钢箱涵在城市地铁车站管线改迁施工中的应用

钢箱涵在城市地铁车站管线改迁施工中的应用

李正中

中铁十四局集团有限公司山东济南250014

摘要：本文介绍长沙市轨道交通3号线烈士公园东站车站北路东侧临时排水箱涵的施工，车站主体结构上方存在一座4m（高）×8m（宽）片石结构市政排水老箱涵，进行明挖车站主体施工前，需先新建临时排水箱涵，新建临时箱涵完成后与老箱涵进行对接，然后废除老箱涵展开车站主体施工。

关键词：片石结构；排水箱涵；车站主体；对接

1工程概况

1.1车站设计概况

烈士公园东站位于晚报大道与车站北路交叉路口北侧，沿车站北路由南向北敷设，为岛式站台车站，计算站台长度118m，站台宽度14m，车站外包总长185m，标准段外包总宽24.3m。本站施工工法采用全明挖顺作法。主体围护结构采用800mm地下连续墙+内支撑系统支护。地连墙86幅，内支撑共设置3道。车站主体基坑深约20m，车站共设4个出入口和2个风亭组。

1.2工程地质情况

烈士公园东站位于典型的河流冲蚀、堆积地貌，分属于湘江与浏阳河的各级阶地，地形上主要穿越城市道路、房屋等人工建筑地段，地形较为平整。地面标高33.85～34.71m。

根据《长沙市轨道交通3号线一期工程KC-2标段详细勘察阶段岩土工程勘察报告》，新建箱涵施工地段，结构地层由上至下依次为杂填土，素填土，粉质粘土，局部地段存在淤泥质粉质黏土

1.3水文地质情况

1）地表水：车站场地勘察场地无地表水。

2）地下水类型及富水性：根据区域水文地质资料、现场钻探及引用资料分析，场地水文地质条件一般。地下水类型分为填土中的上层滞水、第四系砂卵石层中的孔隙水及基岩裂隙水。勘察期间正处旱季，根据现场钻探揭露情况，填土层富水性整体较差；孔隙水主要分布在中更新统含水层中，孔隙水富水性中等，属弱承压水；基岩裂隙水赋存量较小，迳流条件较差。

1.4新老箱涵情况介绍

原车站主体结构上方存在一个4m（高）×8m（宽）片石排水箱涵，车站位置与原排水箱涵、新建排水箱涵的位置关系如图1.4-1~1.4-2所示。

进行明挖车站主体施工前，需先进行新建临时排水箱涵的施工，新建临时箱涵完成后与老箱涵进行对接，然后废除主体结构范围内的老箱涵，施工围挡进行主体结构施工。

图1.4-2新老箱涵与车站主体结构位置关系剖面图

新建临时箱涵保持与原排水箱涵一致的断面，断面尺寸4m×8m（经现场调查，原排水箱涵正常天气情况下水位保持在0.9m，在洪水季箱涵水位最高2.4m），与原排水箱涵断面一致。新建临时排水箱涵分为钢结构预制拼装段+现浇钢筋混凝土段。

（1）临时箱涵钢结构预制拼装段

钢结构预制拼装段，排水断面尺寸4m×8m，每个断面由4块小箱涵（2m高×4m宽×2m长，中间加设2道I22a竖向支撑）拼装而成，横断面如图1.4-3所示。

2施工部署

烈士公园东站临时排水箱涵施工，主要包括钢板桩、土方开挖及支护、钢箱涵加工及拼装、地基加固处理、现浇混凝土箱涵、新旧箱涵对接施工、原箱涵破除回填等施工过程，现场组织流失作业。主要施工部署如下：

2.1南、北接头井施工

南、北端接头井采用钢筋混凝土现浇，其中南端接头井长度15.63m，宽9.2m，挖深5.6m；北端头井长17.85m，宽9.2m，挖深5.6m，主要施工内容包括：

1）钢板桩施工；2）土方开挖及钢支撑架设；3）基地处理；4）现浇钢筋混凝土底板施工；

5）现浇侧墙、中隔墙、顶板（顶板先期浇筑一部分，预留一部分孔洞后浇，作为老箱涵侧壁破除、支架模板外运的通道）、顶板条形基础（采用600宽×800高条形基础）施工；

6）待新旧箱涵联通、模板支架拆除后，浇筑顶板预留孔洞。

2.2钢箱涵预制拼装段施工

新建箱涵直线段采用临时钢箱涵，主要施工内容包括：

1）拉森钢板桩施工；2）土方开挖及钢支撑架设；3）基地处理；4）现浇钢筋混凝土底板施工；5）新建钢箱涵加工、拼装；6）新建钢箱涵直线段现浇中隔墙、顶板、顶板条形基础施工；

3钢箱涵施工方案

烈士公园东站施工一期主要完成东侧临时排水箱涵的新建。临时排水箱涵采用明挖法施工，围护结构采用钢板桩+内支撑体系。临时排水箱涵（南北接头井+钢结构预制拼装段）总长度247.64m，其中南端接头井长度15.65m，钢结构预制拼装段长度约216.55m，基坑宽度8.7m，挖深5.5m。钢结构预制拼装段，排水断面尺寸4m×8m，每个断面由4块小箱涵（2m高×4m宽×2m长，中间加设2道I22a竖向支撑）拼装而成。

地质勘查报告显示，基坑底部位于为淤泥质粉质黏土层中。根据现场实际情况，需对基坑底部进行处理，以保证其承载力。钢板桩打设后暂不拔除，后期临时箱涵拆除时再拔除。

3.1钢箱涵设计

新建临时排水箱涵设计断面尺寸4m×8m，与原有老箱涵过水断面保持一致。钢箱涵断面由4个2m×4m小箱涵拼装而成，每节钢箱涵纵向长度2m/节。箱涵之间通过内置法兰连接并设置钢筋混凝土中隔墙和顶板。钢箱涵设计断面如图3.1-1～3.1-3所示。

3.2钢箱涵施工

土方开挖达到基底设计标高后，必须先进行对基底土质处理。首先加铺一层200mm厚碎石压底，再浇筑150mm后垫层，最后绑扎钢筋浇筑箱涵300mm厚的承托底板。

钢箱涵的安装在底板强度满足承载力要求后进行。钢箱涵在现场加工，吊车吊运至安装点，由人工通过箱涵两端内法兰连接完成拼装。

3.2.1钢箱涵加工

3.2.1.1钢箱涵原材料

1）主材：主材材质为Q235型钢板，t=12mm。

2）板材规格：钢板采用2000×2000×10mm、2000×4000×10mm两种规格材料。

3）垫圈及防水材料：钢结构用橡胶垫圈、密封胶的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。

4）螺栓要求：采用M24×60螺栓连接，螺栓孔为间距400mm“U”型孔布置于内置法兰盘。

5）内置法兰盘：材质选用规格为80mm×80mm×8mm角钢。

6）垫板：工字钢垫板采用12mm×300mm×300mm的加强钢板。

3.2.1.2钢箱涵加工要求

钢箱涵在施工现场加工、存放、安装。

单节钢箱涵尺寸为2000mm×4000mm×2000mm，上下双层叠加，总截面积4.0m×8.0m，共计344节。采用12mm厚钢板焊接安装，内法兰盘栓接；箱涵内部横向均匀设置2根I22a工字钢竖向支撑，纵向间距2.0m。

3.2.1.3运输及其他

1）钢箱涵应在现场加工，厂家进场前需考虑自备加工棚，各类小型加工机具由厂家自行运至现场并做好防护及保养措施。

2）因在现场加工，无需长途运输，直接将加工成品的单节钢箱涵吊装至安装位置即可。

3）现场加工棚内小型门吊由厂家自行运输，安装。

3.2.2钢箱涵安装

土方开挖至基坑设计底标高后，必须对坑底高程进行一次全面检查，对不符合要求的进行整修，然后根据设计图纸，铺筑20cm厚压底碎石，浇筑15cm混凝土垫层，定出箱涵中心线，及时施做箱涵底板结构，并完成中隔墙钢筋绑扎，最后进行箱涵吊装拼接。

箱涵吊装顺序：先吊装东侧底部第1节，再吊装西侧底部第2节，然后吊装东侧上层第3节，最后吊装西侧上层第4节。

吊装由专人负责指挥，基坑上下密切配合。钢箱涵涵体初步落位后，人工辅助定位。将所有螺栓孔对上将接口接好后完成吊装，方可再安装下一节箱涵。

箱涵吊装完成后，即可对前后相邻两块钢箱涵进行螺栓连接。螺栓连接部位用聚氨酯密封胶进行防水处理。

钢箱涵全部安装完成后，及时施做上部顶板结构。

3.2.3钢箱涵混凝土底板、隔墙、顶盖施工

基坑开挖到设计标高后，进行钢箱涵段30cm厚钢筋混凝土底板施工，底板施工时预留中隔墙的钢筋，在钢箱涵拼装过程中进行焊接接长。

40cm厚现浇中隔墙，墙顶高出箱涵顶30cm，使钢箱涵顶板与最上层钢箱涵盖板之间保留25cm空隙，空隙间用细砂回填。

路面盖板为300mm厚钢筋混凝土结构，由两侧条形基础及中间隔墙传递荷载。顶板施工与两侧条基同时进行，保证结构整体稳定性。

3.3新老对接施工

新老箱涵对接安排在直线段钢箱涵拼装完成、南北两端接头井施工完成后进行，两端接头井先期浇筑时，预留孔洞，待钢箱涵对接后，再进行接口封堵，从而完成排水箱涵的临时改迁。

4结论

实践证明，通过钢箱涵进行市政排水老箱涵临时改迁效果明显，钢箱涵应用存在以下优点：

1）钢箱涵现场工厂化加工质量可靠、倒运方便，便于吊装、安装；

2）钢箱涵在工程完工后可进行回收再利用，破除工程量小，环保节能，同时降低了工程造价；

3）钢箱涵在软土地层中运用，采用拉森钢板桩临时支护，有效地缩短了施工工期。

参考文献：

[1]王昕；谷玉文；软土地基箱涵施工技术[J]；西山科技；2001年02期；

[2]储小颖；双孔箱涵计算及敏感因素分析[J]；安徽建筑工业学院学报(自然科学版)；2004年05期；

[3]黄玉兰；钢筋混凝土箱涵施工裂缝的分析与控制[J]；安徽建筑；2007年05期；

[4]王文杰；安莉娜；蔡新明；基于VB技术研发箱涵结构AutoCAD专用软件开发及应用[J]；河北农业科学；2009年10期。