蓋挖法施工技術(shù)在城市地下空間開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

浙江中成建工集團(tuán)有限公司 上海 200435

蓋挖法是指在城市建筑工程中以臨時(shí)路面或結(jié)構(gòu)頂板維持地面暢通，再進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)施作的施工方法[1-3]。根據(jù)工程實(shí)際情況可分為以下3 種方法[4]：蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法。本文以上海金沙江路真北路口南一區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)工程為例，論述適用于本工程的蓋挖半逆作法施工技術(shù)。

蓋挖半逆作法是指先施工剛度較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，接著施工結(jié)構(gòu)頂板并恢復(fù)路面后，然后向下挖土至設(shè)計(jì)標(biāo)高，即先澆筑底板（其間完成各道鋼筋混凝土水平支撐），再依次向上逐層澆筑側(cè)墻、柱、樓板[5-7]。

1 應(yīng)用工程概況

上海金沙江路真北路口地下空間開(kāi)發(fā)項(xiàng)目南一區(qū)總建筑面積7 993 m2，為地下2 層（埋深相當(dāng)于地下3 層，其頂板下沉、上覆3 m厚填土內(nèi)埋眾多市政管線及路面）。頂板面標(biāo)高為－4.220 m；地下1層面標(biāo)高為－10.71 m，建筑面積4 718 m2；地下室底板面標(biāo)高為－15.31 m，建筑面積為3 275 m2；局部深坑落深1.8 m。

南一區(qū)基坑工程全長(zhǎng)135.0 m，基坑凈寬14.4～28.9 m。基坑南端形狀為直線段，北端與軌交真北路站南邊曲線段相接，形狀極不規(guī)則。

工程±0.00 m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高5.20 m，現(xiàn)場(chǎng)自然地面標(biāo)高為－1.2 m，坑底標(biāo)高為－16.76 m，基坑開(kāi)挖深度為15.56 m?；影踩燃?jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。

圖1 工程平面位置

2 采用蓋挖法的決策過(guò)程

本工程（南一區(qū)）處于真北路車(chē)站與南二區(qū)之間，它不但有車(chē)站的附屬結(jié)構(gòu)，還與南區(qū)共用機(jī)房設(shè)施。2011年5月開(kāi)工時(shí)軌交13號(hào)線車(chē)站站臺(tái)主體結(jié)構(gòu)已完成、正在施工區(qū)間隧道，南二區(qū)正在樁基施工中，13號(hào)線計(jì)劃于2012年12月底試運(yùn)行。

2.1 原道路翻交設(shè)想

將設(shè)在北一區(qū)內(nèi)的北線交通道路移至已完工站臺(tái)主體結(jié)構(gòu)上蓋北側(cè)，然后進(jìn)行北一區(qū)施工；南線的交通道路設(shè)在南二區(qū)靠近南一區(qū)，南一區(qū)采用順挖法施工。

2.2 蓋挖法方案形成

按工程工期計(jì)劃和道路翻交設(shè)想，若南一區(qū)采用順作法施工的話，要待該區(qū)頂板完成后且達(dá)到強(qiáng)度要求，才能將南線翻交道路移到南一區(qū)。這與整個(gè)南二區(qū)要在2013年開(kāi)業(yè)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生矛盾，進(jìn)度上保證不了。

更重要的是軌交13號(hào)線在2012年12月底試運(yùn)行時(shí)，必須保證原真北路主干道暢通。由此蓋挖半逆作法施工工藝提上了議程，即南一區(qū)上蓋結(jié)構(gòu)先施工，隨即翻交市政管線和填土鋪路，在其上蓋有營(yíng)運(yùn)的真北路主干道情況下，進(jìn)行南一區(qū)基坑的土方開(kāi)挖和和地下結(jié)構(gòu)施工。

2.3 蓋挖法方案優(yōu)化

采用蓋挖法的施工流程：先逆作B0板→待頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后→覆土回填進(jìn)行道路管線及道路復(fù)位施工。南一區(qū)的地下挖土及結(jié)構(gòu)施工則是利用專門(mén)設(shè)置的取土孔以及南側(cè)7 m多寬占用南二區(qū)的施工范圍，其缺點(diǎn)是該占用區(qū)不但車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入而且工程樁還未開(kāi)始施工。

后經(jīng)研究提出優(yōu)化：在南一B0板上留出一條約7 m的通道，解決南一區(qū)施工車(chē)輛進(jìn)出問(wèn)題（臨時(shí)占用翻交后的真北路人行道及綠化區(qū)），而把南二區(qū)7 m多區(qū)域作為材料堆場(chǎng)。這樣，真正做到南一區(qū)、南二區(qū)、真北路車(chē)站這3 個(gè)標(biāo)段各自獨(dú)立，互不影響。此方案最終經(jīng)市政、交警等部門(mén)一致同意（圖2）。

3 蓋挖法基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

圍護(hù)形式：北側(cè)與真北路地鐵車(chē)站共用厚800 mm地下連續(xù)墻，深度31 m。其余三面的基坑圍護(hù)形式采用鉆孔灌注樁配合攪拌樁止水帷幕，鉆孔樁樁徑為1.1 m，樁長(zhǎng)32 m，止水?dāng)嚢铇恫捎?Φ850 mm@1 200 mm，樁長(zhǎng)24 m。基坑內(nèi)共設(shè)置2 道鋼筋混凝土支撐+B0板，其中B0板的板面標(biāo)高為－4.220 m，第1道支撐的面標(biāo)高為－8.910 m，第2道支撐的面標(biāo)高為－13.135 m（圖3、圖4、圖5）。

在B0板上設(shè)置3.6 m高的擋土墻，將B0板分成南、北2 個(gè)區(qū)域，其中擋土墻北側(cè)提供給市政公司施工金沙江路，南側(cè)為南一區(qū)的施工區(qū)域，包括7 m寬的施工便道及4.5 m寬的取土口。

基坑內(nèi)沿南北向設(shè)置2 道鉆孔灌注圍護(hù)樁，將整個(gè)基坑分成3 個(gè)小基坑，由西向東分為A、C、B三個(gè)區(qū)。

4 蓋挖法施工技術(shù)

4.1 逆作B0板施工

B0板既是永久結(jié)構(gòu)板也是圍護(hù)的支撐板，為格式梁板構(gòu)造其側(cè)模（磚胎膜）：梁、柱、墻側(cè)邊均采用厚120 mm混凝土小多孔磚墻；底模則直接坐落在混凝土墊層上。

圖3 圍護(hù)樁及頂蓋平面

圖4 坑內(nèi)分隔樁及分區(qū)平面

圖5 圍護(hù)剖面

梁底采用厚150 mm的C20 mm混凝土墊層；墻及柱均落底300 mm，采用厚150 mm中粗砂墊層以滿足插筋。板底亦采用厚150 mm的C20 mm混凝土墊層；為保證板底墊層強(qiáng)度及挖土?xí)r有效脫離，在墊層中設(shè)置鋼筋網(wǎng)片及吊鉤。所有與混凝土的接觸部位均采用木夾板，以保證混凝土的飾面質(zhì)量（圖6）。

圖6 B0板混凝土飾面模板現(xiàn)場(chǎng)施工

4.2 承受重載的鋼格構(gòu)柱施工

B0板及其板上馬路的覆土、通行的車(chē)輛等全部質(zhì)量經(jīng)計(jì)算為12 t/m2，均通過(guò)B0板下的鋼立柱來(lái)承擔(dān)，其中每根鋼立柱可承受的設(shè)計(jì)荷載為390 t，可承受的極限荷載為520 t（圖7）。

由于托梁為B0板上縱橫大梁的交點(diǎn)，故該處鋼筋較為密集，為方便施工，同時(shí)又可保證托梁的質(zhì)量，特采取將托梁底與大梁底做平。

圖7 鋼格構(gòu)柱安裝施工

為保證鋼立柱與托梁混凝土的之間共同均勻受壓，在鋼立柱的上口設(shè)置了鋼壓板，并將托梁的下排鋼筋一排改為多排，以方便鋼筋均勻穿入。

4.3 土方開(kāi)挖施工

本次暗挖根據(jù)支撐道數(shù)共分3 次開(kāi)挖，開(kāi)挖總流向?yàn)锳段→C段→B段。

每個(gè)區(qū)設(shè)置2 個(gè)出土口，由坑下的5 臺(tái)小挖機(jī)由西向東（朝出土口）進(jìn)行翻土。

第1、2次開(kāi)挖采用300型長(zhǎng)臂挖機(jī)，第3次開(kāi)挖采用300型伸縮臂。

挖機(jī)停在施工便道的取土口邊，土方車(chē)由施工斜道倒進(jìn)工地。

4.4 基坑降水施工

該基坑底板位于淤泥質(zhì)黏土層及5-1粉質(zhì)黏土層中。但基坑自淺層開(kāi)始就分布有厚度較大的②3層砂質(zhì)粉土（約8 m），既影響基坑開(kāi)挖，又容易引發(fā)滑坡等安全事故。

為此，結(jié)合本基坑開(kāi)挖深度和降水要求，確定設(shè)置19 口疏干井，深度設(shè)置為21 m，濾管分3 段。由于B0板上不允許開(kāi)孔，故從B0板支模開(kāi)始即將疏干井管割至板底，等B0板下土方開(kāi)挖后再啟用降水。

4.5 通風(fēng)照明

由于是地下暗挖作業(yè)，施工人員、機(jī)械相對(duì)密集，施工環(huán)境差，空氣質(zhì)量也較差。因此在B0板以下進(jìn)行挖土、支撐及結(jié)構(gòu)施工時(shí)，分別在A、B、C三個(gè)區(qū)各安裝1 臺(tái)大功率軸流風(fēng)機(jī)，將地下操作區(qū)內(nèi)的廢氣排出，同時(shí)清新空氣經(jīng)取土孔向地下操作區(qū)流入，形成空氣流通循環(huán)。

地下每層每區(qū)布置10盞400 W的照明燈具，每跨內(nèi)前后都有1 盞，隨著地下工作面的推進(jìn)，同時(shí)將上道支撐上的照明設(shè)備移至下一道支撐。

4.6 材料運(yùn)輸

因本工程施工場(chǎng)地狹小，出土階段還要避開(kāi)挖土施工，故材料運(yùn)輸非常困難。材料堆場(chǎng)僅利用基坑南側(cè)寬約7 m的施工便道，由于該條便道車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入，材料進(jìn)場(chǎng)只能靠吊車(chē)二次駁運(yùn)?，F(xiàn)場(chǎng)材料的水平及垂直運(yùn)輸主要依靠250 kN汽車(chē)吊由取土口垂直運(yùn)輸至基坑內(nèi)，再通過(guò)人工水平搬運(yùn)。

4.7 施工優(yōu)化

原分區(qū)施工流程如下：兩端的A區(qū)、B區(qū)先施工至結(jié)構(gòu)完成→再開(kāi)始中間C區(qū)挖土及結(jié)構(gòu)施工?？紤]到進(jìn)度需要，經(jīng)設(shè)計(jì)同意優(yōu)化為：同時(shí)流水施工第1道支撐→ A區(qū)、C區(qū)同時(shí)施工至底板完成→B區(qū)開(kāi)始第2道支撐及挖土施工→A區(qū)、C區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工→B區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工，加快了施工進(jìn)度。

原設(shè)計(jì)在自然地坪與B0板間設(shè)置1 道鋼支撐，以減少圍護(hù)樁的懸臂高度；在B0板與第1道支撐、第1與第2道支撐間再設(shè)置了1 道鋼支撐，以增加鋼立柱的側(cè)向剛度。后在實(shí)施過(guò)程中采用信息化施工，通過(guò)樁土側(cè)向位移及鋼立柱的軸力實(shí)測(cè)結(jié)果，確認(rèn)可以取消最上1 道及最下1 道型鋼水平支撐，為業(yè)主節(jié)約了成本。

5 結(jié)語(yǔ)

從工程的實(shí)施效果來(lái)看，采用蓋挖半逆作法后至2012年春節(jié)前完成A區(qū)、C區(qū)大底板，B區(qū)完成了第1道支撐施工。2012年春節(jié)后A、C區(qū)拆支撐進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工，B區(qū)挖土準(zhǔn)備第2道支撐施工。以上進(jìn)度節(jié)點(diǎn)完全符合與業(yè)主達(dá)成的進(jìn)度，后續(xù)進(jìn)度也符合地鐵附屬結(jié)構(gòu)的總進(jìn)度節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

本工程實(shí)施過(guò)程中應(yīng)用了信息化以指導(dǎo)施工，周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)共布設(shè)127 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)共布設(shè)20 個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，支撐軸力布設(shè)27 個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，立柱隆沉布設(shè)30 個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，采用蓋挖半逆作法，除局部數(shù)據(jù)超過(guò)報(bào)警值外，其余圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)指標(biāo)等均符合設(shè)計(jì)要求。超出區(qū)域也在可控范圍內(nèi)，說(shuō)明本工程選擇此圍護(hù)體系是成功的。