富水粉细砂地层中超深基坑明挖逆作施工浅析

富水粉细砂地层中 超深基坑明挖逆作施工浅析

张真

中交一公局集团 有限公司 北京市 100024

摘要：北京东六环（京哈高速-潞苑北大街）改造工程中间盾构检修井施工期间为直径16m的超大盾构机的检修和保养提供服务，运营期间主要为功能通风和逃生。由于和副中心火车站线路交叉，导致中间盾构检修井的修建深度加深至43.4m，同时建设场地临近北运河，受古河道冲洪积影响，主要为黏性土、粉土与砂土互层沉积地层，地质松散且地下水脉系极为丰富，明挖顺做设计施工风险极高，为了提高提前支护率后经设计优化为明挖逆作法，但明挖逆作法存在诸多施工不便和困难，严重影响整体工期、质量等施工效果，我们通过重难点研究，通过优化套筒连接形式、侧模板形式等措施保质保量的完成了中间工作井的明挖逆作法施工。

关键词：明挖逆作法、机械连接、多卡支架

0引言

明挖逆作法虽然可以提高超前支护率，全面实现基坑开挖期间的安全支护，但结构施工中存在诸多质量控制难点，我部通过细化施工技术管理，优化了过程机械连接形式、侧墙模板形式等内容，高效的完成了高质量的明挖逆作法施工。本文通过总结施工经验要点、难点，为今后类似工程提供参考。

1.工程概况及地质条件

1.1工程概况

东六环(京哈高速—潞苑北大街)改造工程道路设计等级为高速公路，其中入地段由2272m的明挖工程、7338m的盾构区间组成，盾构隧道含27m的始发井、27.4m的接收井和1座28m的中间井。

图1-1工程线路图

中间盾构工作井基坑宽度28m，长度58m，主体顶板覆土厚度约3.0m，底板埋深约43.4m，基坑开挖深度约为43.4m。中间盾构工作井基坑具有超深、粉细砂地层渗透性强等特点。围护墙与结构内衬墙采用叠合构造，主体结构采用明挖逆作法施工，从上向下依次施工负一层～负六层。每开挖一层，从下至上逆做浇筑结构侧墙、环框梁及内支撑，盾构穿越完成后从下至上依次浇筑各层中板及隔墙。

图1-2中间井围护结构剖面图

1.2水文地质条件

（1）地质条件

中间井场区按地层岩性及其物理力学性质在地连墙深度范围内地层由上至下依次为：粉土素填土①层、粉土②层、粉细砂②5层、粉细砂③层、粉细砂④层、粉质黏土④2层、密实粉细砂④层、粉质黏土⑤层、粉细砂⑤5层、可塑粉质黏土⑥2层等。主要地层详见表1-1、图1-3。

表1-1区域地层及厚度

图1-3地质纵剖面

（2）水文条件

根据初勘报告，施工范围内地下水类型为潜水（二）、层间潜水（三）和承压水（四），40~100m深度还存在承压水(五)和承压水(六)，且承压水头较高，具体详见表1-2。

表1-2区域水文描述

2.明挖逆作法

2.1施工总体步序

1、顶环框梁及第一道砼支撑施工。

2、依次从上向下施工第二至六道环框梁、第二至六道砼支撑及负一至五层侧墙、中隔墙施工。

3、开控土体至基坑底面，浇筑基底垫层，施作底板防水层。

4、浇筑底板，逆作最后一层侧墙和中隔墙。

5、待盾构穿越完成后依次从下向上补齐剩余中板及隔墙。具体详见下图。

图 2-1明挖逆作施工步序图

2.2明挖逆作法简介及重难点

1、工艺简介及特点

从上向下随着开挖工序，开挖一层土方施工一层主体结构，在土方开挖阶段实现提前使上部主体结构成型利用提前施工完成的结构增加开挖过程中基坑结构整体安全性的方法。

相对于传统明挖顺做工艺具有如下优势：

（1）在土方开挖阶段实现提前使上部主体结构成型利用提前施工完成的结构平衡抵消围护结构侧向土压力，可有效提高开挖过程安全系数；

（2）可使上部主体结构混凝土浇筑和下部钢筋施工等准备工作进行平行、穿插施工，节省大量工期；

（3）逆作法结构整体受力更加合理，自身结构及周边环境变形影响较小；

（4）板撑等结构可兼作支撑体系，后期也不用拆除，真正实现了结构永临结合，造价合理。

2、重难点介绍

（1）因从上向下做施工主体结构，导致钢筋连接困难，常规方法每层将增加大量立向焊接作业，严重影响整体施工工期，同时质量难以保障；

（2）采用常规满堂红脚手架施工施工侧墙需要反复安装拆除脚手架，费时费力，采用常规钢模板又没有相应的空间条件；

（3）大体积混凝土浇筑及养护。大体积砼结构施工因厚度大、灌注量大、水化热较高及工程环境较为复杂等因素，使其在施工中极易受温度应力的影响，致使混凝土发生收缩裂缝和温度裂缝；

（4）逆作法结构防水必有刺破，无法实现全包防水设计，施工过程中的基面处理等准备工作将更显得尤为关键；

3、机械连接优化装置

（1）以侧墙竖向主筋为例，直径28的竖向主筋必须进行一次竖向错接头连接，如果采用电弧焊进行立焊，一个焊工平均一天仅能完成50个左右且难以保证焊接质量，采用机械连接后一天可完成300~400个，极大提升了连接效率，且可满足设计施工规范要求。

（2）底模板下侧采用方木垫高，将机械套筒放置在模板下侧的装置中，可解决底部套筒难以保证存活率和高低不一的施工等问题；

图2-2 现场底部套筒预埋整齐且连接规范

（3）中部连接可采用正反加长丝头进行机械连接，方便快捷且质量完全可以满足设计规范要求。

图2-3 现场中部套筒连接整齐且规范

4、结构墙皮凿毛处理优化

传统凿毛方式多采用空压机动力风镐炮头进行人工凿除，施工效率低下，容易破坏围护结构，造成漏水等施工问题，优化后采用挖掘机配合刷毛机械的形式进行基础凿毛，可以保证基面平整，凿毛深度控制标准，且施工效率大大提高，完全可以满足施工需求。

图2-4 侧墙基础面凿毛现场施工照片

5、侧模板优化

采用常规满堂红脚手架施工施工侧墙需要反复安装拆除脚手架，费时费力，采用常规钢模板又没有相应的空间条件，我们选择采用了江苏良工的木工字梁模板体系+桁架片支撑系统，组装效率高，具有无需搭设脚手架、墙内无拉杆、面板仅有竖向拼缝、墙面平整度好、施工简便等优点。

图2-5 整体效果图

（1）模板体系构成如下图所示：

图2-6 木工字梁大模板构成

（2）模板组拼过程

第一步：按照需求距离放置型钢背楞，用木工字梁连接片固定牢靠；

图2-7 模板安装过程

第二步：在合适的位置安装吊钩；

图2-8 模板安装过程

第三步：采用木方将木工字梁上下两侧固定完整，形成体系受力；

图2-9 模板安装过程

第四步：为了保证模板面板的表面平整光洁，采用背部打自攻螺钉将面板与木梁固定。

图2-10 模板安装过程

（3）多卡桁架片支撑系统

支撑桁架为特殊定制设计，采用高强度钢材制作，承载力大，重量轻。桁架采用组合式，且有可调节装置，适用于不同高度混凝土浇筑。

根据工程特点，支撑桁架设计时兼顾了抵抗混凝土侧压力和脚手架两项功能，模板支设和拆除时无需另外搭设操作架，保证施工效率的同时同时保证了现场的整洁和美观。为了适应不同高度的侧墙，支撑桁架设计了不同的高度，进行组合如下图：

图2-11 中间井侧墙模板多卡支架构成示意图

上下两点锚固件采用高强拉杆及拉接盘，承载力高，安装和拆卸简单。

图2-12 高强拉杆和母联垫

桁架上设置有水平连接杆和木板加固装置，上面铺设短木板即形成操作平台，便于模板的安装和拆卸。

2-13 现场实际施工及拆模效果图

3.结论

1. 明挖逆作法深基坑采用套筒优化装置替代常规立焊接头，可以提高工期近一倍，同时质量效果全面优于立焊接头，值得大面积推广使用；

2. 明挖逆作法深基坑采用木工字梁和多卡体系支撑的侧墙模板体系，无需反复拆装脚手架，且极大提高了空间利率，对造价工期等极为有利；

（3）建议明挖逆作法深基坑条件下可供类似工程参考。

4.结束语

随着基坑空间和深度要求日益趋深趋大，具备工期、经济和安全优势的明挖逆作法、盖挖法等虽日渐成熟，但细节仍需要认真处理，合理的选择相关细节处理方法尤为重要，亦是保证基坑安全的关键所在，本文通过施工细节经验总结，希望能给类似工程提供相关技术参考。

参考文献

1. 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）.

2. 北京东六环（京哈高速-潞苑北大街）改造工程施工组织设计.

3. 《逆作法及其施工技术》 翟士立

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