地下連續(xù)墻大面積微損開(kāi)洞施工技術(shù)【摘要】介紹上海地鐵人民廣場(chǎng)站換乘大廳工程在既有地下連續(xù)墻墻體上進(jìn)行大面積門洞施工時(shí)采用的微損開(kāi)洞技術(shù)。施工中,通過(guò)理論分析預(yù)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),優(yōu)化了施工方案,不僅保證了既有結(jié)構(gòu)的安全,也有效控制了既有結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)變形。該項(xiàng)技術(shù)不僅適用于軌道交通工程,還適用于其他類型的地下建筑,可提供一定的借鑒作用?!娟P(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻微損開(kāi)洞技術(shù)開(kāi)洞順序優(yōu)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)1 工程概況 上海地鐵人民廣場(chǎng)站換乘大廳位于上海西藏中路和九江路路口的西南角,介于地鐵1號(hào)線、2號(hào)線和聯(lián)絡(luò)長(zhǎng)通道之間,并利用其現(xiàn)有輪廓擴(kuò)大而成,呈三角形,可實(shí)現(xiàn)地鐵1號(hào)線、2號(hào)線、8號(hào)線三線客流的集中換乘。 人民廣場(chǎng)站換乘大廳作為軌道交通三線換乘樞紐,為達(dá)到快速便捷的換乘目的,需要在1號(hào)線的站廳層、2號(hào)線的站廳層、下一層以及聯(lián)絡(luò)長(zhǎng)通道的800 mm厚地下連續(xù)墻上大量開(kāi)設(shè)換乘門洞。門洞數(shù)量共計(jì)25只,門洞寬度最小1.2 m,最大8 m,高度2.75 m~4.4 m。
2 難點(diǎn)分析 人民廣場(chǎng)站換乘大廳門洞開(kāi)設(shè)數(shù)量達(dá)25個(gè),寬度最大為8 m,在既有地下連續(xù)墻上進(jìn)行如此大面積、大規(guī)模的門洞施工,是相當(dāng)少見(jiàn)的,施工難度也非常大。再者,在既有結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻上開(kāi)鑿如此大量的門洞,勢(shì)必將改變其受力性狀,結(jié)構(gòu)剛度和整體性能都將大大削弱。而且地鐵1、2號(hào)線都已開(kāi)通,車站結(jié)構(gòu)及軌道正處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài),除了要保證開(kāi)鑿門洞的車站結(jié)構(gòu)的安全外,還要嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)及軌道的各項(xiàng)變形在規(guī)范許可范圍內(nèi),施工難度和風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)大。尤其是地鐵1號(hào)線車站為單襯墻,自身墻體剛度非常小,開(kāi)設(shè)如此數(shù)量的門洞對(duì)既有車站結(jié)構(gòu)影響相當(dāng)大。
3 施工技術(shù)研究3.1 開(kāi)洞順序優(yōu)化分析 在人民廣場(chǎng)站換乘大廳建設(shè)過(guò)程中,需要在地鐵1號(hào)線站廳層開(kāi)設(shè)5只3 m×8 m的大型洞口,總長(zhǎng)度為站廳長(zhǎng)度的10%,相鄰兩洞口最短間距僅為9 m。為保證開(kāi)洞完成后整個(gè)站廳結(jié)構(gòu)的安全性,同時(shí)盡量減小新開(kāi)洞口對(duì)已完成洞口的影響,必須對(duì)1號(hào)線站廳進(jìn)行開(kāi)洞順序優(yōu)化分析。3.1.1 開(kāi)洞順序假定 在進(jìn)行分析前,我們首先假定了兩種不同的開(kāi)洞方式。第一為“1-2-3-4-5”,即順序開(kāi)洞方法;第二為“3-2-4-1-5”,即中間開(kāi)洞方法。分析方法采用有限元單元生死技術(shù),分別按照兩種不同順序“殺死”被鑿除的洞口,最終通過(guò)對(duì)比兩種開(kāi)洞順序洞口位置的撓度曲線來(lái)判定新開(kāi)洞口對(duì)既有洞口的影響。
圖4給出了采用順序1開(kāi)洞時(shí)洞口位置的豎向撓度曲線。應(yīng)當(dāng)指出的是,該組曲線的撓度已經(jīng)減去了未開(kāi)洞口時(shí)墻體在恒活荷載作用下的豎向撓度,也即曲線的撓度值均為相對(duì)撓度。該組撓度曲線表明采用順序1開(kāi)洞時(shí): 新洞口的開(kāi)鑿會(huì)加大前面洞口的撓度,增大的幅度約為7.5%。 新增洞口的影響范圍僅僅局限于對(duì)前一個(gè)洞口(例如:洞口3的開(kāi)鑿僅影響洞口2的撓度,而對(duì)洞口1的影響甚微)。3.1.3 采用順序2對(duì)墻體開(kāi)洞的有限元分析 圖5是采用順序2開(kāi)洞時(shí)墻體的最后撓度曲線,與順序1前文類似,該組曲線亦減去了未開(kāi)洞口時(shí)墻體的豎向撓度,曲線數(shù)據(jù)也是相對(duì)值。該組撓度曲線表明,采用順序2開(kāi)洞時(shí):
新開(kāi)洞口會(huì)加大既有洞口的撓度值,增大幅度約為7.5%; 新開(kāi)洞口僅影響上次開(kāi)鑿洞口,但影響方式較順序1復(fù)雜。3.1.4 結(jié)論 兩種假定的開(kāi)洞順序分析表明,兩種不同的開(kāi)洞順序最終得到的洞口撓度值一致,新開(kāi)洞口都會(huì)加大既有洞口的撓度,影響也僅局限于上一次開(kāi)鑿的洞口,增大幅度約為7.5%。但采用順序2開(kāi)鑿的影響方式較洞口1復(fù)雜,且理論上較實(shí)際情況偏小,因此,采用順序1的方式開(kāi)洞是最優(yōu)化方案。3.2 微損開(kāi)洞施工技術(shù)3.2.1 施工工藝流程 抽條鑿除老結(jié)構(gòu)地下墻混凝土(型鋼頂撐制作)→安裝型鋼頂撐→鑿除剩余老結(jié)構(gòu)地下墻混凝土→安裝全斷面注漿管→門洞梁、柱鋼筋綁扎(止水角鐵框制作)→預(yù)埋止水角鐵框→門洞梁柱支模、澆筑混凝土→門洞梁柱拆?!弯擁敁尾鸪惭b可卸式止水帶→全斷面注漿管注漿。3.2.2 技術(shù)方案 (1)準(zhǔn)備階段 ①在地鐵1號(hào)線、2號(hào)線站廳層及聯(lián)絡(luò)長(zhǎng)通道一側(cè)內(nèi)將門洞施工范圍內(nèi)的各類既有設(shè)施及管線進(jìn)行搬移,確保門洞處施工范圍內(nèi)無(wú)影響施工的物體。 ②待影響施工的設(shè)施搬移后,在站廳層一側(cè)進(jìn)行門洞施工作業(yè)點(diǎn)封閉圍護(hù),做到綠色施工,以確保門洞施工不影響既有地鐵車站的正常運(yùn)營(yíng)。
(2)門洞鑿除階段 ①鑿除地下連續(xù)墻鋼筋保護(hù)層,割斷地下連續(xù)墻鋼筋。 ②根據(jù)門洞寬度確定架設(shè)型鋼臨時(shí)頂撐的根數(shù),一般不得少于1根,當(dāng)門洞寬度大于8 m的,不得少于3根。從上至下由門洞一側(cè)抽條鑿除地下連續(xù)墻混凝土,抽條寬度1~2 m,在鑿除地下連續(xù)墻位置中間位置附近架設(shè)型鋼頂撐。 ③用10 mm厚鋼板或8#槽鋼焊接地下連續(xù)墻主筋,然后用神仙葫蘆吊起并安裝型鋼頂撐,型鋼頂撐采用300H型鋼,型鋼上部1 m由300H型鋼調(diào)整為300 mm×200 mm。型鋼頂撐最上端用鋼板與地下連續(xù)墻楔緊后將型鋼頂撐、鋼板、地下墻主筋電焊焊接固定。 ④鑿除剩余部分地下連續(xù)墻混凝土。 (3)門洞結(jié)構(gòu)施工階段 ①在門洞四周新老結(jié)構(gòu)相貼處打注水膨脹聚氨酯密封膠,并在門洞地下連續(xù)墻中間四周安裝全斷面出漿注漿管。 ②按設(shè)計(jì)圖紙要求綁扎柱鋼筋及門框梁鋼筋,并安裝門框可卸式止水裝置的角鐵框。 ③門洞梁柱結(jié)構(gòu)施工。 (4)收尾清理階段 ①當(dāng)混凝土達(dá)到強(qiáng)度后,拆除門框排架及梁底模并拆除型鋼頂撐。 ②安裝可卸式止水帶,并通過(guò)全斷面出漿注漿管對(duì)門框新老混凝土交接處進(jìn)行注水泥漿。門洞防水節(jié)點(diǎn)圖詳見(jiàn)圖7。 ③恢復(fù)老結(jié)構(gòu)門洞處裝飾、設(shè)施、管線,拆除彩鋼板圍護(hù)。3.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 在采用微損開(kāi)洞施工技術(shù)的同時(shí),我們還對(duì)門洞周邊的地下連續(xù)墻進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)墻體在拆除過(guò)程中的變形情況。監(jiān)測(cè)設(shè)備采用JDEBJ-2型振弦式混凝土表面應(yīng)變計(jì)并配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。 經(jīng)有限元初步計(jì)算分析表明,洞口開(kāi)設(shè)后沿洞口上方的應(yīng)變變化最大,為此選定17號(hào)門洞作為主要監(jiān)測(cè)對(duì)象,在該洞口上方布置了三個(gè)測(cè)點(diǎn)。 整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程歷時(shí)45 d,共進(jìn)行了3次數(shù)據(jù)采集。圖8為17號(hào)門洞正上方測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)情況。 監(jiān)測(cè)結(jié)果反映了洞口開(kāi)設(shè)過(guò)程中的應(yīng)變發(fā)展情況,即在門洞頂端墻體應(yīng)變變化最劇烈且以拉應(yīng)變?yōu)橹鳌O鄬?duì)于初始應(yīng)變狀態(tài),該門洞上方墻體的應(yīng)變隨著洞口的開(kāi)設(shè)增大了306.1μe,應(yīng)變的發(fā)展基本呈現(xiàn)為線性發(fā)展過(guò)程,表明了開(kāi)洞后洞口上方墻體處于受拉狀態(tài),需要在門洞開(kāi)鑿?fù)瓿珊蠹皶r(shí)施加支撐體系,以防止洞口頂部受載過(guò)大引起破壞。這點(diǎn)與微損開(kāi)洞技術(shù)中即時(shí)安裝型鋼頂撐是相吻合的。通過(guò)對(duì)曲線的分析也表明,采用微損開(kāi)洞技術(shù)造成的應(yīng)變集中相對(duì)較小,對(duì)地下連續(xù)墻的影響較小,保證了既有車站結(jié)構(gòu)的安全。
4 結(jié)語(yǔ) 上海地鐵人民廣場(chǎng)站換乘大廳在既有地下連續(xù)墻上大面積開(kāi)設(shè)門洞,門洞數(shù)量、規(guī)模如此巨大,在業(yè)界較為罕見(jiàn)。通過(guò)對(duì)老車站地下連續(xù)墻大面積微損開(kāi)洞技術(shù)的研究,將理論分析預(yù)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合,再通過(guò)多方案對(duì)比優(yōu)化,以及抽條鑿除、設(shè)置臨時(shí)頂撐等措施,保證了車站結(jié)構(gòu)的安全,有效控制了結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)變形。 該項(xiàng)新技術(shù)不僅適用于軌道交通工程,也可應(yīng)用于其他新建地下工程與周邊已建工程地下結(jié)構(gòu)連通時(shí)的老結(jié)構(gòu)地下墻開(kāi)門洞施工。因此,地下連續(xù)墻大面積微損開(kāi)洞技術(shù)對(duì)今后類似工程具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)[1]閻維明,周福霖,譚平,土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究進(jìn)展,世界地震工程,Vol.13(2),1997,6:9-20.[2]孫鴻敏,李宏男,土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展,防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),Vol.23(3),2003,9:92-98.[3]鐵道部科學(xué)研究院鐵道建筑研究所,振動(dòng)測(cè)試和分析,人民鐵道出版社,1979.





