程 斌 林賢光 陳 治

（1.武漢城市職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430064；2.上海隧道工程股份有限公司,上海 200233）

0 引言

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的快速推進(jìn)，大型城市面臨著不斷擴(kuò)大的城市規(guī)模和有限的城市空間之間日益尖銳的矛盾。地下空間的利用和開發(fā)是解決這一矛盾的有效方法，進(jìn)而使城市建設(shè)呈現(xiàn)出立體化的發(fā)展趨勢。在城市立體化發(fā)展中，建筑工程施工離不開方法上的不斷創(chuàng)新。逆作法是高層和超高層建筑的多層地下室、大型地下商場、地下車庫、地鐵車站等地下工程施工的一種有效方法，在一些特殊情況下，更是作為地下工程施工中的必選方法[1]。本文以武漢地鐵7號線基坑施工為例，介紹隧道盾構(gòu)始發(fā)井逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)，為逆作法施工技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用提供參考借鑒。

1 逆作法施工的優(yōu)缺點(diǎn)

逆作法施工通常先在深基坑周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時在基坑內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐，然后施工地面結(jié)構(gòu)，作為地下連續(xù)墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封底。另外，在地面交通繁忙，無法采用明挖的條件下采用蓋挖逆作法，以減少對地面的影響[2]。

1.1 逆作法施工優(yōu)點(diǎn)

（1）采用明挖逆作法施工，每層結(jié)構(gòu)板都為內(nèi)支撐，整個基坑支撐體系為封閉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性較好，而且所形成的框架支撐體系為永久結(jié)構(gòu)，其剛度比臨時鋼支撐大很多，基坑變形可以降到最低，基坑安全更有保障；

（2）用地下結(jié)構(gòu)自身樁、柱、梁、板做為支撐，節(jié)省了基坑支撐的施工及拆除時間，節(jié)省工期和費(fèi)用；

（3）對控制地面沉降以及對臨近地面建筑和地下管線的保護(hù)具有良好的效果；

（4）改變了傳統(tǒng)的開敞式施工方式，土方開挖和結(jié)構(gòu)施工在地下封閉或半封閉空間內(nèi)進(jìn)行，可有效避免揚(yáng)塵、噪音等環(huán)境污染因素[3]。

1.2 逆作法施工缺點(diǎn)

（1）出土慢，大型的設(shè)備難以進(jìn)場，給施工帶來不便；

（2）由于主體結(jié)構(gòu)從下往上澆筑側(cè)墻混凝土?xí)r，接口位置混凝土很難澆筑密實(shí)，澆筑質(zhì)量控制較難；

（3）逆作法支撐位置受地下室層高的限制，無法調(diào)整高度，如遇較大層高的地下室，有時需另設(shè)臨時水平支撐或加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的斷面及配筋；

（4）逆作法需要利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中立柱做為豎向支承，主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)及中立柱節(jié)點(diǎn)一般為剛性連接，導(dǎo)致施做難度大，節(jié)點(diǎn)防水效果較差。

2 工程概況

武漢地鐵七號線武昌工作井位于武漢市武昌區(qū)秦園路和平大道，作為武漢三陽路越江隧道盾構(gòu)始發(fā)工作井，地處武漢鬧市區(qū)，周圍環(huán)境比較復(fù)雜。在距離基坑邊8m有電力、天然氣、信息、雨污水等管線。

該基坑作為超深大盾構(gòu)始發(fā)井，其深度為42.603～44.1m（寬度方向?yàn)榛⌒蔚装澹?，自然地面?biāo)高為+23.5m，設(shè)計坑底標(biāo)高為-20.6m，整體基坑平面尺寸為72m×52m，地下室結(jié)構(gòu)共6層，屬大型超深基坑，其中第一道～第三道支撐形式為永久結(jié)構(gòu)板+臨時混凝土斜撐，第四道～第六道支撐形式為臨時混凝土支撐，最大圈梁（冠梁）尺寸為4m×2m，臨時混凝土支撐為2m×2m，頂板厚1.8m，弧形底板厚2.2m。

基坑外圍采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻厚度為1.5m，深度達(dá)59m，穿越大面積砂層，入弱膠結(jié)礫巖層約8m，在圍護(hù)墻外設(shè)置1道0.8m厚塑性混凝土地下連續(xù)墻，深度為52m，采用墻套銑接頭?？觾?nèi)加固為1.2m鉆孔灌注樁，共67根，其中抗拔樁16根，立柱樁兼抗拔樁51根，成樁深度為59m，立柱樁兼抗拔樁中格構(gòu)柱長47.1m，需插入抗拔樁身3m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面及剖面圖見圖1。

圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面及剖面圖

鑒于該工程基坑開挖深度達(dá)到44.1m，周圍管線復(fù)雜，基坑安全等級為一級；現(xiàn)場同時開展多個工作面，施工場地及工期緊張，因此基坑采用逆作法施工。

3 工程水文地質(zhì)條件

擬建場地勘察深度范圍內(nèi)的地基土主要為第四系全新統(tǒng)—上更新統(tǒng)沖積層，基巖為白堊系—第三系的東湖群粉砂質(zhì)泥巖、砂礫巖，巖質(zhì)軟。始發(fā)工作井基坑穿越大斷面砂層，包括④1粉砂層（厚1.7～9m）、④2粉細(xì)砂層（厚14～42m）及④3中粗砂層（厚度約9.5m），具體土層參數(shù)及水文地質(zhì)分布情況見表1。

表1 土層參數(shù)

4 逆作法施工順序及重難點(diǎn)

4.1 施工順序

基坑開挖及結(jié)構(gòu)回筑順序如下：

（1）開挖首層土，澆筑坑頂擋墻、第一層水平框架及頂板；

（2）開挖第二層土，澆筑第二層水平框架、地下一層板及以上墻身，施作側(cè)墻防水；

（3）開挖第三層土，澆筑第三層水平框架、地下二層板及以上墻身，施作側(cè)墻防水；

（4）依次開挖第四、五、六層土，依次澆筑第四、五、六層水平框架，第四、五、六道水平支撐及以上相應(yīng)墻身，施作側(cè)墻防水；

（5）開挖第七層土，施作土建接地，澆筑基底墊層，施作底板及側(cè)墻防水，澆筑底板及剩余墻身。

4.2 重難點(diǎn)

（1）主體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，側(cè)墻結(jié)構(gòu)形式為疊合墻，故主體結(jié)構(gòu)墻身需與圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接；

（2）永久結(jié)構(gòu)從上往下施工，結(jié)構(gòu)板需采用短排支架進(jìn)行承重，支架基礎(chǔ)需澆筑墊層加固處理，側(cè)墻高度高、厚度大，對模板垂直度及加固要求高；

（3）逆作法墻身水平施工縫多，疊合墻無外包防水，需在施工縫處采用多重防水措施。

5 逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

5.1.1 豎向支承柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

（1）工程豎向支承柱采用格構(gòu)柱，角鋼尺寸為4∟200mm×24mm，在結(jié)構(gòu)逆作施工中，格構(gòu)柱與頂板、中板的節(jié)點(diǎn)處采用加腋法，即將節(jié)點(diǎn)處無法通過的鋼筋應(yīng)用規(guī)范允許的斜率繞過立柱[4]。

（2）與臨時混凝土支撐的節(jié)點(diǎn)處采用環(huán)板連接法，將臨時混凝土支撐無法通過格構(gòu)柱的鋼筋采用“7字筋”的形式焊接在格構(gòu)柱綴板及角鋼上，鋼筋與格構(gòu)柱焊接長度滿足規(guī)范要求，單面焊10d1（d1為混凝土支撐主筋直徑），同時，在每道水平結(jié)構(gòu)施工時需在水平結(jié)構(gòu)底面格構(gòu)柱外圍增設(shè)1道加勁肋，格構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造見圖2。

圖2 格構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖

（3）豎向支承柱與底板節(jié)點(diǎn)處采用加腋法進(jìn)行處理，格構(gòu)柱底部按規(guī)范及設(shè)計要求，錨入灌注樁中3m，底板施工前需按設(shè)計焊接止水鋼板，立柱樁及抗拔樁鋼筋需按設(shè)計要求，錨入底板35d?（d2為樁身鋼筋直徑）。

5.1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

（1）側(cè)墻是由圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻）與主體結(jié)構(gòu)（內(nèi)襯墻）組合形成共同受力體系的疊合墻結(jié)構(gòu)，按照逆作法施工順序，地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)先行施工，內(nèi)襯墻作為主體結(jié)構(gòu)需隨基坑開挖同步逆作，在基坑開挖階段與地下連續(xù)墻一同作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受外部水土壓力，因此控制好地下連續(xù)墻與每層水平結(jié)構(gòu)、內(nèi)襯墻的連接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量對整個基坑工程的質(zhì)量、安全、穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用[5]。

（2）與地下連續(xù)墻進(jìn)行連接的水平結(jié)構(gòu)主要為頂板、中板、底板及圍檁。在進(jìn)行地下連續(xù)墻施工時，在鋼筋籠背土面預(yù)埋接駁器，通過鋼筋籠驗(yàn)收及控制鋼筋籠下放標(biāo)高來控制預(yù)埋接駁器標(biāo)高。在每層水平結(jié)構(gòu)施工時，需先進(jìn)行地下連續(xù)墻的鑿毛，將預(yù)埋接駁器鑿出，頂板、中板、底板主筋直接與預(yù)埋接駁器進(jìn)行機(jī)械連接，圍檁則按照圖紙要求設(shè)置錨固筋與地墻接駁器相連接，疊合墻構(gòu)造見圖3。

圖3 疊合墻構(gòu)造圖

5.1.3 構(gòu)造優(yōu)化

工程施工時，發(fā)現(xiàn)疊合墻連接筋利用率不高，達(dá)不到設(shè)計要求，利用側(cè)墻模板支架體系的M14鋼筋進(jìn)行等效替代，首先按照等效間距進(jìn)行地墻鑿毛，剝除地墻保護(hù)層將地墻主筋露出，利用M14鋼筋一端焊接三角片，將三角片同地墻主筋進(jìn)行焊接，同時在M14鋼筋中間焊接止水片，保證地下連續(xù)墻與內(nèi)襯墻的連接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。

5.2 模板支架體系

該工程結(jié)構(gòu)形式主要包括板、圍檁及混凝土支撐梁以及內(nèi)襯墻和中隔墻，其中板、大部分圍檁、內(nèi)襯墻及中隔墻為永久結(jié)構(gòu)，混凝土支撐梁及部分圍檁為臨時結(jié)構(gòu)，綜合考慮工期、質(zhì)量、外觀等各方面因素，永久結(jié)構(gòu)采用模板支架承重體系施工，混凝土支撐臨時結(jié)構(gòu)采用土模施工。

5.2.1 永久結(jié)構(gòu)模板支架承重體系

（1）頂板厚度為1.8m，屬大體積混凝土工程，模板支架承重按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2011）、《扣件式鋼管模板支架設(shè)計施工操作規(guī)程（試行）》（QJ/STECO02-2010）進(jìn)行驗(yàn)算，安全系數(shù)1.1，模板支架的基礎(chǔ)采用原狀土壓實(shí)后澆筑不小于150mm厚C30混凝土墊層；該工程板構(gòu)件跨度很大，達(dá)到22.9m，按規(guī)范要求進(jìn)行模板起拱處理，起拱高度定位全跨長度的2‰。頂板模板支架承重體系見圖4。

圖4 頂板模板支架承重體系圖

（2）工程墻身一次性澆筑高度最高達(dá)7.6m，最厚厚度達(dá)到1.5m，對墻身模板支架承載力要求較高，材料選擇55系列組合鋼模板，設(shè)計時控制澆筑速度為60m3/h，滿足承載力要求。側(cè)墻支架承重體系見圖5。

圖5 側(cè)墻支架承重體系圖

5.2.2 混凝土臨時支撐模板體系

為節(jié)省搭設(shè)模板支架時間，第四道～第六道混凝土臨時支撐采用土模進(jìn)行施工，控制坑內(nèi)水位低于開挖面2m以上，第四道～第六道混凝土臨時支撐處地基土為干砂，承載力較好，工作面條件好，考慮到混凝土臨時支撐布置的形式，直接土方開挖至混凝土支撐底面下150mm，澆筑150mm的C30混凝土墊層，并在墊層上鋪一層油毛氈隔離，側(cè)模板同樣采用鋼模板、鋼管內(nèi)外楞及M14對拉螺栓進(jìn)行固定。

5.3 墻身施工

逆作法工程墻身隨水平結(jié)構(gòu)一同逆作，內(nèi)襯墻及中隔墻為永久結(jié)構(gòu)，防水需同步進(jìn)行施工，施工縫是導(dǎo)致漏水的薄弱環(huán)節(jié)[6]。根據(jù)結(jié)構(gòu)逆作施工順序，結(jié)合考慮現(xiàn)場實(shí)際水平施工縫鑿毛、止水鋼板預(yù)埋等因素，在每道圍檁頂面上、底面下20cm各預(yù)留一道水平施工縫。

5.3.1 水平施工縫防水

工程共設(shè)置水平施工縫11道，其中內(nèi)襯墻上部施工縫采用水泥基滲透結(jié)晶防水涂料+預(yù)埋鍍鋅止水鋼板，下部采用水泥基滲透結(jié)晶防水涂料+預(yù)埋鍍鋅止水鋼板+2道遇水膨脹止水條+注漿管，每層墻身施工時，均對二次澆筑面進(jìn)行鑿毛處理；每層圍檁施工時，均在遇水膨脹止水條相應(yīng)位置預(yù)埋1根小木條，待墻身施工鑿毛時鑿除，便于遇水膨脹止水條的施工；預(yù)埋注漿管位于止水鋼板外側(cè)，需緊貼混凝土鑿毛面，避免澆筑內(nèi)襯墻混凝土?xí)r將其包裹。水平施工縫防水示意圖見圖5。

圖5 水平施工縫防水示意圖

5.3.2 墻身混凝土澆筑工藝

逆作法區(qū)別于順作法施工，即在澆筑墻身混凝土?xí)r，上部墻身及水平結(jié)構(gòu)往往已經(jīng)施工完畢，對墻身混凝土澆筑有一定的影響，該工程墻身一次性澆筑高度最高達(dá)7.6m，最厚厚度達(dá)到1.5m，圍檁高度為2m，混凝土澆筑和振搗難度系數(shù)較大。

內(nèi)襯墻采用預(yù)埋斜澆搗孔的方法，在每層內(nèi)襯墻的上層圍檁中預(yù)埋斜管（首層預(yù)埋直管），預(yù)埋管材料首層為Ф16cm/Ф10cm@1000mm（間隔布置）鋼管（中間焊接止水環(huán)），其余均采用Ф16cm/Ф10cm@1000mmPVC管，其中Ф16cm預(yù)埋管為混凝土澆筑孔，Ф10cm為振搗棒振搗孔，采用預(yù)埋斜澆搗孔預(yù)埋側(cè)墻斜管不影響墻身整體性。

6 結(jié)束語

綜上所述，逆作法施工能大大縮短工期，且以結(jié)構(gòu)板撐作為支撐，具備更好的安全性和穩(wěn)定性，施工過程能更合理地利用場地空間資源，對周邊環(huán)境影響較小，但在節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造以及外包結(jié)構(gòu)防水施工上技術(shù)要求較高。

在該工程施工過程中，依照對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量、模板支架承重體系驗(yàn)收、墻身防水驗(yàn)收及逆作混凝土澆筑技術(shù)形成的標(biāo)準(zhǔn)化控制體系，大盾構(gòu)始發(fā)工作井結(jié)構(gòu)施工在5個月內(nèi)安全、高效地提前完成，累計土方開挖量達(dá)到150000m3，混凝土澆筑量達(dá)到26000m3，為后續(xù)越江段大盾構(gòu)始發(fā)施工創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。