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摘要：在城市的闹市区修建地铁车站会受到周边环境以及路面交通的限制，相比传统的明挖法，半盖挖半逆作法在减少对城市交通主干道的影响、倒改管线、确保施工进度和施工质量方面有明显优势。本文以成都地铁5号线一、二期工程花牌坊站为工程背景，对半盖挖半逆做法地铁车站的竖向支撑系统进行了研究，以期可以为类似的工程施工提供借鉴。半盖挖半逆做法施工期间竖向承载系统主要由围护结构与支撑柱组成，围护结构的特点与传统基坑大致相同，区别在于半盖挖法中车站一侧的钻孔灌注桩作为竖向承载构件，支撑柱由立柱和立柱桩两部分组成。
关键词：半盖挖半逆做法 地铁车站 竖向支撑系统
一、半盖挖半逆作法车站的特点
所谓半盖挖半逆筑法就是车站施工时根据现场交通疏解和结构受力的要求沿车站的某处纵向施工缝，在纵向施工缝的一侧采用明挖法施工，另一侧采用盖挖法施工；所谓半逆作法就是与盖挖顺作法相比：盖挖顺作法所完成的顶板是将来要拆除的临时性盖板或者临时军便梁体系，而不是永久结构的顶板;而盖挖半逆筑法所完成的顶板是地下结构的顶部结构。因此，在地下结构完成后就不必要再一次挖开路面，避免了二次倒改交通的弊病，同时还可在施工好的盖挖顶板上方可倒改管线。在施工阶段，临时立柱和顶板中设置的临时梁连接，顶板边缘与围护结构连接，保守设计时与围护桩的连接按照简支考虑。设计阶段全面考虑、施工阶段现场观测，防止结构在临时立柱支座、盖挖顶板跨中等部位出现超过限值的受力裂缝是十分必要的。
半盖挖半逆作法工艺相对盖挖逆作法较简单，从上到下开挖到底后再由下向上施工结构，开挖净空高，钢支撑布置与开挖工序安排较简单，便于操作，施工进度快;但开挖、支撑的时空效应控制难度较大，控制不理想时围护桩的变形比明挖顺作法相应的要大，因此施工时必须加强监测，做好应急措施。
二、围护桩的设计
1.1 围护桩（钻孔灌注桩）的施工特点
在砂卵石地层中修建地铁车站围护结构一般采用桩+内支撑的形式，在半盖挖车站中区别于一般明挖车站的是一侧的钻孔灌注桩除受弯和受剪作用外还作为竖向承载构件。在砂卵石层中围护桩作为竖向承载构件最主要的是要控制围护桩的竖向沉降，避免因差异沉降而造成结构顶板拉裂，出现裂缝超过限值的情况。成都地区卵石层中的桩端承载力和桩侧摩阻力均较高，加之桩间距较小，理论上围护桩承载力都能满足要求，主要存在问题是：在卵石层中在围护桩成桩的过程中孔底沉渣厚度较大，为减小围护桩的不均匀沉降，按照《建筑桩基技术规范》其沉渣厚度不得超过50mm,必要时应对围护桩进行桩端或桩侧后注浆处理。
三、临时立柱和立柱桩的设计
2.1临时立柱的选择
临时立柱可采用格构柱、型钢柱、钢筋混凝土柱等形式，由于永久顶板上面覆土一般较临时路面体系厚，盖挖顶板上方的荷载一般较大，因此在成都地区采用永久盖挖顶板结构时，临时立柱的一般选择刚度大、承载能力好的钢管柱和钢筋砼柱。临时钢筋砼柱和钢管柱各有优缺点：临时钢筋砼柱施工方便，承载能力高，稳定性强，不用设置柱间支撑，施工开挖土方方便，开挖土方时防小型机械撞击能力强，但是后期凿除难度较大。一般适用于地下三层站等工期较长，对临时立柱稳定性要求高；或者因交通疏解需要盖挖顶板跨度较大，上面覆土荷载较大，路面交通流量特别大等保证工程施工安全的情况。临时钢管柱与临时砼立柱相比承载力相对较低，稳定性较差，需要设置柱间支撑，但是临时钢管柱拆除切割方便，而且可回收利用，经济型较好。主要用于两层站，工期要求较宽松；或者盖挖顶板跨度较小，上面覆土荷载不大的情况。
2.2临时立柱的设计
半盖挖半逆做的临时立柱受力除承受永久性盖挖顶板的重量外地下结构其余楼层的重量都不直接作用在立柱和立柱桩上，临时立柱与中板和底板交叉位置处采用预留后浇孔洞的方法处理。因此要保证临时立柱、立柱桩的安全以及盖挖顶板裂缝不超过限值，在设计是必须要充分考虑盖挖顶板上方的荷载。盖挖顶板上方的恒载包括水土压力；活载包括汽车荷载和冲击荷载两部分。
临时立柱的设计主要包括桩身承载力设计和稳定性设计两方面：立柱的承载力根据整体建模计算的柱端弯矩和轴力结果，按照压弯构件核算其承载力；稳定性的计算中主要是设计时对临时立柱长度计算取值的问题，特别应指出一般临时立柱的计算长度不宜直接按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）项次2的规定直接取用，宜结合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.8.4条的规定：计算时应考虑桩顶的约束情况，桩身露出地面的自由长度，桩的入土深度，桩侧和桩底的土质条件确定其计算长度。
2.3临时立柱桩的设计
临时立柱桩的设计包括桩基承载力设计、桩身承载力设计以及桩基沉降设计等方面。临时立柱桩兼做抗拔桩时还应进行基桩的抗拔承载力计算，作为抗拔桩还应进行裂缝控制的配筋计算。特别应指出在桩基承载力验算时根据根据规范应采用荷载效应的标准组合，桩身承载力验算时应采用荷载效应的基本组合。此外作为临时立柱的桩基还应进行桩基沉降计算，但是由于临时立柱桩和围护桩之间通过盖挖顶板连接在一起，对研究单根桩的沉降显然没有意义，因此在设计时需要考虑差异沉降对盖挖结构顶板将产生的附加应力。在设计中必须要控制差异沉降的值，当差异差降值不超过该限值时，使差异沉降引起的附加内力值验算顶板裂缝时：在支座处不超过0.2mm，跨中不超过0.3mm;反之应采取相应的措施控制。
四、竖向支撑系统差异沉降影响分析
4.1计算参数的选定
以成都5号线花牌坊站为例：临时立柱采用钢筋砼立柱1200@6000，围护桩采用1200@2000的钻孔灌注桩,盖挖顶板的厚度是800mm,上覆土厚度3.5m,盖挖顶板的跨度7.45m,考虑差异沉降时的计算简图如下：
通过对相关数据的汇总分析和计算可以发现盖挖顶板的最大弯矩值会随着差异沉降量的增加而增大，当临时立柱桩和围护桩的的差异沉降量为5mm时，此时支座处混凝土裂缝宽度为0.02mm，而当差异沉降量达到20mm时，支座处混凝土裂缝宽度也达到了0.18mm；根据成都多条线技术要求，盖挖半顶板在支座处裂缝宽度不可超过0.2mm。因此根据以上计算结果可知，对于半盖挖半逆作法地铁车站的竖向支撑系统的差异沉降值不宜超过20mm。以立柱桩允许变形的70%~80%作为报警值，则本基坑立柱桩的差异沉降量的报警值为14mm~16mm。在制定监测要求时，可把15mm时作为报警值，以确保整个支撑系统的安全。
五、结束语
对于半盖挖半逆做的地下车站中盖挖顶板作为连接竖向支撑系统的纽带，在基坑设计使用阶段作为水平支撑系统的一部分，在正常使用阶段为永久结构的一部分，在设计中在充分考虑盖挖盖挖顶板上方荷载的同时切记不能忽视竖向支撑系统差异沉降对盖挖顶板产生的附加内力的影响，在设计时准确制定差异沉降的监测值，保证基坑设计的安全。
参考文献：
[1]刘国宝，盖挖顺作法在深圳地铁科学馆站的应用.铁道勘测与设计，2004(4)；
[2]陈卫星，深基坑立柱竖向位移工程实例分析.建筑施工，2000，Vol.22(2)；
[3]王元湘，地铁盖挖法技术研究.地下工程与隧道，1994(3)；
论文作者:李军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/25
标签：顶板论文; 立柱论文; 承载力论文; 荷载论文; 结构论文; 作法论文; 差异论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;