盾構(gòu)工作井基坑圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)

摘 要：深圳市龍瀾大道某市政配套管廊工程中，盾構(gòu)工作井的基坑圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)采用一體化設(shè)計(jì)。盾構(gòu)工作井的基坑圍護(hù)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐形式，內(nèi)支撐為三道鋼筋混凝土支撐+三道鋼支撐。其中，第三、四道鋼筋混凝土圍檁、支撐與盾構(gòu)工作井的主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合。在盾構(gòu)始發(fā)施工階段，地下連續(xù)墻、盾構(gòu)工作井的底板、內(nèi)襯墻、上下層中框架及頂框架形成了整體受力體系。這一設(shè)計(jì)不僅提高了盾構(gòu)工作井在盾構(gòu)始發(fā)施工階段的結(jié)構(gòu)整體抗浮能力、安全穩(wěn)定性，而且減少了拆除環(huán)節(jié)、縮短了工期、節(jié)省了造價(jià)。盾構(gòu)工作井按施工工序采取三階段設(shè)計(jì)，分別為基坑開(kāi)挖及回筑底板、內(nèi)襯墻階段；盾構(gòu)始發(fā)階段及盾構(gòu)使用階段。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)工作井；一體化設(shè)計(jì)；施工工序；三階段設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU473.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2024）09-0005-04

收稿日期：2024-04-03

作者簡(jiǎn)介：章萍（1977—），女，浙江寧波人，碩士研究生，高級(jí)工程師，從事市政結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

本項(xiàng)目為深圳市龍瀾大道某市政配套管廊工程，施工工藝包括明挖法和盾構(gòu)法，總長(zhǎng)度約為2.16 km，其中，盾構(gòu)段長(zhǎng)度約為1.12 km，按盾構(gòu)始發(fā)及管廊工藝要求，始發(fā)井平面尺寸為64.0 m×13.7 m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件，周邊建設(shè)條件，取整平地面標(biāo)高為51.50 m，基坑開(kāi)挖深度為24.85 m，最終完成的道路設(shè)計(jì)標(biāo)高為48.30～49.91 m。圖1為盾構(gòu)始發(fā)井剖面圖。

根據(jù)勘察資料，從上至下巖土層依次為：①1素填土、⑧1粉質(zhì)黏土、?1全風(fēng)化變質(zhì)砂巖、?2-1土狀強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、?2-2塊狀強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，結(jié)構(gòu)底板持力層為?2-1土狀強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖。

盾構(gòu)始發(fā)井基坑支護(hù)形式為1.0 m厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐（三道鋼筋混凝土支撐+三道鋼支撐），結(jié)構(gòu)形式為地下4層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P12；第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C35，第三、四道鋼筋混凝土圍檁、支撐與主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合[1]，混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C40，抗?jié)B等級(jí)取P12；頂板以上臨時(shí)內(nèi)襯墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C35[2，3]。

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7度，抗震等級(jí)為三級(jí)。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年。

2 施工工序設(shè)計(jì)

基坑圍護(hù)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐型式，內(nèi)支撐為三道鋼筋混凝土支撐+三道鋼支撐，其中：第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐構(gòu)成頂框架，第三、四道鋼筋混凝土圍檁及支撐分別構(gòu)成上、下層中框架。施工工序分6步，盾構(gòu)始發(fā)井施工工序圖如圖2所示。

2.1 第一步

平整場(chǎng)地、施工地下連續(xù)墻。掏槽開(kāi)挖至第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐底，澆筑第一道鋼筋混凝土圍檁、支撐及擋墻，在圍檁中預(yù)留內(nèi)襯墻澆搗孔，并預(yù)留內(nèi)襯墻的鋼筋接駁器。

2.2 第二步

依次開(kāi)挖到各道圍檁及支撐底并施作各道圍檁及支撐，并在第三、四道鋼筋混凝土圍檁中預(yù)留內(nèi)襯墻澆搗孔，預(yù)留內(nèi)襯墻、中板的鋼筋接駁器，在支撐中預(yù)留中板、中隔墻的鋼筋接駁器。開(kāi)挖土體至基坑底。

2.3 第三步

施工墊層及底板，并設(shè)置泄水孔，預(yù)留內(nèi)隔墻插筋，施工內(nèi)襯墻至第六道鋼圍檁及支撐下方1.2 m，待底板及內(nèi)襯墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，依次拆除第六、五道鋼圍檁及鋼支撐。

2.4 第四步

澆筑內(nèi)襯墻至第二道鋼圍檁及支撐下方1.2 m，澆筑上下層中板（扣除吊裝口及出渣口）。待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除第二道鋼圍檁及支撐，澆筑內(nèi)襯墻至第一道鋼筋混凝土圍檁。待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后封閉泄水孔，盾構(gòu)始發(fā)。

2.5 第五步

盾構(gòu)始發(fā)完成后，澆筑底板處素混凝土、工作井其余結(jié)構(gòu)（頂板、地下一層板、上下層中框架處剩余中板、中隔墻、出頂板結(jié)構(gòu)、樓梯等）。待頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，鑿除第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐、鑿除地下連續(xù)墻及內(nèi)襯墻至頂板標(biāo)高，施工防水層。

2.6 第六步

整平至道路設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3 三階段設(shè)計(jì)原則

3.1 基坑開(kāi)挖及回筑底板、內(nèi)襯墻階段

盾構(gòu)始發(fā)井基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，地面超載按30 kPa計(jì)，圍檁和支撐上活載按4 kPa計(jì)。根據(jù)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》（廣東省）（DBJ/T 15-20—2016）及《基坑支護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（深圳市）（SJG 05—2020）的規(guī)定，本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)?；臃€(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)按表1執(zhí)行。地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部最大水平位移控制值取0.002 h與30 mm的較小值（h為基坑開(kāi)挖深度）。

3.2 盾構(gòu)始發(fā)階段

工作井內(nèi)襯墻澆筑完畢，鋼圍檁及支撐拆除，盾構(gòu)范圍內(nèi)地下連續(xù)墻鑿除，待結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度后封閉泄水孔。地下連續(xù)墻、盾構(gòu)工作井的底板、內(nèi)襯墻、上下層中框架及頂框架形成了整體受力體系。結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí)，水土壓力采用水土合算，側(cè)壓力系數(shù)取綜合側(cè)壓力系數(shù)0.7，地面超載取30 kPa。

3.3 盾構(gòu)正常使用階段

工作井其余結(jié)構(gòu)（頂板、地下三層板、上下層中框架處剩余中板及中隔墻、出頂板結(jié)構(gòu)、樓梯等）澆筑完成，頂板以上第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐、地下連續(xù)墻及內(nèi)襯墻鑿除，地下連續(xù)墻及頂框架退出整體受力體系。結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí)，各層板需考慮設(shè)備、裝修荷載及活載，水土壓力采用水土分算，地面超載取20 kPa。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

盾構(gòu)工作井基坑圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)采用一體化設(shè)計(jì)。在盾構(gòu)始發(fā)施工階段，第三、四道鋼筋混凝土圍檁及支撐與主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合。頂圈梁與地下連續(xù)墻、內(nèi)襯墻整澆。第三、四道鋼筋混凝土圍檁與地下連續(xù)墻通過(guò)插筋連接。此階段，地下連續(xù)墻、盾構(gòu)工作井的底板、內(nèi)襯墻、上下層中框架及頂框架形成了整體受力體系，主體結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻共同抗浮。在盾構(gòu)使用階段，將結(jié)構(gòu)頂板以上內(nèi)襯墻、第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐鑿除，使主體結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻整體抗浮受力體系解除。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析包括抗浮驗(yàn)算、計(jì)算分析。

4.1 抗浮驗(yàn)算

本工程抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，包括盾構(gòu)始發(fā)階和盾構(gòu)使用階段兩部分。盾構(gòu)始發(fā)階段抗浮安全系數(shù)不小于1.05；盾構(gòu)使用階段抗浮安全系數(shù)不小于1.10[4]。 各階段抗浮力分項(xiàng)見(jiàn)表2。

盾構(gòu)始發(fā)階段，地下連續(xù)墻、盾構(gòu)工作井的底板、內(nèi)襯墻、上下層中框架及頂框架形成了整體受力體系，主體結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻共同抗浮?？垢◎?yàn)算可考慮地下連續(xù)墻浮重及其摩阻力作用。此階段，抗浮力分項(xiàng)包括底板、地下二至三層板，第一、三、四道鋼筋混凝土圍檁及支撐，底板至第一道鋼筋混凝土圍檁底內(nèi)襯墻，地下連續(xù)墻的浮重及摩阻力。浮力計(jì)算至整平地面標(biāo)高。經(jīng)計(jì)算，抗浮安全系數(shù)為1.35＞1.05，滿足規(guī)范要求，若不考慮地下連續(xù)墻，抗浮安全系數(shù)僅為0.70。因此，基坑圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，大大提高了結(jié)構(gòu)整體抗浮能力，結(jié)構(gòu)無(wú)需另設(shè)抗拔樁抗浮，縮短了工期、節(jié)省了造價(jià)。

盾構(gòu)使用階段，將結(jié)構(gòu)頂板以上內(nèi)襯墻、第一道鋼筋混凝土圍檁及支撐鑿除，使主體結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻整體抗浮受力體系解除。因此，抗浮驗(yàn)算不考慮地下連續(xù)墻浮重及其摩阻力STkXjoxrU2bKp3M42mi4WQ==作用。此階段，抗浮力分項(xiàng)包括底板、地下一至三層板、頂板，第三、四道鋼筋混凝土圍檁及支撐，底板至頂板底內(nèi)襯墻，底板至頂板底中隔墻，出頂板結(jié)構(gòu)，底板上素混凝土，頂板上覆土。浮力計(jì)算至道路設(shè)計(jì)標(biāo)高。經(jīng)計(jì)算，抗浮系數(shù)為1.13＞1.10，滿足規(guī)范要求。

4.2 計(jì)算分析

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018），恒載分項(xiàng)系數(shù)γG=1.3，活載分項(xiàng)系數(shù)γQ=1.5，重要性系數(shù)γ0=1.1，活載調(diào)整系數(shù)γL為1.1。盾構(gòu)工作井的構(gòu)件設(shè)計(jì)以裂縫控制為主，因此先對(duì)構(gòu)件按裂縫控制要求進(jìn)行厚度及配筋設(shè)計(jì)，再對(duì)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。盾構(gòu)始發(fā)階段，圍檁及支撐構(gòu)件裂縫按0.3 mm控制，底板、頂板以下內(nèi)襯墻裂縫按0.2 mm控制，內(nèi)部板、頂板上方臨時(shí)內(nèi)襯墻裂縫按0.3 mm控制。盾構(gòu)使用階段，頂、底板及內(nèi)襯墻裂縫按0.2 mm控制，內(nèi)部板、中隔墻裂縫按0.3 mm控制。

結(jié)構(gòu)荷載包括結(jié)構(gòu)自重①、側(cè)壓力②、裝修荷載③、活載④、地面超載⑤9ZvGU+or94fHhmZxphvesQ==、地面超載引起的側(cè)壓力及⑥、水浮力⑦。荷載組合包括正常使用極限狀態(tài)組合[①+②+③+④+⑤+⑥+⑦]和承載力極限狀態(tài)組合[（①+②+③+⑦）×1.3×1.1+（④+⑤+⑥）× 1.5×1.1×1.1]。正常使用極限狀態(tài)組合，用于對(duì)構(gòu)件按裂縫控制要求進(jìn)行厚度及配筋設(shè)計(jì)，承載力極限狀態(tài)組合用于對(duì)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。

計(jì)算分析包括包盾構(gòu)始發(fā)階段和使用階段兩部分。第三、四道鋼筋混凝土圍檁、支撐與盾構(gòu)工作井的主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合，需另進(jìn)行基坑開(kāi)挖階段的分析計(jì)算。

盾構(gòu)始發(fā)階段和使用階段采用MIDAS GEN 2022計(jì)算軟件，墻、板采用僅受壓彈性板單元模擬，框架采用梁?jiǎn)卧M，底板持力層為土狀或塊狀強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，模擬K為40 000 kN/m2僅受壓的彈性地基板；基坑圍護(hù)與結(jié)構(gòu)側(cè)墻間回填壓實(shí)，側(cè)墻模擬K為10 000 kN/m2僅受壓的彈性地基板；并將始發(fā)階段地下連續(xù)墻的作用模擬為周圈Z向固定約束?；娱_(kāi)挖計(jì)算采用同濟(jì)啟明星frws9.0及BSC5.0計(jì)算軟件。盾構(gòu)始發(fā)井始發(fā)階段構(gòu)件詳見(jiàn)表3，使用階段構(gòu)件詳見(jiàn)表4。

構(gòu)件計(jì)算取正常使用極限狀態(tài)內(nèi)力，按裂縫控制進(jìn)行構(gòu)件厚度及配筋設(shè)計(jì)，再對(duì)承載力極限狀態(tài)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。盾構(gòu)始發(fā)階段構(gòu)件內(nèi)力包括底板、內(nèi)襯墻、上下層中框架樓板（扣除吊裝口及出渣）、上下層中框架及頂框架圍檁及支撐；使用階段構(gòu)件內(nèi)力包括包括底板、內(nèi)襯墻、3層中板、地下一層至二層圍檁及支撐；此外，上、下層中框架還需滿足基坑開(kāi)挖階段的強(qiáng)度和裂縫控制要求。計(jì)算分析結(jié)果表明，本工程中上、下層中框架圍檁及支撐的作用主要體現(xiàn)在基坑開(kāi)挖階段，盾構(gòu)始發(fā)階段，地下連續(xù)墻、盾構(gòu)工作井的底板、內(nèi)襯墻、上下層中框架及頂框架形成了整體受力體系，上、下層中框架圍檁及支撐的受力遠(yuǎn)小于基坑開(kāi)挖階段；盾構(gòu)使用階段，主體結(jié)構(gòu)施工完畢，各層中板均已澆筑，樓板平面內(nèi)接近無(wú)限剛性，此階段更不是上、下層中框架圍檁及支撐的受力控制狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在盾構(gòu)始發(fā)施工階段，第一道鋼筋混凝土圍檁與地下連續(xù)墻、內(nèi)襯墻整澆，第三、四道鋼筋混凝土圍檁及支撐與主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合，共同抗浮。這一設(shè)計(jì)思想大大提高了此階段結(jié)構(gòu)整體抗浮能力，結(jié)構(gòu)無(wú)需另設(shè)抗拔樁抗浮，縮短了工期、節(jié)省了造價(jià)。

在盾構(gòu)始發(fā)施工階段，將基坑圍護(hù)和主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。這一設(shè)計(jì)思想不僅加強(qiáng)了工作井在盾構(gòu)始發(fā)施工階段的安全穩(wěn)定性，而且減少了拆除環(huán)節(jié)，縮短了工期。此外，鋼筋混凝土圍檁及支撐兼做永久結(jié)構(gòu)的框架也節(jié)省了材料造價(jià)。

將鋼筋混凝土圍檁及支撐與主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合，需在圍檁中預(yù)留內(nèi)襯墻、中板等構(gòu)件的鋼筋接駁器，在支撐中預(yù)留中板、中隔墻等構(gòu)件的鋼筋接駁器，增加了鋼筋接駁器的數(shù)量，施工時(shí)需仔細(xì)核對(duì)，避免遺漏。

鋼筋混凝土圍檁及支撐與主體結(jié)構(gòu)框架永臨結(jié)合，破壞了主體結(jié)構(gòu)的防水整體性，在圍檁的上下方形成了水平施工縫。設(shè)計(jì)考慮在圍檁插筋處設(shè)遇水膨脹止水膠，在水平施工縫處涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料、設(shè)遇水膨脹止水膠及止水鋼板、預(yù)埋注漿導(dǎo)管，并在水平施工縫外側(cè)設(shè)防水加強(qiáng)層。

深圳市龍瀾大道某市政配套管廊工程中，將基坑圍護(hù)和主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，已在實(shí)際的施工中得到了驗(yàn)證，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和使用效益，希望本文提供的設(shè)計(jì)分析方法，對(duì)今后類似的工程設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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