地铁车站永临结合技术研究_肖志国.pdf

明挖法因具有施工简单、快捷、经济、安全等优点而被广泛应用于城市轨道交通、铁路、公路、房屋等工程领域。其中，在城市轨道交通工程领域，地下车站多采用明挖法施工，车站基坑常采用围护结构桩（墙）加内支撑、格构柱组合的临时支护体系，与永久主体结构分别建设，待主体结构施工完成后再将临时内支撑体系拆除。常用的基坑临时内支撑体系，不仅设计和施工不当时易造成较大的施工安全风险，而且后期拆除也需耗费大量的人、材、机成本，产生的大量建筑废弃垃圾处理难度和成本都很大。如能将永久主体结构与临时内支撑相结合，以部分永久主体结构作为内支撑结构替代临时内支撑，在保障施工安全和质量的同时，可以极大地降低人、材、机、工期等成本，并可避免产生大量建筑废弃收稿日期：2023-01-29作者简介：肖志国，男，高级工程师，硕士，主要从事城市轨道交通工程、市政公用工程、地下工程施工与管理工作。引文格式：肖志国，魏坤华，谭善文.地铁车站永临结合技术研究 J.市政技术，2023，41（5）：128-134.（XIAOZG，WEIKH，TANSW.Researchonthepermanent-temporarycombinedtechnologyatthemetrostation J.Journalofmunicipaltechnology，2023，41（5）：128-134.）文章编号：1009-7767（2023）05-0128-07第41卷第5期2023年5月Vol.41，No.5May 2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.05.128Journal of Municipal Technology地铁车站永临结合技术研究肖志国*，魏坤华，谭善文（广东水电二局股份有限公司，广东 广州 510600）摘要：以广州市轨道交通 14 号线二期工程鹤南站建设为例，分析了永临结合技术在节能降耗上的工程效果。同时，针对永临结合技术在地下车站应用中可能存在的节点防水、钢筋连接、混凝土浇筑、立柱定位等难重点问题，研究了有针对性的技术措施。该工程的实践证明，通过优化节点防水、钢筋接驳、混凝土浇筑等施工环节，并采用半桩工艺和格构柱精确定位技术，可有效保证地下车站施工的安全性及结构的防水性和耐久性，为今后永临结合技术在地下车站工程中的推广、应用提供了有益的经验与参考。关键词：地铁车站；基坑；围护桩；支撑体系；永临结合技术中图分类号：U 231.4文献标志码：AResearch on the Permanent-Temporary Combined Technologyat the Metro StationXiao Zhiguo*，Wei Kunhua，Tan Shanwen（Guangdong No.2 Hydropower Engineering Company，Ltd.，Guangzhou 510600，China）Abstract：Taking the construction of Phase II of Henan Station of Guangzhou Rail Transit Line 14 as an example，theengineering effect of permanent-temporary combined technology on energy conservation and consumption reduction isanalyzed in this paper.At the same time，aiming at the difficulties of joint waterproofing treatment，reinforced connection，concrete placement，column positioning caused by the technology at underground stations，targeted technical measuresare studied and adopted.The results of the project show that optimizing the joint waterproofing treatment，reinforcedconnection and concrete casting，the safety of underground station construction and the waterproof and durability ofthe structure can be effectively guaranteed by half pile breaking technology and lattice column precise positioningtechnology.The research provides useful experience and reference for the future extension and application of thepermanent-temporary combinedtechnology underground stations.Keywords：subway station；foundation pit；retaining pile；support system；permanent-temporary combined technology第5期垃圾。我国学者就永临结合技术在不同工程领域中的应用进行了研究。刘方华等1以九江北站鲢鱼洞支渠迁改工程为例，介绍了采用临时倒边和永临结合一次性迁改进行河渠的迁改施工；郭鹏等2介绍了钢构柱、钢管柱等临时支撑系统，并阐述了永临结合钢管柱在地铁车站施工中的特点和超深永临结合钢管柱水下定位施工工法；李冰3以天津市某地铁车站为工程背景，研究了永临结合钢管柱与扩盘桩结合应用的承载机理和变形特征；陈子龙4介绍了山区高速公路建设前期施工便道结合地方道路建设的相关理念；焦瑞玲等5介绍了某动车段受场地狭窄限制，需要在既有线切挖边坡设支挡结构物收坡，通过与常规挡墙方案比较，采用了永临结合的钻孔灌注排桩挡土墙方案；张涛6介绍了房屋建筑工程采用永临结合施工技术方案进行优化，应用中具有工期缩短、投资成本减少、施工作业环境和形象改善等优势；王日艺等7针对目前城市通道工程中支护仅用于基坑施工阶段问题，提出了临时和永久相结合为特点的钻孔咬合桩支护建议。目前，永临结合技术正逐渐应用于我国各个工程领域。在城市轨道交通工程建设中，我国还较少应用永临结合技术进行地铁车站建设，工程案例也较少，可借鉴和参考的成熟经验更少。针对永临结合技术在地下车站应用中可能存在的节点防水、钢筋接驳、混凝土浇筑、格构柱定位等问题，笔者依托广州市轨道交通14号线二期工程鹤南站工程，研究了相应的技术措施，为今后永临结合技术在类似工程中的推广和应用提供了参考。1工程概况广州市轨道交通14号线二期工程鹤南站主体结构为地下3层双跨钢筋混凝土箱型框架结构，车站全长155.0 m，标准段宽23.1 m，盾构端头井宽27.2 m，顶板覆土厚3.0 m，主体基坑开挖深度23.825.3 m。该工程基坑范围大部分为强中风化粉砂岩地层，地下水位埋深1.205.20 m，基岩承压水头为3.304.58 m，车站主体结构采用明挖顺筑法施工。2永临结合方案确定该站基坑围护和支撑体系原设计采用的是常规支撑方案，包括：采用直径1.0 m、间距1.2 m围护桩，桩间以搅拌桩止水；主体基坑竖向设置4道常规临时内支撑，其中车站扩大端第13道支撑为800 mm1 000 mm钢筋混凝土斜支撑，第4道支撑为覫609（t=16 mm）钢支撑；车站标准段第1道支撑为800 mm1 000 mm钢筋混凝土“米”字支撑，第24道支撑为覫609（t=16 mm）钢管支撑；基坑内临时支撑随着车站主体结构施工逐步拆除。鹤南站扩大端原支撑设计见图1。图1鹤南站扩大端原支撑设计Fig.1 The original support design of the expanded end of Henan Station肖志国等：地铁车站永临结合技术研究129Journal of Municipal Technology第41卷为响应国家“节能减排、绿色建筑”和推广轨道交通新技术、创新成果应用的号召，在保证结构安全性、耐久性和防水性的前提下，提出了将永久主体结构先期设置成条形板块支撑体系，以代替原设计方案中的第1、2、3道钢筋混凝土和钢支撑体系，取消第4道钢支撑，即车站扩大端的顶板、站厅层、设备层均采用永临结合板撑，标准段采用1道永临结合板撑和2道钢支撑，板撑后期无需拆除，与后浇主体结构板块形成车站整体主体结构，见图2。同时，笔者研究对比了原设计方案与永临结合方案的工程量、成本和工期，见表13。由图2和表13可知，采用永临结合方案可减少钢支撑安拆387 t，节约混凝土1 925 m3、钢筋270.8 t，减少混凝土支撑破除1 710 m3，工期缩短38 d，在不影响基坑开挖和结构施工效率的同时，有效降低了工程成本，节约了工期。项目原设计方案永临结合方案工程量变化钢支撑安装、拆除/t冠梁混凝土/m3冠梁支撑螺纹钢制安/t压顶梁混凝土/m3压顶梁支撑螺纹钢筋制安/t混凝土支撑和腰梁、连系梁混凝土/m3混凝土支撑螺纹钢制安/t890301.351.2224142.181 710275.70503327.257.2641.01-38725.96.04-241-42.18-1 710-234.69表1原设计方案和永临结合方案工程量对比Tab.1 Project quantity comparison of the original designand permanent-temporary combination plans项目名称强度/MPa工程量/m3支撑施工时间/d支撑拆除时间/d主体完工时间/d整体完工时间/d第1道支撑第2道支撑第3道支撑合计3030301191.38259.21259.211709.80221010421444227030301301064444194表2混凝土支撑施工和拆除工期分析Tab.2 Analysis of construction and demolition period ofreinforced concrete support3施工关键技术该站采用永临结合技术进行基坑施工，先期施作部分结构作为临时支撑，待基坑开挖完成后，利用顺筑法施工剩余主体结构。施工过程中，存在永临结合板撑企口、接缝留置、施工缝防水处理、钢筋连接和混凝土浇筑等问题；永临结合结构分块施工较多，存在较多施工缝，对结构防水有更高要求；受钢筋图2鹤南站扩大端永临结合设计Fig.2 Permanent-temporary combined design of the expanded end of Henan Station130第5期项目名称强度/MPa工程量/m3板撑施工时间/d板撑拆除时间/d后筑主体完工时间/d整体完工时间/d第1道板撑第2道板撑第3道板撑合计3535351849.21532.90510.402892.517530301350000210021963030156表3永临结合方案板撑工程工期分析Tab.3 Analysis of the duration of permanent-temporaryplank structure定位精度和作业空间受限影响，顶板与墙柱间无法采用直螺纹机械连接或挤压套筒连接；板撑结构底部的侧墙、结构柱在后期顺筑施工时，存在混凝土难以下料和无法有效振捣等问题，浇筑密实度不易保证；围护桩采用半桩结构设计，其破除效果和质量直接影响永临结构的稳定与后续施工；永临结合格构柱作为永久结构柱的一部分，其定位和垂直度直接影响后期结构立柱的位置与尺寸，对车站结构空间和结构安全影响较大。3.1节点防水技术永临结合结构分块施工较多，存在较多施工缝，若防水措施不到位，很容易导致渗漏水，因此必须采取有效防水措施，以保证车站的整体防水效果。该工程的节点防水主要涉及顶板、侧墙、底板、施工缝、顶板和半桩等部位，且不同部位的防水措施也不同。其中，顶板先用原浆抹平防水钢筋混凝土板基面，再依次涂刷3层单组分聚氨酯防水涂料、单组分聚氨酯防水涂料加强层，并放置纸胎油毡隔离层（有种植需求时，需铺设耐根穿刺PVC防水卷材以代替隔离层）、浇筑70 mm厚C20细石混凝土保护层；侧墙先施工高分子自粘胶膜防水卷材，再施工土工布缓冲层，最后施工找平层；底板基面上先施工C20混凝土垫层找平层，然后依次铺设高分子自粘胶膜防水卷材和浇筑50 mm细石混凝土保护层；顶板与半桩处加强防水措施，设置了加强层、聚硫密封胶、水泥基渗透结晶涂层；顶板与侧墙施工缝处设置了外贴式止水带、止水条和注浆管，施工缝为斜接缝，局部采用微膨胀混凝土；顶板下侧墙施工斜接缝下方回填粗砂，以便于安装侧墙钢筋；施工中采用斜地模，不仅有利于形成斜施工缝，而且可保证后续侧墙钢筋接头和施工缝的形成，便于施作防水；侧墙施工缝设置有外贴式止水带、镀锌钢板止水带、遇水膨胀止水条；顶板和中板与围护桩间防水则采用水泥基渗透结晶防水材料、聚硫密封胶、高分子自粘胶膜防水卷材、土工布缓冲层、找平层等多种防水措施，以确保节点防水。永临结合结构防水见图3，施工缝和关键节点防水见图4。3.2侧墙与中板钢筋连接技术永临结合结构的板撑基坑在开挖过程中已完成施工，后续顺筑法施工时，会出现板与板之间侧墙、结构柱钢筋无法正常连接问题，主要体现在无法正常使用直螺纹机械连接钢筋两端。综合比较直螺纹套筒连接、焊接和挤压套筒连接等多种工艺，并结合现场模型试验，该工程在板与板之间的侧墙、结构柱钢筋上部采用了直螺纹机械连接，下部采用了焊接方式连接钢筋，从而解决了永临结合板撑下侧墙与结构柱钢筋之间的连接问题。中板与围护桩钢筋连接，则采用了围护桩预埋钢筋。中板施工时，将预埋钢筋凿出调直，再将中板钢筋与预埋钢筋以焊接方式进行连接。3.3侧墙后筑混凝土技术由于永临结合结构先施工板撑，后期顺筑施工时，其板撑结构的底部侧墙、结构柱等部位的水平施工缝很难保证浇筑密实，因此施工时需要采取有针对性的措施，以保证结构防水满足设计要求。为了确保板撑下水平施工缝混凝土浇筑密实，需分别在侧墙、结构柱上方板撑对应位置预埋PVC/镀锌钢管作为混凝土浇筑导管，且将永临结合位置的施工缝设置成斜坡式施工缝。在浇筑板撑下侧墙、结构柱时，应用预留混凝土浇筑导管由上而下地浇筑，同时在混凝土导管中采用插入式振捣器、模板外侧采用附着式振捣器进行混凝土振捣，以使其具有足够的密实度。3.4半桩结构破除技术第1道板撑与临时围护桩处，由于取消了临时混凝土支撑，在永临结合结构板撑位置以上的围护桩，采取了半桩设计，即原来的冠梁设置在半桩桩头上，其将与永临结合结构的板撑浇筑成整体，因此围护需破除一半桩头，保留另一半桩头。为破除半桩桩头，该工程采用了一种新的半桩桩头破除工艺，不仅破除速度快，而且桩头质量有保证。该工艺主要是在围护桩中间设置中间隔板，在桩头钢筋上设置隔离套管，在需破除的半桩底部设置环隔板和预埋管，破除过程中通过底部预埋管安放膨胀剂，即可将半桩桩底分界面以上的半桩部分劈裂分离出去。半桩破除结构见图5。肖志国等：地铁车站永临结合技术研究131Journal of Municipal Technology第41卷a）顶板与半桩防水b）侧墙防水图3永临结合结构防水图Fig.3 Waterproof drawing of the permanent-temporary combined structure132第5期3.5格构柱定位技术永临结合结构中取消了临时混凝土支撑，原本的临时格构柱也根据永临结合结构的支撑体系进行了调整，将临时格构柱调整至主体结构柱位置，后续与主体结构柱结合作为主体结构柱使用，因此其临时格构柱的位置和垂直度的定位精度就需比临时格构柱的要求更为精确，否则将影响后期结构柱的施工。为保证格构柱施工精度，该工程采用了一种新的格构柱定位方法，即先利用安装在探笼上的测斜仪器，将桩孔成孔偏移位置测量出来，并计算出下部抗拔桩的中心偏移量，再根据偏移量将格构柱与抗拔桩焊接起来，利用探笼将格构柱底部固定在计算好的设计位置上。当探笼和格构柱下放至设计位置时，格构柱中心刚好位于设计位置，其顶部固定在孔口，即完成格构柱定位。测斜探笼测量见图6。4工程实施效果采用永临结合技术施工完成后，鹤南站实体结构检测合格，施工缝节点防水和混凝土密实度满足设计要求，结构外观质量优良，未发生渗漏水情况，整体施工效果良好。该工程实施过程中，减少了387t钢支撑安拆和1 710 m3混凝土支撑破除，节约了1 925 m3混凝土和270.8 t钢筋，工期也缩短了60 d，在质量、成本和工期控制方面均取得了良好的效果。同时，该车站从基坑开挖到底板封底的各个施工阶段，其基坑始终保持稳定，各项监测数据均正常，整个施工过程安全、可靠。该工程与处于相同结构、地质水文c）顶板防水d）底板防水e）侧墙施工缝防水图4施工缝和关键节点防水图Fig.4 Waterproof drawing of construction joints and key joints图5半桩破除结构示意图Fig.5 Schematic diagram of the broken structure of half-pile图6测斜探笼测量示意图Fig.6 Schematic of inclinometer device working肖志国等：地铁车站永临结合技术研究133Journal of Municipal Technology第41卷情况，但采用了不同支护方案的其他3层车站进行了施工期间监测数据对比，其对比结果见表4。与岗贝站采用的常规临时内支护体系相比，鹤南站采用的永临结合支护方案，不仅在施工中避免了大量安拆工作，降低了现场扬尘和噪声污染，而且减少了建筑资源的投入和建筑垃圾的产生，起到了很好的绿色减排、低碳节能效果。根据文献8进行计算，鹤南站采用永临结合技术，节约的混凝土和钢筋用量可减少1 230 t的碳排放。5结语通过鹤南站工程实例，分析了永临结合技术在节能降耗方面的工程效果，并深入研究了节点防水、钢筋连接、混凝土浇筑、半桩破除、格构柱精确定位等施工技术。1）采用永临结合技术施作地铁车站，避免了混凝土支撑的施工与拆除，有效减少了建筑资源的投入和建筑废料的产生，降低了施工成本和碳排放量，节能降耗效果显著。2）通过优化节点防水、钢筋接驳、混凝土浇筑，并采用半桩和格构柱精确定位等技术，可有效保证永临结合结构地下车站施工的安全性、防水性和耐久性。3）地下车站施工中采用永临结合技术，应重点考虑永临结合结构设计与施工时存在的节点防水、钢筋连接、混凝土浇筑等问题，并在保证结构安全性、耐久性和防水性不降低的前提下，进一步研究新的技术手段、结构和工艺等，为永临结合技术的应用、推广提供有益的经验与参考。参考文献1刘方华，张波，崔震.泄洪明渠永临结合迁改施工方案研究与应用J.建筑结构，2021，51（Sup2）：1791-1794.（LIU F H，ZHANG B，CUI Z.Research and application on the constructionscheme ofPermanent-temporarycombined relocation offloodwayopen channelJ.Building structure，2021，51（Sup2）：1791-1794.）2郭鹏，于镦峻.大型换乘地铁车站超深永临结合钢管柱水下定位施工工法C/中国土木工程学会.中国土木工程学会2021年学术年会论文集.北京：中国建筑工业出版社，2021：185-186.（GUO P，YU D J.Construction method of ultra-deep and perma-nent-temporary combined underwater positioning of steel pipecolumn in large transfer subway stationC/China Civil Engineer-ingSociety.Proceedings of the 2021 Annual Conference of ChinaCivil Engineering Society.Beijing：China Architecture&Build-ing Press，2021：185-186.）3李冰.盖挖法永临结合钢管柱与扩盘桩承载机理及变形特性研究J.铁道建筑技术，2022（11）：146-150.（LI B.Study onthe bearing mechanism and deformation characteristics of the capexcavation method permanent-temporary combined steel pipecolumnanddiscexpandingpileJ.Railwayconstructiontechnol-ogy，2022（11）：146-150.）4陈子龙.基于“永临结合”理念在山区高速公路建设中的实践与应用C/中国公路学会.全国第二届品质工程论坛暨惠清高速公路绿色科技示范工程现场观摩会论文集.出版地不详：出版者不详，2019：115-119.（CHEN Z L.Practice and appli-cation in mountain expressway construction based on the conceptof“combination of permanent arrival”C/China Highway&TransportationSociety.ProceedingsoftheSecondNationalQualityEngineering Forum and Huiqing Expressway Green TechnologyDemonstration Projects.l.：s.n.，2019：115-119.）5焦瑞玲，吴连海.永临结合的钻孔灌注桩排桩挡土墙在既有线边坡支挡工程中的应用J.铁道标准设计，2013（5）：41-43，47.（JIAO R L，WU L H.Application of bored 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University，2015.）其他作者：魏坤华，男，高级工程师，学士，主要从事城市轨道交通工程、市政公用工程施工与管理工作。谭善文，男，高级工程师，学士，主要从事地铁车站工程施工与管理工作。项目围护结构墙顶位移/mm支撑轴力/kN土体深层水平位移/mm围护结构墙身位移/mm18.3211 783.221.5528.15-9.925 863.815.2018.3320.007 500.025.0030.00岗贝站（常规支护）实测值鹤南站（永临结合）实测值控制值30.008 500.025.0030.00控制值表4采用不同支护方案的工程监测数据（取最大的数据）对比Tab.4 Comparison of partial monitoring data（maximumdata）134