论述盖挖法施工车站中的应用

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摘要：近年来，随着盖挖法在国内城市地铁车站建设中的应用正逐步升温，其具有盖板精度高、可重复利用、噪声振动小、占用道路少，有利于交通组织等优点。本文主要对盖挖法的施工顺序及技术细节进行了阐述，并结合二个实例，介绍了在工程中的具体应用情况及盖挖法应用前景。

关键词：盖挖法地铁车站应用

引言

近年来国内地铁建设飞速发展。传统作法中大多数采用明挖顺作法施工，明挖顺作法施工会长期占据城市道路，施工过程中交通和管线需多次翻交，封闭道路则会对周边交通带来巨大压力。明挖逆作法有减少占用交通要道时间的优点，但在施工最初阶段还是需要占用相当于整个基坑宽度的道路，依然无法彻底解决交通问题。盖挖法，又称“布鲁塞尔法”，是首先修筑临时路面系统、然后在路面系统下修建地下结构的施工方法的通称。通过国外众多工程实践, 总结了一套较完整的设计施工经验，特别是路面系统、支撑系统已经标准化、产业化。盖挖法在国内城市地铁建设领域的应用正逐步升温。

1.盖挖法施工技术

与一般明挖基坑相比，盖挖法主要增加了一套盖板体系，包括盖板、盖板的水平支承系统、盖板的竖向支承系统。盖板的水平支承系统主要包括直接承担干板何在的纵横梁，竖向支承系统包括将路面荷载传至地基的临时立柱及其下桩基。在盖板体系中，国内现采用较多的是现浇钢混结构、钢结构路基箱等。此类结构都有振动大、噪声大、行车舒适性差等缺陷。而在发达国家，尤其是日韩等地区路面盖板主要采用可重复利用的钢结构定型产品。这种路面板克服了国内技术的一些缺陷。虽然一次性投资较大，但在国外运用非常广泛，并已形成一定产业规模。

1.1盖挖法的主要施工顺序

（1）先施工车站基坑一半宽度范围内的围护结构、立柱桩和第一道支撑等，铺设临时路面系统。交通则利用外侧道路通行。

（2）将交通改移到已完成临时路面系统铺设的基坑一侧，施工基坑另一半宽度范围内的围护结构、立柱桩和第一道支撑，铺设临时路面系统，并设置取土孔、进料孔及通风装置等。

（3）在一半基坑宽度范围内的临时路面下以顺作或逆作进行基坑开挖和主体结构施工。

（4）车站施工完成后，分幅拆除临时路面系统，恢复常规道路路面和交通。

1.2盖挖法的关键点

（1）可重复利用的路面板

盖挖法能够实现的关键之一, 是建造一个稳固、经济的临时路面系统。采用标准化、模数化可回收重复利用的预制板,且结构应满足强度、刚度以及稳定性要求。为保证路面车辆行驶的平稳性,盖板不平整度应< 0.5 mm,挠度应≤1/400;盖板梁挠度应≤1/500;铺设时相邻盖板高差控制在1 mm之内;同时,应采取减震降噪和防渗防漏措施。为保证预制盖板的可回收重复利用,预制盖板尺寸以1 m为模数。

盖板平面标准尺寸为3 m×2 m,并以2 m×1 m、1 m×1 m预制盖板作为临时路面敷设组合时的调节块。考虑支撑布置的模数及施工的便利性, 标准路面板采用3m长、1 m宽。可采用两种形式: 型钢路面板、混凝土路面板。

混凝土路面板采用外包角钢的单跨预制板,安全可靠, 但混凝土板自重太大, 施工不便, 且对纵横梁体系影响较大。型钢路面板,并排焊接5根H型钢, 并且两端用平钢进行加固。不仅可以作为社会交通的路面, 也可以使用于施工工地的栈桥,具有用途广泛的优点。虽一次性投入较高,但从规划整体上考虑，型钢路面板可重复利用，综合效益较好。 路面盖板采用防滑树脂加工膜面技术, 能有效地达到减振降噪、防滑防水的效果（图1）。

图1、盖挖法型钢结构示意图

(2) 盖板梁和首道支撑关系

盖板梁与首道支撑可有分离设置、结合设置两种处理方法。在地质较好的地区进行盖挖法施工时, 往往将盖板梁和首道支撑分离设置。由于土体自立性好, 盖板梁不承受水平方向的荷载, 仅承受以路面的竖向荷载, 同时将该荷载传递给中间立柱。根据施工所需空间要求, 第一道支撑一般设置在地表以下 2 m 深处。在软弱地层中,如果不考虑盖板梁兼作支撑, 类似于悬臂 2.5m开挖, 将会导致土体侧向变形超出范围, 同时由于土体具有明显的流变性能, 开挖时会导致盖板梁上作用有较大的轴力, 对盖板梁偏不安全, 对于控制基坑变形也非常不利。

车站所处市中心区交通繁忙,街道下方管道密布,基坑变形要求严格,车站施工周期短,现有的盖挖法难以直接套用,需结合软土地区的特点选用适应软土地层地铁车站的环保型盖挖法施工工艺。采用标准化、模数化的可回收重复利用的临时路面系统,首道支撑采用钢筋混凝土,兼做临时路面的支承结构, 在基坑开挖过程中采用钢支撑与结合楼板设置的框架逆作相结合,保证基坑的稳定性、安全性。盖板梁兼作首道支撑时, 必须使得该构件能同时承受上部传来的竖向荷载及基坑挡墙传来的水平荷载, 约束挡墙的水平变形, 也即该构件必须同时是抗弯构件, 又要是抗压构件。

盖板梁可选用钢支撑或钢筋混凝土支撑形式, 直接搁置于立柱桩顶部。由于盖板作为车行道路, 易受扰动, 如果采用钢支撑, 稳定性不好而且支撑轴力复以施加预应力, 因此采用钢筋混凝土支撑, 以增强盖板体系的稳定性和安全性, 采用钢筋混凝土形式对控制深基坑变形也是有利的。

(3) 竖向支承体系设置

盖挖法施工要求先做围护结构与中间立柱,作为结构在施工期间的支撑构件。车站设置立柱桩,与两侧围护结构共同构成路面系统的竖向支承体系。根据使用功能,中间立柱可分为临时立柱与永久立柱两种类型,临时立柱指的是只在施工期间作为临时的支撑构件,施工完成后即拆除,而永久立柱在竣工之后为结构柱。

立柱结构设计时, 必须注意根据施工过程中立柱的支承方式,合理选择其结构类型及其基础类型。既保证立柱的强度、刚度、稳定性, 又保证荷载能有效地传递给柱下基础。立柱桩在上部荷载及基坑开挖土体应力释放的作用下,发生沉降与抬升,同时立柱桩承载的不均匀,增加了立柱桩间及立柱桩与地下墙之间产生较大差异沉降的可能,若差异沉降过大, 将会对路面体系产生较大的附加应力,严重时会影响安全。立柱桩之间及立柱桩与围护结构之间的差异沉降不宜大于20mm,且不宜大于 1/400 桩距。因此,如何减少中间立柱桩、围护结构的沉降以及差异沉降,是盖挖法施工的要点之一。

随着基坑的开挖, 立柱自由长度增加,会发生失稳,因此,为增加立柱的稳定性, 在每一道支撑标高处,设置纵向连系梁与支撑、立柱形成稳定的空间约束,减小开挖阶段立柱的长细比,以保持立柱稳定（图2）。

图2、盖挖法基坑横断面示意图

1、 运用盖挖法施工的几个工程实例

该车站为地下三层岛式车站,站前设单渡线。车站净长275.5m,净宽13.1～19.65m, 标准段基坑开挖深度约为23.5m。[1]

经过综合分析,采用盖挖顺作法施工可以满通组织的要求,同时保证2年内完成土建施工。将车站主体结构顶板上方一半基坑宽度设置临时路面系统,保证路面交通可正常运行, 在临时路面下方,明挖顺作施工车站内部结构。

车站采用组合型钢盖板体系。盖板主梁兼作基坑的首道支撑,采用钢筋混凝土支撑,以增强盖板体系的稳定性、安全性。

车站设置立柱桩, 与两侧围护结构共同构成路面系统的竖向支承体系。立柱桩采用临时立柱和永久立柱结合的方式,这种方式保证了车站顶板和楼板施工状态与使用状态内力分布相近, 以减小车站后期沉降。

该路规划宽42m,由于部分建筑物 侵入红线无法拆除,道路最不利部分仅 39 m 宽。如果采用明挖顺筑法施工,施工场地最小宽度需要28m,剩余道路宽度14m,根本不能满通组织的要求。同样, 如若采用逆作法施工, 不仅施工速度慢,费用昂贵,而且有6～8个月不能保证社会交通。采用盖挖法施工,在保证该路需要的最小道路宽度约22 m的同时, 还能提供车站7m的施工场地。车站施工可以在2年内完成,与采用明挖法工期基本相同。

明挖顺作、传统逆作和盖挖法的工程投资来看, 经初步测算愚园路站基坑的总费用分别为3500万元、4500万元、4200万元。由于是交通要道, 若实行封道施工一年以上, 据不完全测算, 仅交通绕道和道路拥挤几项引起的社会经济效益损失将达数亿元之多。本文推荐采用的盖挖法不仅保障了道路的畅通,同时还还可提供7m的施工场地, 减少了施工期间的借地投入。按照国内学者对社会经济分析的研究,按基础设施项目工程本身投入与可发挥的社会经济效益的扩大比例达 1∶3 的效应分析,盖挖法施工虽然工程投入大,但针对该车站的社会经济效应远超传统的施工方案。

该站总长167.6m，标准段总宽度为22.8m，为地下3层换成车站，将与运营中的地铁1号线实现通道换乘。车站标准段基坑深24.2m。[2]

根据交通缓解的要求，施工期间道路需保证约16m的宽度以满通流量要求。同时也需要对现有路下管线进行搬迁，也需要一定的临时管线搬迁场地。以下为盖挖法在该车站工内具体施工情况：

（1）采用加工精度高、可重复利用的定型产品作为临时路面板。其宽度均为1m，长度有3m及2m两种，厚度约0.2m。盖板由5道H型钢拼接而成，承受车轮荷载或施工荷载，钢结构上浇注混凝土防滑层。

（2）基坑支护体系仍采用传统的钢管结构，不设围，严格按“时空效应”理论控制基坑变形。常熟路站由于环境保护要求非常高，基坑等级严格按1级标准设计。因此车站基坑采用“两明两暗”的逆作法施工。即车站结构板的浇注顺序为上中板-下中板-底板-顶板，其中结构上中板及顶板为明作，下中板及底板为暗作。车站水平支撑结构采用了7道支撑，其中首道为钢筋混凝土支撑，其他6道均为钢管支撑，其中5道为双拼支撑。钢管支撑直接支撑在地下连续墙。

（3）盖板体系与基坑支护体系有机结合。常熟路站利用基坑首道钢筋混凝土支撑作为临时路面的主梁。配合道路翻交的需要分两段施工。常熟路站盖板梁采用主次梁结构，主梁即首道混凝土支撑，次梁为间距3m的双拼H型钢。次梁间距与盖板长度一致。

（4）临时立柱与永久柱合一。临时立柱是施工期间路面车辆及盖板体系的主要受力构件。常熟路站施工期间的临时立柱采用与永久立柱合一的方案，沿车站横向共设2道立柱，间距6.8m，立柱纵向间距与永久柱相同，均为8m左右。临时立柱采用Q345钢材，为便于控制立柱施工精度，采用了H型钢立柱，断面为H458×417×30×50。

2.应用前景

盖挖法占用道路少，有利于交通组织的优点是非常明显的。由于国内城市道路一般均设有非机动车道、人行道，盖挖法只需要占用一半的车站基坑宽度，通过适当调整机动车道、非机动车道、人行道宽度，一般均可做到施工期间保证原有的车辆通行能力。但是国内目前采用盖挖法施工的地铁车站非常少，这主要是因为盖挖法施工需要的支撑体系、盖板体系、专用取土设备等一次性投资较大，施工经验的缺乏也是一个因素。

盖挖法土建投资与传统顺作逆作法相比相对较多，这仅仅是针对直接的土建工程费用，而对于工程总投资来说，反而会节约投资。市中心区域的地铁车站周边一般都是密集建筑，有些甚至是受保护的具有历史价值的珍贵建筑，道路交通也相对繁忙，车站占用了道路的主要部分。据不完全测算,仅交通绕道和道路拥挤几项引起的社会经济效益损失将达数亿元之多。采用的盖挖法不仅保障了道路的畅通,同时还还可提供7m 的施工场地, 减少了施工期间的借地投入。

综上所述，盖挖法有着广泛的社会效益和经济效益，在城市地铁车站建设中有着广泛的应用前景，有必要进行积极引导推广。

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