盖挖逆作地铁换乘车站成套快速施工方法与流程

本发明涉及城市地铁车站施工方法，尤其涉及一种盖挖逆作地铁换乘车站成套快速施工方法。

背景技术：

地铁换乘车站作为城市地铁不同线路的乘客转换枢纽，规模大，重要性强。为保障施工的安全、交通恢复的快速，盖挖逆作法是其最常采用的基本施工方法。盖挖法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，该方法是在松散土层中修建地下多层建筑物的最好方法，也被认为是人类向地下更深层化发展时所能采用的。对于地铁换乘车站盖挖逆作施工而言，如何快速高效出土以及保证中间支撑桩柱精准施工是重中之重。以往采用单一的出土方式影响了车站开挖速度，工期严重滞后；常规的中间支承桩柱施工方法施工周期长、工序复杂，且施工过程中工人要下到孔底进行混凝土的凿除及定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢管柱施工周期长达10～20天，施工成本也较高，存在一定的局限性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种施工成本低，周期短，工序简单的盖挖逆作地铁换乘车站成套快速施工方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

盖挖逆作地铁换乘车站成套快速施工方法，其特征在于包括：

充分利用换乘站交叉线路施工场地特点，采用斜坡道和竖井联合出土技术；

根据永久性钢管柱的特点，采用液压垂直插管插入钢管柱工法安装永久性钢

管柱，最终形成地铁换乘车站快速施工成套技术。为便于施工工艺描述，暂

且将南北向地铁线路定义为3号线，东西向线路定义为1号线。

1.盖挖逆作出土工艺

1.1施工总体思路

1号线车站东侧以及3号线的负一、二层主体结构出土采用斜坡道；1号线车站西侧负一层采用皮带输送机出土，负二层以及3号线车站地下三层主体结构出土采用竖井。

1.2开挖及出土施工顺序

在车站备用空间内设置斜坡道，车站主体结构施工期间，利用斜坡道开挖车站内部土体，将施工材料运送至施工场地。斜坡道纵向坡度为10％，斜坡道分三次形成，第一次开挖至车站顶板以下3m，第二次开挖至地下一层底板底，第三次开挖至地下一层底板以下3.5m，完成车站地下一层及地下二层的土体开挖及主体结构施工。施工完毕后采用片石混凝土回填地下一层底板以下斜坡道。在斜坡道交汇处设置4m宽错车平台，方便施工车辆运输材料。

1号线小里程端设竖井和皮带输送机，尺寸8.6×4.5m，竖井开挖至负一层底时开始负一层出土，出土采用皮带输送机，待做完负一层底板、侧墙后竖井继续下挖至负二层底，出土同样龙门吊吊出；在3号线主体与车站备用空间及4号风道交界处设置4个竖井，均为临时结构，在开挖3号线车站地下三层土体及施工地下三层主体结构期间使用，施工顺序同1号线小里程端竖井出土，竖井出土完毕后需进行回填。

2.中间柱施工

(1)将液压垂直插管机准确就位、定位，根据机身上的垂直调校装置调整垂直度。

(2)液压垂直插管机定位垂直后，将钢柱吊起，用液压定位器将钢柱抱紧，根据二点定位原理，抱紧钢柱后再复测垂直度。

(3)在保证垂直度后，将钢柱在混凝土初凝前用液压垂直插管机，将钢管柱插入到工程桩超缓凝混凝土中，直至达到设计标高及标准要求为止。

(4)设备装置：液压定位器2个、垂直插管机系统2个，水平调校装置4个，垂直调校装置1个、垂直仪1台。

采用上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明专利充分利用换乘站交叉线路施工场地特点，采用斜坡道和竖井联合出土技术；根据永久性钢管柱的特点，采用液压垂直插管插入钢管柱工法安装永久性钢管柱，最终形成地铁换乘车站快速施工成套技术。该成套技术使得盖挖车站出土效率大幅度提高，也大大简化了中间桩柱施工流程，实现了准确定位和快速施工(平均完成单根钢管柱安装时间10～20小时)，降低安全风险和施工成本。

具体实施方式

图1是本发明的液压垂直插管工艺流程图。

图2是本发明的吊点位置图。

图3是本发明的桩顶保结构示意图。

1、20cm混凝土；2、石屑或干砂；3、钢管柱。

实施例：

1.盖挖逆作车站联合方法出土

1.1施工准备

1)基坑四周设置合格可靠的安全栏杆踢脚挡板，防止高空坠物事故的发生。

2)场地周围及基坑内必须有足够的照明度。

3)基坑四周不准堆放杂乱零散物质，确保施工人员行走安全，严防杂物滚落坑内伤及作业人员。

4)现场备足用于两个结构施工段基坑的钢支撑，并已检验合格，千斤顶加压设备运转良好，压力表经校验和标定完毕。

5)进一步确认地下管线已拆移完成。

6)对周边构筑物、管线等的现状进行确认。

7)基坑周边设置排水管道，并与城市排水管道连通。

8)钻孔桩围护结构以及桩顶冠梁达到设计强度。

1.2换乘车站各部位出土

1号线车站东侧以及3号线的负一层主体结构出土：开挖车站备用空间内2m土体，利用斜坡道开挖顶板以下3m范围内土体,由车站两端向侧向开口位置倒退开挖至地下一层底,同时绑扎地下一层底板钢筋。

1号线车站东侧以及3号线的负二层主体结构出土：地下一层底板达到设计强度后，利用斜坡道开挖中板下3.5m土体，由车站两端向侧向开口位置倒退开挖至地下二层底,同时绑扎地下二层底板钢筋。

1号线西侧、3号线负三层结构出土：采用竖井出土，竖井出土设备采用龙门吊。将斜坡道回填至地下一层，施工竖井，开挖地下三层土体，同时开挖联络线土体。

换乘节点出土：负一层土方从1号线负一层马道口出土，负二层土方从1号线的负二层马道口出土，负三层土方从盾构井的负三、二层盖板预留口提至负一层，再经负一层经联络线马道出土。

1号线西南竖井及斜坡道出土：一号线西南设置一个竖井及一个斜坡道出土口，这两处出土口支护形式均采用围护结构加钢支撑。车站钢支撑采用分段分部施工，先进行围护桩冠梁施工，然后进行基坑开挖，开挖至钢支撑支撑轴线标高以下一米后进行该排基坑防护(钢支撑支护及桩间喷锚)施工，最后再进行下层土方开挖。如此循环只至开挖至基坑底部。遵循“分段分层、由上而下、先支护、后开挖”的原则进行钢支撑施工及基坑开挖。开挖土方至每道钢支撑钢围檩位置下50cm后，现场人员报测量人员，放出钢支撑轴线位置，进行相应位置钢支撑钢围檩安装、钢支撑安装施工。

1.3竖井及斜坡道开挖方法

根据施工段的划分，开挖时为保证施工进度、控制工程质量和施工安全，采用机械开挖，人工配合挖土、修边平坡。开挖时严格按时空效应理论组织施工，及时支撑。

采用分段、分层开挖，第一层开挖长度不超过12米，第二层及以下各层的土层开挖长度不大于6米。基坑分四次开挖至基底，前三层每层开挖深度开挖至设计钢支撑以下0.5m，第四层在对应第三道支撑安装后，采用小型挖掘设备开挖至基底。在基坑开挖中将充分利用“时空效应”，腰梁、钢支撑的安装和预应力的施加过程严格控制在8小时以内；开挖出的垫层宜同样快速浇筑，挖出一段立即浇筑一段，确保基坑安全。

施工中采用挖掘机分层开挖，顶层使用挖掘机直接挖装，自卸车外运，二～四层采用几台挖掘机倒运至顶层，后由自卸车运至指定弃碴场。总体顺序根据分层开挖的标高呈阶梯状放坡挖掘。土方开挖必须在围护结构封闭完成后方可进行，支撑安装采取挖一层土安装一道支撑。

2.中间柱精准施工

2.1永久性钢管柱安装前准备工作

2.1.1钢管柱加工

钢管柱在厂内加工，其焊缝、椭圆度、垂直度、挠度等符合设计要求。

2.1.2场地要求

了保证钢管柱定位的精确度和垂直度，为施工场地进行硬化处理。

2.1.3钻孔桩成桩垂直度要求

安装钢管柱对工程桩的垂直度要求1/500。

2.1.4灌注桩钢护筒的要求

(1)一般工程中施工的永久性钢管柱均在地面以下，结合车站结构顶板以上覆土厚度，并考虑确保割除工具柱和钢管柱顶法兰焊接施工人员的安全，确定护筒高度。

(2)护筒采用16～20mm厚的钢板制作，保证护筒在施工时不易变形，且护筒上口做1～2个溢浆孔。

2.1.5灌注桩混凝土要求

考虑钢管柱插管时间需要，工程桩宜采用超缓凝混凝土，缓凝时间不小于36小时。

2.1.6工具柱加工要求

钢管柱在地面以下有一定的深度，为确保液压垂直插管机能将钢管柱送至设计标高，在安装钢管柱时需加接一根工具柱，工具长度不小于液压垂直插管机的高度+钢管柱顶在地面以下的深度，同时考虑工具桩割除对其长度的影响。

2.2永久性钢管柱的施工工艺

2.2.1液压垂直插管施工工艺流程

液压垂直插管详见工艺流程图1。

2.2.2液压垂直插管施工工艺及方法

(1)液压垂直插管机就位对中

工程桩混凝土灌注完成后，重新放出桩位中心，并将十字线标记在护筒外的护桩上。复核桩位后，将HPE液压插入机械的定位器中心与基础桩桩位中心在同一垂直线上，然后吊装液压垂直插管机就位，液压插管机根据定位器就位对中.

(2)调整机水平度

就位对中后，液压垂直插管机械可手动、自动调整水平度，并重新复核中心位置，满足要求后即可吊装永久性钢管柱入孔。

(3)吊装永久性钢管柱

根据永久性钢管柱的长度，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用二台吊车多点抬吊，将永久性钢管柱垂直缓慢放入液压垂直插管机上，抬吊吊点的设计是保证钢管柱不产生变形、弯曲的前提，吊点设计如图2。

(4)液压垂直插管机插入永久性钢管柱

永久性钢管柱吊放至液压垂直插管机内，下入孔内至第二道法兰后，由液压垂直插管机抱紧钢管柱，并复测永久性钢管柱垂直度，满足要求后垂直插入孔内，刚开始下放永久性钢管柱时，由于永久性钢管柱的自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度，当浮力大于永久性钢管柱重量后，由液压垂直插管机将永久性钢管柱抱紧，用液压插入装置的液压下压力将永久性钢管柱下压插孔内，永久性钢管柱顶标高都在地面以下一定的深度，因此在永久性钢管柱顶部连接一根同直径的工具柱，利用工具柱将永久性钢管柱插入至设计标高；当永久性钢管柱插至混凝土顶面后，重新复测永久性钢管柱的垂直度，此时由垂直仪检测永久性钢管柱的垂直度，测定数据可根据电脑分析确定永久性钢管柱的垂直度，满足垂直度要求后继续下压插入至混凝土中；如不满足要求可调整液压垂直插管机的水平度，直至永久性钢管柱垂直度满足要求。

(5)钢管柱四周回填碎石

液压垂直插管机垂直插入永久性钢管柱后，即可对永久性钢管柱四周进行碎石回填，碎石的粒径不得大于25mm，回填时碎石在钢管柱四周均匀填入，碎石回填高度与永久性钢管顶标高以下1000mm，上部等工具柱拆除后回填；回填时排出的护壁泥浆用泥浆泵抽至废浆池后外运清除。

(6)割除送柱标准节、液压垂直插管机移位、焊接钢管柱顶法兰

当钢管柱四周回填并浇筑钢管柱内混凝土后，四周回填碎石已固定永久性钢管柱中心位置，即可割除上部送柱工具柱，割除永久性钢管柱与送柱工具柱连接部位，拆除送柱工具柱后由吊车将液压垂直插管机移位即可，插管机移位同时焊接钢管柱顶法兰。

(7)下放永久性钢管柱内钢筋笼并灌注混凝土

液压垂直插管机移位后，可进行永久性钢管柱内浇筑混凝土，先下放永久性钢管柱内的钢筋笼，采用吊筋将钢筋笼固定在永久性钢管柱上口，控制钢筋笼顶标高，再下放导管进行永久性钢管柱内的混凝土灌注，永久性钢管柱内混凝土为自密实混凝土，干作业灌注，在灌注时下放导管至柱底以上3m左右，慢速开启罐车将混凝土灌注至钢管柱内，灌注时始终保持导管在混凝土面以上，灌注到永久性钢管柱顶即停止灌注。

(8)回填孔口拔除钢护筒

永久性钢管柱内的混凝土达到初凝后，柱顶以上部位回填碎石或易密实的砂土至孔口，拔除灌注钢护筒。

(10)永久性钢管柱顶的保护

①钢管柱内混凝土浇注完成后进行先期养护；

②待混凝土初凝后对永久性钢管柱上部进行回填处理并拔除钢护筒，具体方法如下：

a.用石屑或砂回填至原始地面-20cm处；

b.浇注一层20cm厚的C20钢筋混凝土，钢筋可配置二级Φ16双层双向，防止大型机械行走对钢管柱的挤压造成变形。如图3。

2.3钢管柱安装主要技术措施

(1)垂直度控制技术措施

对于施工中使用的垂直仪及传感器需经常检查，确保垂直精度在允许范围内，钢管柱安装后垂直度控制在≦L/1000。

(2)柱底混凝土质量控制措施

灌注桩混凝土灌注至桩顶标高后确保钢管柱插入部分的混凝土石子含量较多后停止浇筑，采用孔内取样的方法确保孔内混凝土质量。