盖挖法在闹市中心地铁车站工程的设计与运用.pdf

盖授法在闹市巾I u I 地铁车站工程 丽设计与运用 周乐敏 上海市第二建筑有限公司 , 上海200 08 0 [摘要] [关键词] 盖挖法技术是一种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技术 。 采用该技术施工能减少 对地面交通和周围环境的影响 , 大大降低施工噪声 , 达到既环保又节约 的目的 ; 同时 , 该技术也为城市繁华地段施 工中出现的 “零场地”问题找到了较为有效 的解决办法 , 避免一些不必要的动拆迁 , 从而有效节约整个工程的成本和 工期 。 盖挖法技术 ; 闹市中心地铁车站工程 ; 设计 ; 运用 ; 环保 , 盖板的研究与试制 1 . , 研究背景 早在2 0世纪5 0年代初盖挖法就被应用在加拿大多伦多地铁施工中 , 该施工方法成名于2 0世纪6 0年 代西班牙马德里城市隧道施工中 , 又名布鲁塞尔法 。 在日本的中之岛新线 、 定川左岸线 、 东京1 3号线等 隧道建设中均采用了这种方法 , 形成了一套较为完整的设计施工经验 , 特别是路面系统 、 支撑系统标准化 、 产业化后取得了极好的社会效益 。 近年来 , 上海处于轨道交通建设的高峰期 , 地铁车站的建设和周边道路 的交通一直是一对难以协调的矛盾 , 而在闹市中心施工其情况尤为突出 , 如采用常规的明挖顺作法施工地 铁车站 , 将面 临越来越大的交通组织 、 管线搬迁难题 , 对社会影响极大 。 为有效解决中心城区 日益突出的 施工期间临时占路与城市道路交通拥堵之间的矛盾 , 达到既环保又节约的效果 , 盖挖法技术以其特有的优 势较好地化解和减小上述矛盾在近阶段应运而生 , 大规模使用盖挖法技术在上海尚属首次 , 而一项新技术 必须在合理性和可操作性条件下既达到经济效益最大化又体现技术优越性 。 我们在借鉴了 日本盖挖法技术基础上进行开发研究并进行拓展 , 主要侧重于以下内容 路面盖板体 系的设计 盖板材料的选用 、 盖板结构形式 、 尺寸 、 外观 、 受力 、 变形 、 面层材料 ; 路面盖板体系的施 工 施工阶段道路的翻交 、 交通通行力的研究 ; 管线翻交系统的施工 管线悬吊技术 、 措施的研究 。 作为新型地下空间施工工艺的盖挖法技术 , 即施工时采用临时覆盖盖板用于道路的通行及施工临时场 地以确保道路的正常通行 。 道路盖板体系由支撑体系和盖板组成 , 盖板为预制钢盖板 , 支撑体系主要由车 站的地下连续墙及临时钢立柱作为竖向受力构件 , 硷支撑及型钢作为盖板搁置梁组成盖板的支撑体系 。 在位于肇嘉洪路及东安路路口的两站合一的地铁 7 号线肇嘉洪路与 9号线东安路站建设中 , 通过盖挖 法施工改变传统施工方法己充分显示出该项新技术所特有的优越性 , 既确保社会道路交通畅通又保证了路 面下方的同步施工 , 使肇嘉派路 、 东安路这一区域繁忙的路面交通和紧张的地铁车站建设真正做到了和谐 相处 。 1 . 2 盖板设计与试制 1 . 2 . 1 设计概况 国内其它城市如广州 、 深圳两地的地铁车站也陆续采用过盖挖法施工 , 其临时路面体系是采用六四军 梁上放置工字钢再铺设钢板 , 上铺设沥青硷 , 然后在路面盖板下用小型挖掘机进行施工 , 由车站侧面的施 工竖井处吊土出坑 ; 这种施工方法的不足是盖板 的机动性差 , 较难根据实际施工场地要求作及时调整 。 南 108 京 的地铁建设中也曾采用盖挖法施工 , 其路面系统采用的钢格架上附花纹钢板形式 , 虽然能满足车辆通行 要求 , 但车辆经过时钢板展动噪声大 , 给附近居 民生活带来较大影响 。 在学习并借鉴日本地铁车站建设的 盖挖法技术后 , 以地铁 7 号线肇嘉洪路与 9 号线东安路站两站合一的地铁项目为背景工程 , 研究和试制了 盖板系统 , 收到了良好的社会效果和经济效益 。 在盖板材料选择上将硅体系和钢构体系作比较 , 分别加工了 1 0块硅盖板 、 1 0块钢沥青盖板 , 钢沥青 盖板尺寸选用为 3x1x0 . 2 2m , 盖板由型钢及沥青组合而成以符合城市黑石路面标准设计 , 每块钢盖板重 约 0 .65 t ; 硷盖板大小为 3x1x0 . 2 5 m , 采用 C4 0 硷 , 外框采用2 5号槽钢 围合 , 每块硷盖板重约 1 . 8t , 见 图l 。 1 . 2 .2 试验和设计 在试验中 , 钢沥青盖板与硷盖板分别在均布荷载2 . 5灯 叮 、 局部集中荷载 巧t跨中 作用下 , 通过软件计算在 两种盖板都满足变形要求的前提下进行综合分析及选择 。 盖板试验中作三大项指标分析 盖板在受力状态下的变 形 ; 沥青硷与钢板之间的粘结力测试 ; 车辆转弯时盖 板的稳定测试 。 经过充分试验分析后 , 按满足城市A级道路的荷载 圈1破益板和钢益板外型 要求及重型车辆通行要求设计的钢盖板图2 , 上覆沥 青两层的复合盖板体系并经过测试 , 完全能满足硷车辆 、 土方车辆及临时设施荷载的要求 , 具有重量较轻 、 连接 简单 、 施工方便 、 便于周转等优点 , 目前在地铁7号线 肇嘉洪路车站施工中已显示其较大的优越性 。 2 工程概况 地铁 7 号线肇嘉洪路站位于上海市徐汇区肇嘉洪 路与东安路交叉路口的地下图3 , 为M7线和R 4的 交汇站 , 两车站呈丁字型布置 , 两线车站均采用岛式站 台布局 , 为 T 型换乘 , 两线相交夹角为71 0 。 M7线车 圈2钢益板设计圈 站总长 17 6 . 7m 、 车站标准段 宽度为2 2 . 5m 、 土建主体建筑面积约为 182 0 0 m 2 , 车站为地下三层三跨钢筋硷 箱形框架结构 , 挖深约2 2 . 6m 。 R 4 线车站总长21 6 . 2m 、 标准段宽度为2 2 . lm , 土建主体建筑面积约为 9 180 m 2 , 为地下二层四跨钢筋硷箱形框架结构 , 挖深约 16m 。 7 号线肇嘉洪路车站节点区除外主体结构采用明挖顺筑法施工 , 节点区结构采用两明两暗的盖挖 逆作法施工 , 9 号线东安路站的主体结构采用两明一暗的盖挖逆作法施工 。 3 工程难点 地铁7号线肇嘉洪路站工程建设有着三大难点 1 周边环境复杂 由于是 7 、 9 号线两站合一建设 , 两车站呈 T 字型布置 , 同时肇嘉洪路系徐汇区的 一条主干道路 , 是徐家汇商业区的主要出入口 , 日车流量相当大 , 车站施工时要求保持肇家洪路8车道畅 通 , 东安路为南北次干道 , 须保持北 向南单向通行 。 而工程所处地段施工场地狭小 , 施工环境简直就是 ‘螺 蜘壳里做道场 ’ , 而且建设过程中还需进行多次道路翻交 , 要继续保持原有繁忙的交通畅通难度相当大 ; 109 另一方面由于肇嘉洪路周边各高档写 __ 字楼云集 , 车站周围建筑多为 6 层以下 的多层混合结构 , 甚至还有一些建设年 代久远且资料不详的老式浅基础建筑 , 车站西侧又是1 9层的上海市老干部活 动中心 , 最近的建筑物离工地基坑仅有 2 .7m , 对这些建筑物的保护难度很大 ; 与此同时 , 由于 工程范围内管线密集 共有大小管线40余根 , 涉及 7 家单 位 , 管线拆迁及施工过程中的保护极为 复杂 。 2 施工 工艺要求高为确保肇嘉 图3旅嘉洪路地铁站工程建于策嘉洪路与东安路交叉路口下 淇路周边交通顺畅 , 9 号线东安路站采 用盖挖法施工 , 施工时采用上覆盖板用于道路的通行及施工临时场地 , 结构采用两明一暗的逆作法施 工 , 并采用拆一还一的施工方法 , 保持 6 车道以确保道路畅通 。 7 号线车站节点区除外主体结构采用 明挖顺筑法施工 , 节点区主体结构采用两明两暗的盖挖逆作法施工 , 此次大面积使用盖挖法施工尚属国内 首例 。 3 施工工期紧 由于涉及两座车站的施工 , 总工期仅有2 1个月 , 而且前期管线拆迁工作复杂 , 施工 过程中建筑物和管线的保护以及保证交通畅通都将影响到正常施工 。 整个施工过程中必须统筹兼顾管线搬 迁 、 盾构施工 、 周边居民出入等因素 , 才是车站按期施工及竣工的保证 , 在施工中如何精心策划 、 有效组 织 、 协调施工 , 成为本工程的一大难点 。 4 盖挖法施工 鉴于上述三大难点 , 通过对明挖顺作法 、 传统逆作法 、 盖挖顺作法和盖挖逆作法等方法作比较 , 最后 决定采用盖挖逆作法这项新技术 , 实现在保证路面道路交通畅通 、 又能保证路面下方的同步施工 , 从而有 效解决施工期间临时占路与城市道路交通拥堵之间的矛盾 的预期目的 , 尽早实现还路与民 。 4 . , 盖板体系 盖挖法设计中 , 考虑到盖板系统不但要做到本身体系 稳固以保证正常道路交通的功能 , 而且盖板下能有布设悬 吊管线的支架系统 , 这样既解决难以搬迁的管线又较大程 度节省了管线搬迁费用 。 肇嘉洪路站工程的盖板体系由盖板和支撑体系图4 组成 。 盖板为钢盖板 , 其承载能力 、 抗疲劳性和面层耐磨 性要满足社会车辆和施工车辆通行要求 ; 支撑体系是由围 护结构的地下连续墙及临时钢立柱作为竖向受力构件 , 基 图4盖板支摊体系示意图 坑首道硷支撑或另设H型钢作支撑体系主梁 , 在主梁上再 根据盖板大小架设 H 型钢次梁作为盖板的支撑体系 。 盖板通过连接件搁置在 H 型钢次梁上 , 盖板与支撑 体系之间通过预埋连接件和设置橡胶垫片连接 , 减少车辆在运行中的噪声与振动 , 最大限度满足路面交通 110 需求 。 利用盖板系统结合管线悬吊技术措施 , 通过盖 板受力系统在主支撑上部搁置型钢次梁 , 次梁间距 Zm 或 3m 不等 。 主次梁间设置预埋件并做牛腿与 次梁有效固定 , 次梁下每隔Zm作钢筋与型钢组合 框架以固定管廊中的管线 , 并以可调螺栓和管线底 部设置弹性支座作为悬吊管线的标高控制 , 见图5 。 4 .2盖挖法施工流程 由于在工程中成功运用盖挖法技术 , 在车站顶 上方设置临时路面系统 , 保证路面交通正常运行 。 在临时路面下方可按正常步骤施工车站 内部结构 , 车站结构采用二明二暗的逆作法施工 。 地铁 7 号线肇嘉洪路站工程盖挖法施工的总 体流程 先施做地下结构的围护结构一铺设盖板路 面一土方开挖一车站结构施工一撤去临时路面 、 回 填覆土 、 修筑永久道路 , 见图6和图7 。 由于该工程地处交通要道 、 施工场地狭窄 , 因 此施工 中需要多次道路翻交 , 钢盖板在翻交过程中 充分显示了其灵活机动 、 移动方便之优点 , 考虑管 线搬迁 、 盾构施工等因素影响 , 施工期间交通组织 主要分以下 7 个阶段 。 1 完成M7线肇嘉洪路站南端头井西侧7 幅 地墙在场地内侧做 sm 宽的临时车道 , 其中 sm 宽一车道作为由肇嘉沂路转入东安路 的单向机动 车道 , 3m 宽的道路作为由东安路转入肇嘉洪路的 单向人非机动车道 , 在原东安路西侧靠近青松城 围墙做3m的道路作为由肇嘉洪路转入东安路的 人非机动车道 。 2完成荤嘉洪路南端头井剩余地墙以及肇嘉 洪路站标准段地墙 的施工 此时原本在场地 内的 sm 宽车道全部翻交到原东安路西侧 l lm 的单 向机 动车道人非机动车道双向 。 3进行R4线东安路站北侧 5 一8 轴 和 M7 线北端头井北侧地墙 、 立柱 、 盖板 的施工此时肇 圈7旅弃近路站工程盖板铺设位t圈 嘉洪路分为南北两侧各 4 车道 , 车道宽为 3m , 肇 嘉洪路北侧基本维持不变 。 肇嘉洪路南侧由于施工时占用一车道 , 因此在南侧补一车道保持南侧4车道 , 乌鲁木齐南路可单向转弯道进入东安路 , 或是向东走肇嘉洪路 。 4 完成 R4 线南侧包括 M7北端头井南侧地墙 、 立柱 、 盖板的施 工此时肇嘉洪路的交通全部翻交至 肇嘉洪路北侧 , 保持双向 4 车道 , 车道宽 3m , 部分车道由盖板通过 ; 取消乌鲁木齐南路打转弯进入肇嘉 洪路 , 乌鲁木齐南路 、 肇嘉洪路由西向东想转入东安路的从高安路转入 。 5 R4 线北侧剩余地墙 、 立柱 、 盖板的施工此时肇嘉洪路由西向东的 4 车道全部翻交至南侧 , 车辆 部分在盖板上通过 , 乌鲁木齐南路进入东安路的车辆可以直接通过R 4线盖板 。 6 R4线挖土及结构施工 此时肇嘉洪路交通全部翻交至北侧 , 保持双向4车道 , 乌鲁木齐南路进入 东安路的车辆可以直接通过R 4线盖板 。 7 主体结构完毕后施工附属结构 此时肇嘉派路基本恢复原样 , 东安路翻交至M7线主体结构上方 。 4 .3 盖板铺设 根据盖板设置范围 , 盖板主要布置在肇嘉洪路上 、 呈狭长形布设 , 根据结构图纸主要覆盖 9 号线东安 路车站的全部范围 , 见图8 。 5 结语 一一 一一一 ’ - 一 “ 盖挖法 技术 作 为突 破传统 施 工方法有 效解决 闹市中心道路及 场地己经显 示 出 极 为明显的社会 效益和经济效益 , 图8地铁7号线雄嘉沂路站工程盖挖法施工现场 这一施工技术的成功实施实现了上方车辆畅行 、 下方施工照旧的施工新模式 , 也为施工不扰民 、 少扰民开辟 了又一新途径 , 同时也为解决地下空间开发建设与闹市区城市交通之间的矛盾提供了宝贵的实践经验 。 从地铁7号线肇嘉洪路站工程实践中 , 这项新型施工工艺有着既环保又节约的好处 , 它不仅大大减少 施工对周边环境造成的污染 , 而且大大降低施工噪声 , 同时这项工艺也为闹市区施工中出现的 “零场地”问 题找到了较为有效的解决办法 。 值得一提的是 , 在该工程规划中原先靠肇家洪路附近有多幢居民住宅须拆 除才能解决施工问题 , 采用盖挖法技术后避免一些不 必要的动拆迁 , 又较好地解决了场地和居民 出行的难 题 , 为业主节约了大笔动迁费用 , 从而有效节约整个工程的成本和工期 。 应用新型盖板除有效解决了工程 本身极紧张的施工场地问题 , 施工期间路面交通仍维持原有道路通行能力 , 噪声完全符合环保标准 ; 钢盖 板还具有重量轻 、 刚度大 、 不易损坏 、 周转次数多等优点 , 大大减少投资成本 。 本次盖板下布设悬吊管线的支架系统是对盖板系统的拓展 , 通过地铁7号线肇嘉洪路站工程实践 , 通 过悬吊方法也大大减少了一些难以搬迁的管线翻交和搬迁的费用 。 作为一项新技术 , 下一步有待完善的如盖挖施工通风系统 、 通风设备 、 管线悬吊技术 、 措施的进一步 研究以及闹市区等复杂环境下项目施工管理的研究等 。 以本工程为载体之一 , 盖挖法技术在 “十一五”期间 被列为上海市科委重大科研项目 , 上海市科委正大力推广这项施工新技术的应用 , 成功实施后将在外滩地 区综合改造等工程中得到进一步推广应用 。 口