超大超深盾構(gòu)接收工作井施工技術(shù)

曹化錦 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

隨著城市淺層空間開發(fā)完善，過江隧道以及過海隧道大量建設(shè)[1-3]，使得大直徑隧道埋置深度增加，且造成與之相應(yīng)的大直徑盾構(gòu)始發(fā)和接收工作井基坑深度也是日益增加。由于受到隧道大直徑、施工區(qū)土層以及基坑井覆蓋土層影響，其埋置深度日益增大。大直徑盾構(gòu)始發(fā)和接收是整個(gè)工程的關(guān)鍵[4-5]，為配合大直徑盾構(gòu)始發(fā)和接收涌現(xiàn)出了超大超深工作井基坑工程。由于大直徑盾構(gòu)機(jī)需要穿越超大超深基坑井，為了保證基坑井在開挖過程中整體穩(wěn)定和對(duì)變形的控制，盡量消除大直徑盾構(gòu)始發(fā)和接收對(duì)基坑井周圍支護(hù)產(chǎn)生的負(fù)面影響，成為深基坑工程亟待解決的關(guān)鍵性難題[6-8]。

針對(duì)上述問題，結(jié)合依托工程施工過程中存在的技術(shù)難題，超大超深接收工作井采用明挖逆作法施工，采用超厚側(cè)墻、環(huán)框梁作為永久結(jié)構(gòu)，采用結(jié)構(gòu)板撐作為大直徑盾構(gòu)工作井深基坑的水平向內(nèi)支撐（板撐）兼做運(yùn)營期層板結(jié)構(gòu)，形成了超深基坑永久支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)相結(jié)合支護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)了工作井深基坑開挖工序的高效銜接。

1.工程概況

杭州秦望通道項(xiàng)目全長(zhǎng)3066米，采用公鐵合建制式，隧道上層為雙向6車道市政道路，隧道下層為地鐵通道，隧道外徑15.2米，內(nèi)徑13.9米，是浙江省第一條公鐵合建盾構(gòu)隧道，也是國內(nèi)最大的公鐵合建盾構(gòu)隧道之一。

秦望通道工程為浙江省重點(diǎn)工程，是目前國內(nèi)最復(fù)雜的TOD地下空間市政工程之一，集過江隧道建設(shè)、軌道交通、綜合性交通乘換樞紐以及立體交通為一體。該項(xiàng)目基坑深度達(dá)40.1m，與基坑相匹配的地下連續(xù)墻深62.04m；地下連續(xù)墻長(zhǎng)度按照底標(biāo)高進(jìn)行控制，進(jìn)入中風(fēng)化石英閃長(zhǎng)巖，平均入巖深度為2.7m，硬巖地層處地下連續(xù)墻成槽困難；基坑開挖范圍內(nèi)分布有細(xì)砂、粉土、粉細(xì)砂、卵石土等強(qiáng)透水地層，地下水補(bǔ)給充足、水位高、透水性強(qiáng)，工程透水風(fēng)險(xiǎn)大?；诠こ添?xiàng)目施工條件復(fù)雜、施工質(zhì)量高、施工工期緊的現(xiàn)實(shí)要求，提出一種施工效率高、施工質(zhì)量?jī)?yōu)、安全風(fēng)險(xiǎn)低的超大超深盾構(gòu)接收工作井施工方法尤為重要。

2.工藝原理

秦望通道工程采用明挖逆作法施工，軟土地層采用永久支護(hù)體系和臨時(shí)支護(hù)體系相結(jié)合的超深基坑支護(hù)體系見圖1，永臨結(jié)合支護(hù)體系協(xié)同工作，提高超深基坑的整體剛度和穩(wěn)定性，有效減小超深基坑變形以及基坑變形對(duì)周圍環(huán)境的影響。永久支護(hù)體系包括地連墻、側(cè)墻、環(huán)框梁、混凝土腋角、永久立柱和永久結(jié)構(gòu)板撐，永久立柱位于中墻兩側(cè)，永久結(jié)構(gòu)板撐為大直徑盾構(gòu)始發(fā)穿越區(qū)域以外的結(jié)構(gòu)板撐，兼做運(yùn)營期層板結(jié)構(gòu)；臨時(shí)格構(gòu)柱和臨時(shí)結(jié)構(gòu)板撐組成臨時(shí)支護(hù)體系，臨時(shí)格構(gòu)柱為不包括永久立柱外的其他立柱，臨時(shí)結(jié)構(gòu)板撐是大直徑盾構(gòu)始發(fā)穿越區(qū)域的結(jié)構(gòu)板撐。

圖1 超大超深盾構(gòu)接收工作井永臨結(jié)合支護(hù)體系原理圖

豎向支撐主體包括地連墻、側(cè)墻以及永久立柱、臨時(shí)格構(gòu)柱；水平向內(nèi)支撐主體包括永久結(jié)構(gòu)板撐和臨時(shí)結(jié)構(gòu)板撐；豎向支撐以及水平向支撐由環(huán)框梁連接。采用混凝土大腋角結(jié)構(gòu)，通過中墻、永久立柱與臨時(shí)格構(gòu)柱進(jìn)行豎向支護(hù)換撐，對(duì)大直徑盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地工作井深基坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，保證大直徑盾構(gòu)始發(fā)過程中基坑整體安全性。地連墻與框架梁、框架梁與框架板、框架板與立柱采用鋼筋預(yù)埋接駁器連接見圖2，一方面保證鋼筋布設(shè)精度，另一方面有效提高了鋼筋連接點(diǎn)強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)連接處的強(qiáng)度。

圖2 預(yù)埋鋼筋接駁器固定裝置原理圖

3.施工工藝流程

針對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件下軟土地層，采用永久支護(hù)體系和臨時(shí)支護(hù)體系相結(jié)合的超深基坑支護(hù)體系，永臨結(jié)合支護(hù)體系協(xié)同工作。超大超深永臨結(jié)合支護(hù)接收工作井施工工藝流程見圖3。

圖3 超大超深永臨結(jié)合支護(hù)接收工作井施工工藝流程圖

4.施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 冠梁施工

冠梁利用鑿毛后的地墻作為底模，超出部分采用20cm的C20混凝土墊層作為底模。墊層達(dá)到一定強(qiáng)度后，在混凝土墊層上鋪設(shè)油氈紙作為底模，油氈紙用釘子與墊層固定。

冠梁模板由對(duì)拉螺桿和側(cè)模組成，冠梁主龍骨由上到下均勻設(shè)置3道，次龍骨間距為0.3m；主龍骨與平撐和斜撐之間用扣件連接；冠梁側(cè)模板采用竹膠板，并用斜支撐體系和對(duì)拉螺桿固定。

4.2 基坑土方開挖

基坑開挖過程中應(yīng)遵循分層分段開挖，對(duì)稱平衡開挖，留土護(hù)壁、嚴(yán)禁超挖的原則?；娱_挖首先實(shí)施表層土方開挖，開挖至頂板底標(biāo)高下20cm，然后從上至下分為七個(gè)開挖區(qū)間沿基坑豎向開挖，每個(gè)開挖區(qū)間內(nèi)的每層土開挖高度不超過3m，第二開挖區(qū)間底標(biāo)高為相應(yīng)的板撐底標(biāo)高以下20cm，其他區(qū)間為相應(yīng)板撐底標(biāo)高以下1.1m。土方開挖采用基坑內(nèi)挖掘機(jī)翻運(yùn)倒土至兩個(gè)盾構(gòu)預(yù)留吊裝口下部，由吊車抓斗從預(yù)留口取土挖運(yùn)至地面由自卸汽車運(yùn)輸出土。

4.3 框格梁與框架板施工

（1）混凝土墊層?；娱_挖至冠梁、框架梁、框架板底標(biāo)高還剩30公分時(shí)，停止機(jī)械開挖，采用人工找平。開挖過程中若出現(xiàn)異常軟弱土層，須對(duì)墊層進(jìn)行澆筑。在澆筑時(shí)，采用方木作為模板，用木樁在方木外做支撐，澆筑為C20商品混凝土，并用鋁合金直尺找平后，進(jìn)行收光、養(yǎng)護(hù)。

（2）框架梁、框架板模板?？蚣芰耗０逶O(shè)置于10cm厚鋼筋混凝土墊層上部澆筑，墊層下為原狀土體。頂板厚度為1200mm、900mm厚度時(shí)框架板模板設(shè)置于C15素混凝土墊層上部澆筑，墊層下為原狀土體與A10混凝土加氣塊。頂板厚度為700mm、600mm、500mm厚度時(shí)，框架板模板設(shè)置于碗扣支模架上澆筑混凝土，支架立于C15素混凝土墊層上部。

（3）框架梁、框架板鋼筋工程。環(huán)框梁和結(jié)構(gòu)板撐的鋼筋籠綁扎時(shí)，按設(shè)計(jì)要求確定和控制接駁器及預(yù)埋筋位置，如圖2所示，用預(yù)埋接駁器將鋼筋錨進(jìn)結(jié)構(gòu)板撐或環(huán)框梁，使結(jié)構(gòu)板撐或環(huán)框梁與地連墻剛性連接。鋼筋接駁器利用固定裝置進(jìn)行接駁器的定位與固定。主體結(jié)構(gòu)接駁器按設(shè)計(jì)要求等間距布置，根據(jù)測(cè)量放線的位置，及時(shí)采取噴漆拉線確定接駁器的邊緣線位置，做到鋼筋接駁器的準(zhǔn)確定位安裝。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鋼筋疏密，采用泵送混凝土進(jìn)行澆筑，在澆筑混凝土?xí)r，澆筑工作應(yīng)分段分層對(duì)稱同時(shí)進(jìn)行，振搗過程中，用振搗器進(jìn)行快插慢拔、插點(diǎn)均勻、逐點(diǎn)移動(dòng)、均勻?qū)嵳??；炷翝仓駬v完成后，須覆蓋土工布保濕養(yǎng)護(hù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一步基坑開挖。

4.4 側(cè)墻施工

（1）側(cè)墻模板。工作井側(cè)墻墻厚有：800mm、1000mm、1200mm、1500mm，如圖4所示。負(fù)三層側(cè)墻先采用大鋼模板施工直邊側(cè)墻，后采用木模板施工轉(zhuǎn)角側(cè)墻。剩余各層側(cè)墻混凝土澆筑模板采用15mm膠合板，豎向布置50＊100mm方木次楞，間距200mm，外側(cè)水平布置主楞雙拼鋼管φ48.3＊3.6mm，間距為500mm，采用M14拉桿，間距500＊500mm。

圖4 側(cè)墻模板示意圖

（2）側(cè)墻混凝土澆筑。由于主體結(jié)構(gòu)采用逆作法施工，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，側(cè)墻澆筑采用斜插預(yù)埋鋼套管混凝土澆筑法，在上一層結(jié)構(gòu)板鋼筋綁扎時(shí)，提前將鋼套管插入側(cè)墻澆筑范圍內(nèi)，鋼套管選用Φ175＊3mm厚鋼管，鋼管預(yù)埋間隔為1500mm，內(nèi)外間隔布置，鋼管長(zhǎng)度根據(jù)每層板間高度提前下料，鋼套管上口放置側(cè)墻外，保證側(cè)墻內(nèi)混凝土澆筑時(shí)的完整性，確保側(cè)墻澆筑時(shí)不會(huì)產(chǎn)生施工縫；側(cè)墻鋼筋施工采用上層板預(yù)埋接駁器，下一層板往上對(duì)接鋼筋的側(cè)墻鋼筋施工工藝，側(cè)墻外側(cè)鋼筋為雙排鋼筋，整體鋼筋接頭錯(cuò)開滿足50%。

4.5 大腋角施工

采用混凝土大腋角結(jié)構(gòu)對(duì)大直徑盾構(gòu)接收?qǐng)龅鼗咏Y(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，保證大直徑盾構(gòu)接收過程中基坑整體安全性。在底板鋼筋綁扎完成后，在最外側(cè)主筋上將混凝土墊塊固定，同時(shí)在外側(cè)主筋上焊接定位鋼筋（確定倒角高度及面板內(nèi)限界），定位完成后鋪設(shè)腋角厚度15mm竹膠模板。次楞采用100×100mm方木，間距400mm，主楞采用雙拼48×3.5mm，鋼管間距400mm，拉結(jié)措施采用M14對(duì)拉螺栓，螺栓另一側(cè)與側(cè)墻外側(cè)主筋焊接牢固，保證澆筑及振搗過程中不會(huì)脫焊。同時(shí)要保證小墻的垂直度。底板倒角模板下口平直段側(cè)邊設(shè)置限位地腳螺栓鋼筋與底板面層主筋焊接。

5.結(jié)語

針對(duì)工程的施工難點(diǎn)，超深基坑采用永久支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)相結(jié)合支護(hù)體系，采用鋼筋預(yù)埋接駁器連接深基坑永臨結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，采用混凝土大腋角結(jié)構(gòu)對(duì)大直徑盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地工作井深基坑結(jié)構(gòu)底部進(jìn)行加固，提高基坑整體剛度和穩(wěn)定性，保證大直徑盾構(gòu)始發(fā)過程中基坑整體安全性。將深基坑的結(jié)構(gòu)板撐兼做運(yùn)營期層板結(jié)構(gòu)，避免混凝土臨時(shí)水平向內(nèi)支撐拆撐，有效縮短工期；通過中墻、永久立柱與臨時(shí)格構(gòu)柱進(jìn)行豎向支護(hù)換撐，保證大直徑盾構(gòu)接收過程中基坑整體安全性。通過斜插預(yù)埋鋼套管實(shí)現(xiàn)逆作法施工條件下超厚側(cè)墻混凝土澆筑，側(cè)墻模板預(yù)留注砼門用于混凝土振搗，保證側(cè)墻內(nèi)混凝土澆筑時(shí)的完整性和振搗的充分性，確保側(cè)墻澆筑時(shí)不會(huì)在側(cè)墻范圍內(nèi)產(chǎn)生施工縫，全面保障明挖逆作法施工條件下側(cè)墻混凝土澆筑質(zhì)量。