盾構(gòu)始發(fā)段深基坑的新型換撐施工

王玉良++何偉

摘要：深基坑的換撐施工歷來都是基坑工程的關(guān)鍵工序，但傳統(tǒng)的換撐法對(duì)工期消耗很大，這對(duì)工期要求緊的工程來說，有待進(jìn)一步研究新型、快速的換撐方法。本文結(jié)合北京地鐵15號(hào)線一期工程02標(biāo)段的基坑工程，提出了用600×600×600扣件式腳手架來替換Φ609×14鋼管撐的一種新型、快速的換撐方法。該方法有效的降低了工期，并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè)證明該方法是安全、可行的。

關(guān)鍵詞：深基坑；換撐；腳手架

1 工程概況

深基坑的換撐施工歷來都是基坑工程中的關(guān)鍵工序，其好壞將直接影響到整個(gè)工程的安全、工期等[1]。作為盾構(gòu)始發(fā)段的深基坑有其特殊性，再加之該工程工期緊的特點(diǎn)，此基坑的換撐施工顯得尤為特殊，其并不是簡單的將鋼管支撐從原圍護(hù)樁上移動(dòng)到做好的襯砌結(jié)構(gòu)上，而是用扣件式腳手架來替換鋼管支撐，以此來達(dá)到降低工期的要求。這樣的做法在基坑的換撐施工中并不常見，所以有必要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證該工法的安全性，也為以后類似工程提供借鑒。

1.1 項(xiàng)目簡介

該工程所在區(qū)間是北京地鐵15號(hào)線一期工程02標(biāo)段：望京站～來廣營東路站區(qū)間。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，在來廣營東路站南端單獨(dú)設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)段。盾構(gòu)始發(fā)段長41.6m，分為盾構(gòu)始發(fā)井及始發(fā)段明挖區(qū)間。盾構(gòu)井段基坑寬度為25.3m，基坑深18.436m；始發(fā)段明挖區(qū)間基坑寬度為20.7m，基坑深16.666m。

1.2 工程地質(zhì)條件

按地層沉積年代、成因類型，本工程范圍內(nèi)的土層劃分為人工堆積層（Qml）、第四紀(jì)全新世沖洪積層（Q4lal+pl）、第四紀(jì)晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）三大層。按地層巖性及物理力學(xué)性質(zhì)，基坑所處地層分為9層，由上而下分布如表1所示[5]。

該工程范圍內(nèi)地下水類型分別為上層滯水、潛水，地下水一般對(duì)混凝土無腐蝕性，局部對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

1.3 基坑支護(hù)

該基坑采用鉆孔灌注樁加坑內(nèi)支撐的支護(hù)形式。鉆孔灌注樁直徑800mm，間距1200mm.其主筋保護(hù)層70mm，采用C25混凝土，HPB235、HRB335級(jí)鋼筋。坑內(nèi)設(shè)3道支撐，采用Φ609×14鋼管撐。維護(hù)樁與結(jié)構(gòu)間留100mm，包括網(wǎng)噴層、樁體變形、防水做法等。整個(gè)支護(hù)體系的平面布置圖以及橫斷面圖如圖1、圖2所示。

2 難點(diǎn)分析

原設(shè)計(jì)的換撐方案是待基底結(jié)構(gòu)做好后，在邊墻處架立模板至第三道支撐處，進(jìn)行模筑邊墻結(jié)構(gòu)，待結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，在結(jié)構(gòu)上設(shè)置替換的鋼管支撐，隨后將第三道支撐拆除。替換撐的相對(duì)位置如圖3所示。這種做法是常規(guī)的、安全、有效的做法，但對(duì)工期影響較大。

鑒于該工程工期緊的特點(diǎn)，而原設(shè)計(jì)的換撐方案將要消耗大量時(shí)間，故決定取消或修改換撐工序。但由于以往沒有類似的工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，所以其安全性有待進(jìn)一步的論證。因此，在保證該工程安全的前提下，考慮能否取消或修改換撐工序以降低工期，成為該工程的主要難點(diǎn)。

3 解決方案

按照規(guī)范規(guī)定的極限平衡法來計(jì)算取消換撐的施工工序肯定是“不行的”。這是因?yàn)闃O限平衡法是簡單的考慮二維情況下的結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)，去掉一道支撐，而且是反力最大的支撐，將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)造成很大的影響，因此會(huì)造成結(jié)構(gòu)變形過大以至破壞[2]。但該方法沒有考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)三維空間上的相互影響，尤其是該基坑作為盾構(gòu)始發(fā)段的特殊性，其支撐是斜撐，并且其為圍護(hù)結(jié)構(gòu)角落處的支撐，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在該角落處，其剛度將會(huì)顯著提高。因此，“取消換撐是不行的”是武斷、保守的說法。但本工程項(xiàng)目部并沒有類似的施工經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，也就不能輕率的將換撐工序取消。。為此，首先對(duì)取消換撐的方法進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，計(jì)算采用FLAC 3D軟件，計(jì)算模型如圖4所示。

計(jì)算結(jié)果主要從上面兩道撐的軸力變化來分析，分析結(jié)果見圖5所示。

從圖中可見，拆撐前后兩層撐的軸力變化不大，第一層撐的軸力維持在500kN左右，第二層撐的軸力維持在3000kN左右。但由于數(shù)值模擬沒能完全模擬現(xiàn)場(chǎng)的每一步工序，所以其結(jié)果在隨工序的變化上顯示的不太明顯，加之軟件受地層參數(shù)，以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐的參數(shù)影響很大，而這些參數(shù)的精確測(cè)定又為世界性的難題，故該計(jì)算結(jié)果僅能作為參考。

鑒于以上模擬結(jié)果，據(jù)此，項(xiàng)目部又組織有關(guān)專家對(duì)該修改方案進(jìn)行了論證。

論證的結(jié)果采用折中的解決方案：修改換撐工序。采用滿堂紅鋼管支撐體系代替Φ609×14鋼管撐，見圖4.支撐體系應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，將鋼管間距由900×900×900換為600×600×600，適當(dāng)加密剪力撐和其他構(gòu)造措施。當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后拆除第三道Φ609鋼管撐。拆除內(nèi)支撐時(shí)由短支撐向長支撐方向分步拆除并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，切實(shí)做到信息化施工。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

為保證換撐方案的安全實(shí)施，切實(shí)做到信息化施工，以監(jiān)測(cè)資料及時(shí)反饋修正施工方案[4]，在基坑的圍護(hù)樁上設(shè)置了3個(gè)測(cè)斜管，布置圖如圖5所示。

3個(gè)測(cè)斜管的測(cè)量結(jié)果見圖6，從圖中可見換撐后各測(cè)點(diǎn)都有微小的位移變化，但變化范圍不大，都在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，且沒有出現(xiàn)突變的情況。這表明該方案是安全、可行的。

5 結(jié)論

該工程作為一種特殊的換撐施工工程，從問題的提出，經(jīng)方案論證，直至最后的方案實(shí)施以及監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，可得到如下一些結(jié)論，供以后類似工程借鑒：

1.在基坑的換撐施工中，采用滿堂紅鋼管支撐體系代替Φ609×14鋼管撐是成功的；

2.采用滿堂紅鋼管支撐體系來進(jìn)行換撐施工，可顯著降低施工工期；

3.對(duì)基坑工程來說，降低工期，相當(dāng)于降低了基坑的暴露時(shí)間，所以該種做法會(huì)提高整個(gè)基坑工程的安全性[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘振沂，張漫濤. 東方國際科技大廈深基坑的換撐施工[J]. 建筑施工，1997，19（2）

[2]張海生. 車站明挖深基坑拆撐后圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析[J]. 山西建筑，2007，33（13）

[3]侯朝霞，朱森林. 基坑常見事故分析與處理措施[J]. 山西建筑，2009，35（4）

[4]楊鵬. 淺談深基坑在開挖過程中支護(hù)工程常見問題及監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)[J]. 河南建材，2009，（1）

[5]郭海燕，李勝林，張?jiān)? 深基坑開挖與支護(hù)的有限元模擬[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，39（1）endprint