地铁枢纽站改扩建中控制运营车站结构上浮的施工方法 【技术领域】
本发明涉及一种控制地铁运营车站结构上浮的施工方法，尤其涉及一种采用钻孔灌注桩和压梁体系工艺在地铁枢纽站改扩建中控制运营车站结构上浮的施工方法，属于建筑工程领域。
背景技术
随着城市轨道交通规划的网络化运营，地铁换乘枢纽站的建设日益增多，但由于我国城市规划相对滞后，先施工投入运营的地铁车站往往没有综合考虑到后建车站，因此，地铁换乘枢纽站建设中常常需要对运营车站进行改扩建。在改扩建施工中，对地铁运营车站顶部大面积卸载是一种常见的形式。而大面积卸载将会导致运营车站结构的上浮，因此施工中控制运营车站结构的上浮往往成为制约整个改建工程的主要因素，如何采取简单、快捷措施，有效控制运营车站结构因卸载而发生的上浮，成为地铁运营单位和工程施工单位迫切需要解决的问题。
目前，控制构筑物抗浮一般有以下三种方法：(1)配重法：在建筑物上增加荷载，以平衡浮力，这种方法可通过增加建筑物的自重来实现，比如增加建筑物的层数或在建筑物上放置重物等；(2)“排”的方法：通过设置盲沟、集水井、排水井，将地下水及时抽排，不至于产生浮力；(3)“抗”的方法：通过在底板上设置抗浮锚杆或抗拔桩，利用抗浮锚杆或抗拔桩来平衡地下水的浮力作用。
上述三种方法对运营车站改建卸载的抗浮控制都存在不同的缺陷和不足之处：配重法因改建施工时运营车站顶部先要卸载，难以预先加厚结构或增加荷载达到控制上浮的效果。“排”水方法，实施较困难，难以达到预期效果，不能满足因改建结构永久卸载的要求，尤其对于运营车站，施工难度大、风险高，难以确保车站结构安全和列车运行安全。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：03116924.4，名称为“利用抗浮土钉支护地下建筑的方法”，该专利技术是在地下建筑物底板的下端设置有至少一个土钉，通过土钉将底板、地下建筑的垫层和土层固定，所述的土钉为中空的管状结构，采用冲击装置为动力，将土钉插入土层中，然后在土钉中注入水泥浆，进一步所述的中空的管状结构物的材料可以为金属，也可以为非金属材料，在所述的中空的管状结构物的壁上设置有出浆孔。这种方法对于一般的建筑物结构或还未投入运营的地铁车站来说，不失为一种有效办法，但在运营中的地铁车站施工，施工场地相对狭小，且需保证地铁列车正常运营的条件下对站台板、轨道层结构底板进行开孔、施工埋设土钉、结构连接进行施工，施工难度大、风险高，难以确保车站结构安全和列车运行安全。
【发明内容】
本发明针对现有技术的不足，提供了一种在地铁枢纽站改扩建中控制运营车站结构上浮的施工方法，有效地解决了运营地铁车站因结构顶板卸载引发的结构上浮问题，同时减小了抗浮措施施工风险。
本发明主要原理是根据车站改建顶板卸载(卸载总重力记为G1)是按规律分布在两侧的墙体——地下连续墙与结构侧墙(墙体上的分力记为q1)、结构立柱之上(立柱上的分力记为f1)。相应考虑能够在车站两侧墙体和立柱位置分别提供一个力q2(提供于墙体上的力)和f2(提供于立柱上的力)，分布规律与顶板卸载G1产生的分布相同，并且当q2＝q1，f2＝f1结构将保持力的平衡，顶板改建卸载时抗浮将得到控制。为此，决定在运营车站改建段两侧围护结构外设置钻孔灌注桩，通过桩顶的纵梁和压置在车站结构板上的横梁，横梁位于中板立柱横向中心线位置，形成刚性反力架，靠车站外的钻孔灌注桩提供反力，通过纵梁、横梁有效控制地铁运营车站卸载后结构上浮。
本发明是通过以下技术方案实现的：在运营车站卸载段围护结构外侧紧邻围护结构打设钻孔灌注桩，桩顶设两道钢筋混凝土纵梁，纵梁与车站围护结构通过植筋刚性连接成一体。再在车站结构中板横轴线位置上设若干道钢筋混凝土横梁，横梁两端与纵梁刚性连接、中心线与车站结构立柱中心线重合，最终形成钢筋混凝土刚性桁架，控制车站结构上浮。
以下对本发明进行进一步的描述，具体步骤如下：
1)钻孔灌注桩、压梁设计
钻孔灌注设计按能提供的抗拔力T(桩能提供的总抗拔力)＞G1卸载的总重量进行设计。由于钻孔灌注桩紧邻运营车站围护结构，单桩抗极限拔力计算时，在车站围护结构深度范围内需乘以折减系数。钻孔灌注桩顶紧贴运营车站地下墙迎土面设置一道纵梁将钻孔灌注桩连接成一体，并通过植筋将纵梁分别与各自一侧地下连续墙刚性连接。
压梁包括横梁和纵梁，纵梁设计首先要满足能提供反力q2大于车站顶板卸载部分分布在两侧墙体上的力q1，还要满足横梁能提供在各立柱节点上的力f2，并考虑安全系数、压梁刚度和饶度。横梁截面尺寸根据受力计算进行选取；但设置在车站中板上的横梁其截面尺寸选取不仅要考虑受力情况，还要符合车站建筑要求。
2)抗浮压梁施工
a钻孔灌注桩施工：卸载施工前开始施工钻孔灌注桩，桩尽可能紧贴车站围护结构，以后便于纵梁与围护结构植筋刚性连接成一体。钻孔灌注桩采用间隔跳跃施工，并采取措施防止坍孔，缩短成孔完成至混凝土灌注的时间；将钻孔灌注桩顶上的标高位于地面以下的空余部分采用低标号混凝土填充，尽可能减小钻孔灌注桩施工对运营车站的影响。
b纵梁施工：钻孔灌注桩施工完成后，挖土施工桩顶纵梁。挖土结合换乘枢纽站两侧基坑施工进行，纵梁高度范围内的运营车站围护结构随挖土凿毛、清理。钻孔灌注桩桩顶钢筋全部锚入纵梁中，纵梁与运营车站围护结构间通过植钢筋连接，植筋沿梁高度范围分排。横梁设置在运营车站结构中板上，横梁需穿过运营车站结构及围护结构，为此纵梁先施工，并预留与横梁的连接锚固钢筋。
c横梁施工：横梁设置于运营车站结构中板上，需穿过运营车站结构立柱及围护结构等，施工前凿除横梁范围的装修层和找平层，并将相应位置中板面凿毛处理。当横梁遇结构立柱时，先在立柱两侧紧贴立柱各设置一根钢支撑，支撑下端置于中板纵梁之上，上端支撑顶板纵梁，并预加预应力，支撑完成后人工凿除相应部分立柱，保留底部钢筋与横梁连接；当横梁施工遇车站侧墙及围护结构时，将围护结构相应位置局部凿除确保横梁穿过，凿除范围满足横梁施工要求，并将混凝土灌满被凿除结构底部。
d压梁养护、车站卸载：横梁与纵梁浇筑完成，结构混凝土常规养护28天，达到设定强度后可以开始车站顶部卸载施工。
与现有技术相比，本发明方法综合包涵了压重法和“抗”的方法中的优点，利用在运营车站外增设钻孔灌注桩与压梁结合达到控制上浮的目的，施工操作简单可行，还大大降低了施工风险。
【附图说明】
图1为抗浮压梁平面布置图；
图2为横梁设置于运营车站结构中板上的抗浮压梁结构示意图；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的一个实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
轨道交通某换乘枢纽工程，其中一条地铁线路已投入运营，新建线路车站将穿越并占用投入运营车站1的地下一层建筑空间，施工过程中将对运营车站1的26m原有结构顶板8进行凿除、重建抬高。
运营车站结构顶板8上的覆土厚1.8～2.0m，结构受力稳定。当结构顶板8拆除后运营车站1的穿越段部分将结构顶板8卸载5t/m2，为了控制2号线车站在顶板覆土卸载及结构拆除过程中上浮变形。
具体技术方案为：在运营车站1卸载段围护结构2外侧紧邻围护结构2打设钻孔灌注桩3，钻孔灌注桩3按桩能提供的总抗拔力T＞卸载的总重量G1进行设计，桩顶设两道钢筋混凝土纵梁4，纵梁4与车站围护结构2通过植筋刚性连接成一体，该纵梁4能提供反力q2大于墙体上的分力q1；在车站结构中板7横轴线位置上设若干道钢筋混凝土横梁5，横梁5两端与纵梁4刚性连接，能提供在各立柱节点上的力f2大于立柱上的分力f1，横梁5的中心线与车站结构立柱6中心线重合；通过设置纵梁4与横梁5最终形成钢筋混凝土刚性桁架，控制车站结构上浮。
抗浮压梁具体实施过程为：施工准备——钻孔灌注桩3施工——开挖土体——桩顶纵梁4施工——车站结构中板7处理——横梁5施工——压梁养护、车站卸载。
在运营车站1的穿越段结构中板7上设置7根混凝土横梁5，利用旁侧的纵梁4及下部的Φ800钻孔灌注桩3作为反力结构，限制运营车站1结构的上浮。
单侧钻孔灌注桩3有21根，采用为Φ800钻孔灌注桩，有效桩长32m，单桩抗拔承载力设计值1700KN。钻孔桩顶紧贴2号线车站地下墙迎土面，两边各设置一道纵梁4将21根桩连接成一体，并通过植筋将纵梁4分别与各自一侧地下连续墙围护结构2刚性连接。
纵梁4施工预留横梁连接钢筋，横梁5在结构顶板4卸载、改建施工前完成。为此，设置在运营车站结构中板7上的横梁5与纵梁4连接通过在车站两侧墙体上局部开孔进行施工。开孔采用人工或机械切割，开孔尺寸按横梁截面尺寸放大50cm进行。横梁5的施工流程：施工准备、放线定位——原结构中板凿毛处理——横梁相应位置墙体开孔——钢筋绑扎、立模——混凝土浇注、养护。
横梁5施工时按照两侧往中央或者中央往两侧的顺序逐步进行，单个横梁5施工时应对称凿除两侧原车站的内衬及地下连续墙围护结构，并将压梁钢筋与两侧纵梁预留钢筋连接成一整体。
部分横梁5穿站厅层原有结构立柱6，施工过程中需要对运营车站1部分500×1000立柱进行凿除。施工前紧靠需凿除立柱东、西两侧各设置一根609钢支撑，支撑下端置于结构中板7之上，上端支撑结构顶板8，并预加5t左右应力，以托换原结构立柱承载，确保结构安全。在立柱凿除过程中需尽量不影响对应的中板结构，同时保留1m长度的立柱钢筋，以后锚入横梁。
根据现场的实施情况，采用该方法控制上浮效果十分理想，运营车站1卸载改建过程也十分顺利。实测在该抗浮措施控制下，卸载改建期间运营车站结构上浮、横梁变形具体如下：
运营车站顶板改建施工期间，站台层立柱监测点沉降累计最大为+2.2mm(上浮)；上行线轨道道床沉降累计最大量为+1.5mm(上浮)，下行线轨道道床沉降累计最大量为+2.6mm(上浮)。运营车站1顶板卸载改建施工期间，由于结构顶板9的卸载引起横梁5上各点均出现了不同程度的上浮，累计最大上浮量为+2.5mm。各项变形量远小于规定的20mm的变形上限，很好的控制了运营车站1结构的整体上浮，达到了预期的效果。
该技术说明采用钻孔灌注桩压梁体系技术能有效解决改建施工中运营车站因卸载产生的上浮问题，避免了在运营车站结构底板上静压桩施工风险，该抗浮方法是切实可行的。