“竖向分期、局部盖挖”的解决方案。(3)根据河道、隧道的空间关系及地铁保护要求,采用了先行实施永久河道结构的工序安排;后施工的临时围堰采用松木桩围堰,严控标高,加大间距,保护已建隧道;(4)利用车站主体围护结构施工南、北侧永久河道,工程衔接有序,设计方案经济合理;(5)南侧部分河道挡墙直接位于车站结构上方,车站结构为河道挡墙结构预留好空间及承载力。
2)本项目通过总体筹划研究,对设计、施工接口进行了有效管控和落实,从而保证了工程顺利实施,实施效果良好。
3)涉河地铁工程是个系统工程。改河工程、区间工程、车站工程有可能为不同的单位(人员)设计、施工单位施工。由此,须站在全局的高度对整个工程进行把控,并做好前后工序安排和相关接口衔接,否则易引发严重的工程问题,如永久河道结构、围堰基础等侵入已建隧道等。因此要从设计源头上、在全局高度上,对整个工程进行谋划,并着重控制好相关接口处理。
[2] 广州地铁设计研究院有限公司.城市轨道交通结构安全保护技术规范:CJJ/T202—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.
[3]水利部水利水电规划设计总院.堤防工程设计规范:GB50286—2013[S].北京:中国计划出版社,2013.
[4] 水利部淮河水利委员会.堤防工程施工规范:SL260—2014[S].北京:中国水利水电出版社,2013.
[5]杨建民,武尚锐,朱志根,等.香河综合治理基坑工程支护设计与施工[J].施工技术,2019,48(7):34-37,41.