地下連續墻在明珠線換乘地道中的應用

摘　要　介紹了地下連續墻既作為地下建筑物施工的臨時支擋結構,又作為使用階段的地下建筑物外墻的應用案例。分析了地下連續墻在明珠線換乘地道設計過程中的計算方法。
關鍵詞　人行隧道,地下連續墻,施工設計,防水設計
1 　工程概況
上海軌道交通3 號線(明珠線)與軌道交通1 號線(地鐵1號線)在上海火車站實現換乘。上海火車站地區是上海的一個特大型公交樞紐。鐵路站場將車站廣場分割為南北兩塊,而明珠線經過車站的北廣場,地鐵1 號線的車站設在了南廣場。為使兩條線路之間的乘客方便地實現換乘,同時溝通南北車站廣場的人行交通,必須建一條地道。因此,明珠線工程包括了連接明珠線與地鐵1號線的地道工程。地道始于火車站北廣場下明珠線車站的地下站廳,在上海火車站站場的東咽喉處穿越15 股鐵道,然后在火車站南廣場的鐵路東行包房旁由西向東轉向地鐵1 號線的車站站廳層。設計時根據人流的大小,將整個地道分為兩段。一段在火車站站場底下,人流較密集,采用凈寬12 m, 凈高3 m 的地道,稱為主地道。主地道的北端與明珠線車站站廳層相接,南端分岔,一端連接緊靠鐵路東行包房的出入口,另一端接一段凈寬6 m, 凈高2.6 m的地道,至地鐵1 號線車站站廳層,稱為支地道。整個地道工程還包括主地道與廣場地面出入口之間的一小段地道和地下通風設備機房。
上海火車站地區的地質情況較為復雜。地道處的地質經地質勘探孔揭示,地層分布如下: ① 人工填土,上部為雜填土,下部為素填土,層厚約2 m;② 粉質粘土,褐黃色-灰黃色,可塑-軟塑,層厚約1 m; ③ 砂質粉土,灰色,稍密,夾薄層淤泥質粘土及粉砂,層厚約11.9 m; ④ 淤泥質粉質粘土, 灰色,流塑,層厚約7 m; ⑤ 粉質粘土,灰色,軟塑-可塑,夾薄層粉砂,層厚約3.6 m; ⑥ 粘土,暗綠色, 可塑-硬塑,層厚約6.4 m; ⑦ 砂質粉土,黃色,稍密-中密,未鉆透。地下水埋深2.5 m 左右,屬潛水。地道基坑范圍大部位于2～3 層砂質粉土內, 其垂直滲透系數Kv =2.5 ×10-4cm/s, 水平滲透系數KH =1.0×10-4cm/s 。其固結快剪峰值強度指標為C =6 kPa,α=30.5°。
原施工圖設計的支地道采用并列搭接的鉆孔灌注樁圍護地道基坑,明挖法施工地道。但是在具體實施時,由于支地道所處位置為南廣場的公交樞紐,如按原方案施工,按規定的工期,正好與火車站的春運高峰相沖突,對整個廣場的交通疏導非常不利。在考慮各方因素后,決定將支地道靠近地鐵1 號線的約70 m 地道改為逆作法施工(即地鐵車站常用的蓋挖法),先施工完成圍護結構及地道的箱身頂板,然后再在地下開挖,完成地道的底板和內墻。為了盡量利用作為圍護結構的地下連續墻,設計時將地道的結構與地下連續墻結構結合起來,將地下連續墻作為地道的外墻,在地道的頂底板施工完成后,在地下連續墻內側澆注一層內襯墻,作為地道的使用結構處理。
2 　設計計算方法
2.1 　設計方法概況
采用逆作法施工的支地道結構計算與施工過程是密切相關的。在設計過程中,根據施工工況的不同,按施工過程中每一次獨立工況的結構受力狀態來進行分析。由于地道所處的地基地質條件為滲透性很好的砂質粉土,對開挖基坑進行穩定性驗算后,確定地下連續墻的入土深度為14 m , 開挖深度為6 m 。
考慮到在砂質粉土中進行地下連續墻施工的質量因素,還按同樣結構的不同工況進行了順作法施工設計,以便對照和備用。
2. 2 　逆作法施工設計
逆作法施工的主要工況如圖1 : 在地道基坑范圍內,施工好地下連續墻,然后開挖基坑至第一道支撐下深度為第一工況;第二工況為架設好第一道臨時鋼支撐后,開挖至地道頂板底,鋼支撐采用Φ600 mm 鋼管,鋼管兩端設牛腿支座;第三工況為澆注好地道頂板并拆除臨時鋼支撐;第四工況為恢復路面,第五工況為在地道頂板下的地下開挖一定深度的土;第六工況為架設臨時鋼支撐再挖土至地道的底板底;第七工況為澆注地道底板后拆除臨時鋼支撐;第八工況為澆注地道內襯墻后的受力工況;第九工況為將地下連續墻外的土壓設為靜土壓后的最終受力工況。

圖1 　逆作法施工工況
　　由于地道的結構尺寸較小,地質條件復雜,考慮到結構安全,在設計計算時根據各工況的重要性大小,對部分工況進一步作了細化分析。如:對地道頂底板與地下連續墻的連接方式,分別按鉸接和剛接進行分析;考慮了溫度和混凝土收縮影響的因素;等等。
2. 3 　順作法施工設計
順作法施工同樣劃分為若干工況。同逆作法施工一樣,首先澆注好地下連續墻。開挖基坑至第一道臨時鋼支撐下為第一工況;第二工況為架設第一道支撐并開挖至第二道臨時鋼支撐下;第三工況為架設第二道支撐并開挖至地道底板下;第四工況為澆注地道底板并拆除第二道支撐;第五工況為澆注地道頂板并拆除第一道支撐;第六工況為澆注內襯墻;第七工況為回填恢復路面;第八工況為將地下連續墻外的土壓設為靜土壓后的最終受力工況。各工況見圖2。順作法施工也對重要工況進一步進行了細化分析。
地下連續墻的設計計算有很多方法。根據上海市的有關規范,在計算時采用了“ 桿系有限元法”。將地下連續墻劃分為若干連續的單元,把地下連續墻的內外側土體作為彈性介質,臨時的支撐結構僅作為邊界支座。在基坑的開挖和架撐過程中,地下連續墻內外側的受力和變形是變化的。在計算時采用了兩種方法對整個施工過程的結構進行分析。在單純軟土地基中的開挖和支撐過程的計算采用“ 總和法”,即地下連續墻每一工況的內力和變形由本次工況的外力作用和上一工況中由于支撐變形的強迫位移產生的內力和變形總和而成。
這種方法對比擬成梁的地下連續墻在幾何特性和力學性質不變的情況下是合理的。但對逆作法施工及有換撐等改變結構幾何特性和力學性能的工況,“總和法”就不再適用,應采用非線性的“ 增量法”來計算。即當前工況的內力和變形用本工況外力增量疊加前一工況已有的內力和變形后得到。對于水平荷載增量,主要由挖土和拆撐引起。一般由于挖土和拆撐引起四項增量: ① 開挖側靜土壓力撤消; ② 開挖面上土彈簧內力的釋放; ③ 開挖面下土彈簧的放松引起的內力釋放; ④ 拆撐產生的支點反力作用。

圖2 　順作法施工工況
　　在地道設計中,分別運用本院自編的《彈性地基平面桿系計算程序》和同濟大學地下系的《啟明星地下結構計算軟件》進行計算,取得了相似的結構。
3 　連續墻結構防水
由于連續墻直接作為地道結構的外墻,因此連續墻墻幅接頭的防漏處理和連續墻砼的耐久性成為地道結構使用壽命的關鍵。
3. 1 　連續墻墻幅接縫
根據上海地區地下連續墻的設計、施工經驗, 連續墻墻幅的接頭較多采用鎖口管或接頭箱作為槽壁的端模,墻幅之間用一字型或十字型鋼板作為連續墻的剛性連接構件。本次設計中采用截面為圓形的鎖口管,使連續墻的槽端成為凸圓端形或凹圓端形。連接件用鋼筋替代。鎖口管要有足夠的剛度。在混凝土施工過程中微量提動鎖口管,并應在澆完混凝土6～8 h 內拔除。在相臨槽段內的連續墻施工時,應采用專用工具在鋼筋籠入槽前清刷已成墻的連續墻接縫,使接縫的混凝土接合緊密。
4. 2 　連續墻砼耐久性
地道結構的防水性要求較高,因此必須提高混凝土的抗滲性。除了設計要求高標號的防水混凝土外,在上海地區高地下水位的環境下,還采用了在混凝土中添加外加劑的辦法來提高混凝土的耐久性。可在連續墻和地道頂底板混凝土中添加HEA 砼防水劑。這種外加劑用于地下建筑的防滲效果良好,主要作用是通過HEA 水化后產生的鈣礬石晶體填充混凝土毛細空隙,并能使混凝土產生微量膨脹,有效補償了混凝土的干縮和冷縮。使用方法為在水泥中內摻6 %(等量取代水泥) 。由于該外加劑有早強功能,因此在使用時特別要注意拌和后的澆搗時間和澆注后的養護,對超長結構還要加設后澆帶,并進行分倉澆注。除以上主要防水措施外,對地道頂、底板與連續墻的施工接縫和其它施工縫,設計均考慮設膨脹橡膠止水帶防護。
4 　結語
在砂性土中進行地下連續墻施工,沉放鋼筋籠和澆注水下混凝土時一定要注意對槽壁的防護,以的增量法。特別是有關換撐及內襯結構隨工況的免造成槽壁坍塌,影響地下連續墻的墻面質量,進不同而變化后,需從前后工況之間的結構變化來考而影響逆作法施工工序。慮受力特點。利用地下連續墻作為外墻的最大優
在人行地道建設中運用地下連續墻結構,通常點是:結構剛度大、有良好的承載力、抗滲性,且逆是將地下連續墻作為施工基坑的擋土結構,設計時作法、順作法均可適用,節省了工程投資。通過本僅考慮順作法施工工況,計算方法采用總和法。但工程的設計,拓展了地下連續墻在城市人行地道中如將地下連續墻作為地道外墻結構,在計算時就要的運用范圍。用考慮結構受力過程隨受力工況的變化進行調整

參　考　文　獻
1 　劉建航,侯學淵. 基坑工程手冊. 北京:中國建筑工業出版社,1997
2 　揚德林. 軟土工程施工技術與環境保護. 北京:人民交通出版社,1999
3 　DBJ08 -61 -97 基坑工程設計規程
4 　DBJ08 -11 -99 地基基礎設計規范