偏压换乘地铁车站大体积地下连续墙拆除技术研究与应用
常规地铁车站出入口、风亭宽度为7~40m,附属基坑开挖和洞口围护桩(墙)拆除使车站主体结构受对侧土体偏压影响较小。但对于南宁地铁4号线那洪立交站换乘大厅基坑施工,基坑开挖后两线换乘主体接驳的大部分地下连续墙拆除,且局部出入口、换乘通道、联络通道坑中坑较深位置拆除深度达20m。南宁地铁4号线某车站已出现过临近车站的地下空间工程大范围开挖及支护桩拆除施工,造成车站主体结构受土体偏压后产生局部变形和位移情况。为规避类似风险,根据那洪立交站实际工况,考虑在不影响换乘大厅附属施工工期的情况下,使用MIDAS GTS有限元软件进行建模对比分析,制定较优的跳仓拆除地下连续墙方法,利用局部地下连续墙刚度支承主体结构以减少偏压对结构的影响。
1 工程概况
南宁轨道交通4号线那洪立交站为4号线与5号线两线换乘车站,因为换乘接驳通道需要,主体结构与换乘大厅连接处多为框架柱结构。主体结构施工阶段基坑支护采用地下连续墙+内支撑形式。
换乘大厅位于那洪立交西北象限,基坑采用双排悬臂桩支护结构,换乘大厅与4号线接驳长度253m,接驳处开挖深度13~19m;与5号线车站接驳137m,接驳处开挖深度12.2~20m,换乘大厅施工时须将接驳范围地下连续墙全部切割(见图1)。
图1 换乘大厅基坑模型
2 地下连续墙拆除施工特点
2.1 拆除工期紧
那洪立交站换乘大厅建筑面积约3万m2,系地下2层结构,工程体量大,且存在联络通道、换乘通道和出入口等坑中坑结构,增加了施工难度。换乘大厅仅10个月的施工工期对破除累计390m长的地下连续墙提出更高进度要求。
2.2 单侧卸压范围大,对一期车站主体结构影响大
换乘大厅位于那洪立交站西北象限,尤其工期紧,基坑土方开挖须全部开挖。地下连续墙拆除后将易形成一期车站主体偏压工况,造成主体结构破坏,且主体结构与换乘大厅接驳口位置仅为框架柱结构,主体结构整体刚度小,不利于结构安全。需跳仓分段拆除,临时利用后拆除的地下连续墙支撑主体提高主体结构整体侧向刚度。
2.3 局部地下连续墙背后为主体侧墙范围切割难度大
5号线范围存在地下连续墙背侧为车站主体侧墙的情况,无法使用常规钻孔+金刚绳锯切割方式拆除,须使用水钻连续钻孔切断,拆除工效低且易损坏已建成的车站结构侧墙。
3 拆除方案比选
根据换乘大厅土方整体开挖特点,利用MIDAS GTS软件对基坑地下连续墙整体全部拆除、6m一幅跳仓拆除及30m一幅跳仓拆除方法分别进行模拟受力分析(见图2),同时考虑主体结构和地下连续墙支撑刚度,分析对比如下:(1)整体拆除地下连续墙破除速度最快,费用最低,拆除风险低,但车站变形最大(最大变形31.9mm),结构不安全;(2)6m跳仓拆除地下连续墙破除最慢,费用最高,拆除风险也较高,但车站变形最小(最大变形7mm),便于车站结构保护;(3)30m跳仓拆除地下连续墙破除速度较快,与主体结构跳槽分段有效结合,便于推进主体施工进度,费用较低,地下连续墙拆除安全风险较低,车站变形在规范允许范围(最大变形11mm)。
通过以上对工期、成本、车站结构安全性和地下连续墙拆除风险分析对比,30m跳仓拆除为最优方案。
4 地下连续墙拆除施工技术要点
地下连续墙采用水钻钻孔+金刚绳锯切割组合的拆除方案,主要施工工艺流程及拆除技术要点如下。
4.1 施工工艺流程
施工准备→切缝测量放样→水钻孔引孔→金刚绳锯穿孔安装→金刚绳锯切割→原地破碎后运出或整体吊出。
4.2 主体孔洞范围切割拆除
主体为孔洞区域,地下连续墙切块尺寸为6m(幅宽)×3m(高)。拆缝使用水钻沿缝每3m引孔(孔径10cm),两个引孔间穿入金刚绳进行切割。块段切割完成后在其靠顶部位置穿入钢丝绳,采用挖掘机在侧面将切割的块段通过钢丝绳往外拽倒,然后用炮机进行破除、运出。该切割方式切割速度快、成本低。对于在墙体、板与接驳处无法使用金刚绳锯时,通过风镐人工破除,须避免地下连续墙破除造成主体损伤(见图3)。
4.3 主体侧墙范围切割
由于地下连续墙切割范围后背为车站主体侧墙,竖向金刚绳锯切割的金刚绳无法穿入形成回路使用。对于此区域切割,须先在地下连续墙紧贴结构侧墙的位置使用水钻竖向引孔(孔径10cm),纵向间距按切割分段长度6m设置,孔深3m,引孔作用是将地下连续墙与墙分离,形成穿金刚绳的回路空间。横向拆缝无法安装金刚绳锯切割设备进行切割,拆缝采用水钻逐一切断。按此方法,切竖向引孔需严格把控水钻位置和垂直度,避免破坏主体(见图4)。
图2 3种方法拆除变形
图3 主体孔洞范围地下连续墙切割
图4 主体侧墙范围地下连续墙切割
4.4 地下连续墙切割与土方开挖配合
为加快破除速度、降低安全风险,地下连续墙切割与土方开挖同步进行,土方开挖每3m留置1个台阶,作为地下连续墙切割施工平台,地下连续墙块段切割后,使用挖掘机拽倒,原地破碎后与土方一同运出。
4.5 跳仓后拆地下连续墙切割
对于预留后拆地下连续墙切割,在换乘大厅主体先施工段完成,具备一定刚度支承一期车站主体结构后方可拆除。主体结构施工阶段需提前沿着未拆除地下连续墙留3m宽施工及吊装孔洞,然后从基底搭设双排脚手架作为切割操作工作平台。地下连续墙切割后,采用起重机将其吊装至地面进行破除。地下连续墙切割块段大小视现场条件和吊装设备吊装能力确定。
5 应用效果
为有效监控换乘大厅基坑开挖及地下连续墙切割造成车站偏压位移,在一期车站每30m设置1个水平位移监测点,土方开挖前采集监测点初始值,监测频率为1次/d,具体监测数据如图5所示。
由图5可见,车站位移、车站最大侧向变形量为11mm,小于规范要求的30mm,且与模型计算位移量吻合,根据现场排查,主体未出现开裂现象,分段预留的地下连续墙有效支承并减少了车站主体偏压变形。
图5 车站位移监测数据
6结语
通过对南宁地铁4号线那洪立交站换乘大厅大范围土方开挖、地下连续墙拆除导致一期主体车站结构受偏压而破坏隐患研究,提出利用部分地下连续墙刚度支承主体的思路,采取有限元计算对比分析后,选择每30m跳段切割地下连续墙的方案,与换乘大厅主体施工分段一致,最大限度减少对换乘大厅主体施工工期的影响,同时保证了一期主体结构安全。
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