建筑技术丨地下多层结构预应力钢支撑施工方案研究

1 工程概况

广州市轨道交通7号线一期工程西延顺德段南起于美的大道站，经北滘新城、林头，至广州南站与广州市轨道交通7号线连接。线路主要位于广州市番禺区和佛山市顺德区，串联起北滘新城、林头及广州南站发展区。7号线西延段线路全长约13.35 km，共设 8 座车站，全为地下敷设；其中换乘站3座：北滘新城站（与佛山3号线换乘）、陈村站（与广佛环线换乘）、陈村北站（与佛山11号线换乘）。本工程施工仅涉及一座车站土建施工，即陈村北站。

陈村北站北接韦涌站，南联陈村站，是本线的第8个车站。车站位于佛山市顺德区陈村镇环镇东路，华银工业园地块内。设计起终点里程为YDK0+353.178~YDK0+541.178。车站为地下3层14 m岛式站台车站，全长188 m，标准段宽为23.1 m。车站采用明挖顺作法进行施工，结构形式为地下3层3跨框架结构，基坑开挖深度为25.78~29.89 m。

本站主要地貌单元为珠江三角洲冲积平原地貌，地形较平坦，相对高差较小，车站主要位于现状工业五路西侧。根据区域地质资料，线路沿线范围未发育断裂，与线路相近的断裂主要有广州—从化断裂、大良—张家边断裂、白坭—沙湾断裂。根据可研地质资料，结合地质调查结果，对本车站的各岩土层进行分层。

2 预应力钢支撑施工方案

2.1 总体施工方案

土方开挖施工共分成5层进行开挖，第1层土方使用普通挖掘机进行开挖；第2层、第3层土方采用长挖掘机配合小型挖掘机进行开挖；第4层、第5层土方，使用液压抓斗配合小型挖掘机及破碎锤进行开挖。现场施工中先撑后挖，施工中优先施工角撑。混凝土支撑浇筑完毕强度达到后方可进行下一步开挖。主体结构采用顺作法由下至上进行施工，并拆除各层相应支撑，直至完成车站主体结构施工。

在施工围蔽、三通一平等施工前期准备后，依次施工单轴搅拌桩、围护灌注桩、格构柱及抗拔桩，并开挖第1层土方，施工冠梁、第1道混凝土支撑及挡土墙。由上至下，依次开挖2~5层土方，每开挖一层土方到设计标高后，及时安装该层支撑。基坑施工到设计标高后，在底部铺设施工垫层、地板以及防水层，铺设接地网，并进行浇筑底板和侧墙。待混凝土强度达到设计强度后，拆除第4道支撑，施作柱子、侧墙及地下2层板。待地下2层板及侧墙混凝土强度达到设计强度后，拆除第3道支撑，施作柱子、侧墙及地下1层板。待地下1层板及侧墙混凝土强度达到设计标准后，拆除第2道支撑，并进行侧墙、顶板的防水层作业。待地下1层板及侧墙混凝土强度达到设计标准后，拆除第2道支撑，施作顶板、侧墙及顶板和侧墙的防水层。

2.2 钢支撑施工方案

车站主体结构基坑竖向设4道内支撑，第1道为混凝土支撑，第2、3、4道为钢支撑。围护结构支撑体系由支撑、腰梁等组成。车站第1道支撑采用钢筋混凝土支撑，其余支撑采用直径800 mm、t=16 mm厚的钢支撑。钢管支撑设活动端头，以便于施加预压力，预加压力为200 kN。第1道混凝土支撑撑于冠梁上，其余支撑与围护桩间采用腰梁连接。

钢支撑安装流程：测量定位→安装钢围檩托架→安装钢围檩→在地面拼接好支撑吊装就位→施加预应力→加设楔形垫块垫紧→千斤顶卸载。

支撑安装前，需在地面先检查平直度，并进行预拼接，并将两端中心线偏差度控制在20 mm以内，检查合格的支撑进行编号，以免错用。之后进行围檩安装，并将钢托座焊接在钢围檩上，然后用千斤顶施加预应轴力，将第2~4道钢支撑预加轴力控制在200 kN。预轴力的施加是采用1台QYS–150型千斤顶，在活动端逐级加压。根据施工段的划分，开挖时为保证施工进度、控制工程质量和施工安全，本标段的基坑土方开挖主要采用机械开挖，人工配合挖土、修边平坡。开挖时严格按施工组织设计进行，及时支撑。采用分段、分层开挖，基坑分5次开挖至基底，开挖至钢支撑中线标高下0.500 m在基坑开挖中将充分利用“时空效应”，钢支撑的安装和预应力的施加过程严格控制在10 h以内。开挖出的垫层宜同样快速浇筑，挖出一段立即浇筑一段。

2.3 钢支撑拆除施工

钢支撑拆除顺序：在总体施工方案的第4步，底板和侧墙混凝土设计强度达到标准后，拆除第4道支撑；施作柱子、侧墙及地下2层板，待地下2层板及侧墙强度达到设计标准后，拆除第3道钢支撑；施作柱子、侧墙及地下1层板；待地下1层板及侧墙混凝土强度达到设计强度后，拆除第2道钢支撑。

钢支撑拆除必须遵循以下原则：（1）钢支撑主体结构强度必须达到设计标准后才可拆除；（2）拆除过程中要注意现场管理，进行专人指挥，防止支撑碰到主体结构；（3）拆除过程中，预轴力要逐级释放，以保证卸力时的稳定性。

3 监测系统

3.1 钢支撑轴力监测

钢支撑的支撑轴力监测可采用轴力计或表面应变计进行测试，两种监测方法的测点埋设形式不同。轴力计安装配件是一个直径略大于轴力计（反力计）外径的圆形钢筒，钢筒外侧焊接4片对称、与圆形钢筒长度相当的钢板制成的安装支架，安装时先将支架的一端与钢支撑的钢托座钢板焊在一起，然后将轴力计装入安装支架的圆筒内，加压时另一端顶在围护墙体的钢垫板上，焊接时注意支撑轴心与轴力计中心点对齐。安装示意如图1所示。

图1 钢支撑轴力计安装示意

3.2 连续墙水平位移监测

地下连续墙顶水平位移观测基点可利用施工的基点进行校核，或在施工影响范围之外的固定建（构）筑物上设置2个校核标志（点）。水平位移基准点及监测控制点使用强制对中装置，如图2所示。在监测中，监测结果超过警戒值时，可适当增加预轴力控制连续墙的变形。

图2 水平观测点示意

4 结束语

为了进一步提高地下工程结构施工安全性，本研究提出了一种地下多层结构预应力钢支撑施工方案，在施工的每层设置预应力钢支撑，同时对钢支撑轴力以及围护水平位移进行实时监测，通过广州陈村北站的一个实际工程验证了该施工方案的有效性。