中铁一局集团有限公司广州分公司 广东广州 510635
摘要：深圳前海综合交通枢纽1、5、11号线车站改造工程，是在既有运营车站进行改造，对地铁运营线保护要求高。本文全方位介绍车站改造综合施工技术，并提出了复杂地质条件下桩基施工质量控制的关键技术，同时提出车站抗浮的施工控制要点。
关键词：既有车站；运营；改造；盖挖施工；抗浮
1、项目概况
前海湾站是深圳地铁运营中的1号线、5号线和在建11号线一个换乘站，三站平行设置，通过换乘大厅换乘；车站位于深圳市前海片区，根据新的规划要求，前海片区地面标高将抬升至8.5～9.5，局部超过10m，而既有运营的1、5号线前海湾站则按当时地面标高约5.5m，车站顶板覆土厚度约4m进行结构受力和抗浮设计。在新的规划条件下，既有车站已不能满足要求，需要对既有车站结构进行改造。综合各种因素，并通过反复比选方案设计阶段已确定在既有车站顶板上方新建一层框架结构：一方面能充分利用地下空间，另一方面又能解决既有车站结构受力和抗浮的问题。
2、车站改造总体施工方案
为解决在新的规划条件下车站结构受力及整体抗浮问题，初步设计沿车站四周设置抗拔桩改善车站抗浮能力，如图2.1所示。因1、5号线换乘通道不具备机械施工抗拔桩条件，在通道下方采取暗挖，利用混凝土形成配重达到结构抗浮效果，如图2.2所示。
为保证车站覆土揭除期间既有结构抗浮满足要求，主体结构施工原设计采用小幅跳段明挖顺作，辅以砂袋堆载。优化后的设计方案主体结构采用“先盖后挖” 利用顶板自重辅以降水抵消土体卸载产生的抗浮问题。此方案优点：（1）解决了结构施工期间覆土揭除时抗浮设计问题；（2）分段长度调整后可以大量减少主体结构施工缝数量，有利于结构防水；（3）采用“先盖后挖”施工方案，避免了大面积既有结构顶板暴露受雨水浸泡，降低了运营车站内出现大面积渗漏水的风险；（4）可以大面积施工，缩短跳段施工的等待时间，从而更有利于控制总工期。
3、施工重难点
3.1既有线保护要求高
（1）临近既有线进行桩基施工及覆土开挖，对既有结构施工干扰大；
（2）改造期间既有线保持运营，若施工导致地铁线变形超限，引起列车限速或停运，影响面广安全风险高。
3.2桩基成孔难度大
本工程抗拔桩数量多，复杂地质条件下，紧贴既有线桩基工程如何确保成孔质量是本工程的难点；
3.3“先盖后挖”结构施工
因采用盖挖法施工而产生的施工缝的处理，预留预埋钢筋的处理，侧墙混凝土浇筑等工艺、工序相较顺作法施工难度大。
3.4配重抗浮工艺新
1、5号线换乘通道结构采用配重抗浮，施工工艺较新颖，过程控制要求高。
4、改造施工关键技术
4.1复杂地质条件下桩基成孔施工技术
4.1.1 填石换填
本项目位于填海区，因场地内普遍分布大粒径填石（地面下0.5-11.5m范围内），影响成孔效率。拟采取“挖槽换填”措施,如图4.1水泥石粉换填示意图所示，即在桩基施工区域用长臂挖掘机开槽挖除填石，无水区域换填干土并压实挤密处理，地下水丰沛区域换填6%水泥石粉稳定粒料，确保成孔过程中无填石、换填料具备一定自稳性。
4.1.2 护筒工艺
对于软弱地层成桩塌孔问题，采用长护筒穿透软弱地层，提高桩基成孔效率及成孔质量。既有线围护结构鼓包及深层无法换填的孤石是本工程护筒打拔施工关键制约因素，在桩基施工前做了护筒打拔方案比选：
鉴于施工区域内已进行换填，大部分填石层已被挖除，深度超过8m的填石层仅存在部分施工区域。另外一方面，通过设计桩位调整，桩基施工范围尽量避免原围护结构鼓包位置，护筒埋设受填石、鼓包影响区域大幅减少。综合考虑施工成本、施工效率及盾构保护等各方面因素，针对特定环境采取不同的护筒打抜方式：1、在无填石、鼓包区域采用吊车配合液压振动锤辅助打拔钢护筒；2、在因填石过深，无法换填或原围护结构鼓包位置利用旋挖钻的扭矩（280KN-460KN）驱动带合金牙轮钻头的护筒对填石、鼓包进行“硬切”下放护筒；3、盾构保护段抗拔桩施工，为减小对周边土层的扰动，采用全回转钻机打抜钢护筒，利用全回转钻机的强大扭矩（2000KN-2500KN）带动护筒旋转插入到底，实现全护筒旋挖成孔，确保施工期间盾构变形可控。
通过护筒工艺优化，一方面提高了桩基成孔效率，保证了桩基施工质量，另外一方面确保了桩基施工期间盾构区间运营安全。
4.2“先盖后挖”施工工艺
为避免覆土开挖过程中既有结构出现整体上浮影响正常运营，采取“先盖后挖”法施工上盖结构，在覆土开挖前预先增加结构配重，一定程度上抵消了卸土产生的应力释放。结合原有场地标高进行平整场地，在结构柱位置打入钢护筒至结构顶板标高，挖除护筒内土方至原结构顶板，破除梁柱节点混凝土保护层进行植筋，将结构柱接长至设计顶板梁底标高位置处（如图4.6所示），施工完成后，将结构柱用彩条布进行包裹保护，拔出钢护筒回填土并夯实。考虑到场地内长期积水，并分布有绿化耕植土，基层承载力不足以承担结构传递荷载，需进行简单的基层处理，并在基层上施作10cm厚C20垫层，在垫层上搭设矮支架施工顶板结构（如图4.7所示），加盖完成后，利用小型挖掘设备及运输车辆进行盖板下土方挖掘外运，施作下一层叠合板结构并顺作四周内衬墙，内衬墙施工前应在结构顶板施工时预留接驳器及浇筑孔。
4.3单侧臂液压模板台车顺作侧墙施工技术
4.3.1工艺原理
本工程1、5、11号线前海湾车站改造中，11号线属于在建车站，其中720m车站结构板采用盖挖逆作施工工艺，侧墙采用顺作。针对盖挖顺作侧墙项目部设计了一种单侧悬臂液压模板台车（如图4.9所示），其结构为定型钢结构（钢模与三角支撑模架分段连接组合成整体），集成了液压系统（控制模板横向就位与脱模）与电机自动走行系统（控制模纵向滑移），机械化程度高，现场实用操作简便，拆装次数少，可重复使用，大大节省了周转材料和人工成本。
4.3.2操作要点
（1）组装：首先在地面进行模板台车分段组装，分段长度根据吊装能力及吊装孔洞尺寸确定；台车首次拼装时应对模板面进行打磨并涂刷脱模剂，采用柴机油1:2兑用。
（2）就位：台车轨距2.8m，按台车轨距要求，铺设轨道，轨道要求平直，无明显三角坑，接头无错台。利用吊车将组装好的模板台车分段从结构板预留孔吊入，安装于已铺设好的走行轨道上，并用法兰螺栓及三角架底纵梁连接成整体。利用集成于模板台车上的液压千斤顶，横向调整模板与矮边墙密贴，模板就位。
（3）加固：模板调整就位后，安装模板与支撑架间的连接丝杆并紧固，在模板支撑架顶安装抗浮顶，在支撑架连接纵梁与轨道之间安装支撑顶，安装地锚杆，施加配重。
（4）堵头模支设
堵头模采用普通木模加固，将拉杆与侧墙钢筋可靠焊接后，背住背楞钢管，拉杆间距400×800，木模接缝处采用快易收口网堵塞避免漏浆。
（5）砼浇筑：在模板上下各开两个人孔，利用人孔进入振捣，砼从已施工矮边墙内预埋套管从上到下浇筑。混凝土浇筑时应设专人观察台车变形情况，特别针对上口、下口、堵头模进行巡视，如出现较大变形应立即停止浇筑并加固。
（6）脱模及滑移走行：砼达到设计强度后，松开连接丝杆及支撑顶，拆除地锚杆，卸下配重，通过液压千斤顶油缸回油，将模板与侧墙砼面分离脱模，脱模后，利用台车自带的电机走行系统，整体滑移至下一施工节段。
4.4 配重抗浮施工技术
地下结构抗浮采用的方法有：配重法、设置抗拔桩或抗拔锚杆、泄水减压法等；本项目1、5号线换乘通道下采用混凝土配重作为结构的抗浮措施。
4.4.1配重抗浮设计原理
配重法抗浮的原理是在构筑物上或（下）设置一定的配重来抵消地下水头压力对结构本身产生的部分作用力，从而达到结构抗浮的目的。本项目1、5号线换乘通道因不具备机械施工抗拔设施的条件，在通道下方采用暗挖土体置换混凝土，利用底板钻孔植筋及抗剪牛腿将置换的混凝土形成下挂式配重（如图4.10所示），并改造1、5号线之间的变形缝，使其形成刚性连接，达到整体抗浮的目的。
4.4.2暗挖混凝土置、换配重抗浮质量控制要点
根据特定条件下暗挖及配重法抗浮原理，施工过程中质量控制要点如下：
（1）因紧贴既有线轨行区，降水尺度一定注意把握，采取被动降水，既要保证开挖面无水作业，也要防止轨行区失水下沉。
（2）土方开挖时，应对开挖面土体进行水平注浆加固，防止软弱土体纵向滑移，对既有线轨行区结构造成冲击。
（3）植筋和抗剪牛腿是连接混凝土配重和构筑物的主要构件，为保证植筋质量，采取从底板上钻孔植筋，并设置弯钩与底板剥出的主筋进行焊接。
（4）构筑物间的变形缝需改造成刚性连接（如图4.11所示），使之形成整体受力的结构体系来解决构筑物整体抗浮问题，另外置换混凝土与原构筑物接触面需凿毛处理，增加摩擦力达到抗浮目的。
（5）配重混凝土属于大体积混凝土浇筑，在浇筑完成后一段时间内连续跟踪混凝土内部和表面温度，全程掌握混凝土温度变化情况，及时采取必要的防护措施，严格控制裂缝产生，确保砼的质量。为防止混凝土在强度增长过程中出现收缩，需要在顶面及两侧预埋纵向和环向注浆管，混凝土浇筑完后一定时间进行注浆，保证混凝土浇筑密实，防止因渗漏水及缝隙里的空气综合作用下钢筋锈蚀影响受力，从而导致抗浮体系失效。
5、结束语
随着国内经济的高速发展，城市地下轨道交通建设对于大、中城市越来越普遍。由于环境的变化或规划的调整，很多已建地铁车站面临使用功能单一的局限性，严重浪费有限的城市地下空间土地资源，对既有车站或区间进行改造增加相应的地下商业开发区是区域多元化经济发展的迫切需求。深圳地铁1、5、11号线前海湾车站改造在既有运营车站顶板上方新建一层框架结构：一方面能充分利用地下空间，另一方面又能解决既有车站受力和抗浮问题，是地下空间改造工程的典型案例。施工过程中车站抗浮主要通过“先盖后挖”增加车站本身自重，将既有围护桩与车站主体连接起来、新增抗拔桩、增加额外配重等措施解决，取得了良好的施工效果，保证了车站的正常运营的同时使得改造工程顺利实施，过程中车站变形数据稳定可控。另外，复杂地质条件下桩基施工换填措施及护筒打抜技术的灵活运用节约了施工成本，提高了成孔效率，确保了抗拔桩的施工质量，同时也保证了抗浮体系的整体有效性。
参考文献：
［1］邹宇 天津地铁既有线改造工程新旧结构差异沉降控制措施研究，《隧道建设》, 2006
［2］辛红芳.地铁车站工程抗浮措施的技术经济比较［J］.都市快轨交通，2008
［3］深圳前海综合交通枢纽1、5、11号线车站改造工程施工组织设计
论文作者:汤永久
论文发表刊物:《基层建设》2017年1期
论文发表时间:2017/4/10
标签：结构论文; 车站论文; 桩基论文; 混凝土论文; 顶板论文; 台车论文; 模板论文; 《基层建设》2017年1期论文;