上海浦東國際機場T1航站樓改造工程中工作井在多道支撐圍檁情況下預埋盾構圓環施工技術*

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1 工程概況

上海浦東國際機場T1航站樓為主樓—連接廊—長廊的前列式國內、國際綜合型航站樓，位于東西兩側的長廊和主樓通過3 層的南北連廊進行連接。

為滿足客流量增大后的運營要求，T1航站樓流程改造工程在位于T1航站樓主樓和長廊內以及主樓與長廊之間的中庭區域進行改擴建施工，同時要求施工時保證既有航站樓不停航運營。

整個改造工程分為新建和改建2 個部分，總建筑面積116 070 m2。其中改建區域主要位于既有航站樓主樓和候機長廊內部，建筑面積48 300 m2；新建區域位于既有主樓、長廊和連接廊之間的中庭區域，建筑面積67 770 m2。

整個新建區域分為A區、B區、CD區、E區、F區，其中B區和E區為既有連接廊區域，A區和F區分別位于北連廊北端和南連廊南端，而CD區位于既有航站樓主樓、長廊和南北連廊全包圍的中庭施工區域內，新建結構覆蓋長廊和主樓之間的全部空置區域并與既有結構進行連接形成整體（圖1）。

圖1 T1航站樓改造、新建區域平面示意

2 工作井基坑圍護設計及盾構圓環安裝工況

新建的F區又細分為F1和F2兩個區，其中F2區位于新建區域最南端，為T1—S1預留旅客捷運通道地下鋼筋混凝土結構的設備段和工作井部位。工作井基坑深14 m左右，設計圍護結構采用φ1 000 mm@1 150 mm混凝土鉆孔灌注樁（29 m）+φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕（26 m）。灌注樁緊貼結構側墻外側并將側墻全包圍，同時與設備段圍護樁形成整體。基坑自上而下共設4 道內支撐，分別為：第1道混凝土角撐+混凝土頂圈梁，角撐中心軸線標高-0.98 m；第2～4道均為φ609 mm鋼角撐+雙拼588 mm×300 mm×12 mm×20 mmH型鋼圍檁，中心軸線標高分別為-4.28 m、-7.28 m和-10.08 m。另外在第3道鋼撐拆除前設計有φ609 mm鋼角撐換撐，中心軸線標高-8.88 m。

工作井為箱型結構，結構外包尺寸南北方向15.5 m，東西方向25.15 m，高10.35 m，底板厚800 mm，頂板和側墻厚度均為900 mm，底板面相對標高為-12.18 m，底板與側墻交接處設計有高300 mm、寬900 mm的加腋，頂板面相對標高為-3.03 m。工作井南端側墻設計有2個盾構預留洞口，盾構圓環沿洞口周圈預埋[1,2]（圖2）。

圖2 工作井結構、基坑圍護與盾構圓環平面關系示意

盾構圓環內徑6 700 mm，圓環鋼板厚度10 mm，外側錨固鋼筋長560 mm，呈放射狀向外伸出。圓環鋼板材料采用Q235B，錨筋材料采用HRB400。圓環直徑制作允許偏差20 mm，安裝允許誤差±10 mm（圖3）。

圖3 工作井結構、鋼支撐與盾構圓環相對位置關系示意

從圖3中可知，工作井頂板設計位置位于第1道混凝土支撐與第2道鋼支撐之間，由于第1道混凝土支撐底面高出工作井頂板上表面1 550 mm，因此對工作井施工會產生較大影響的是第2～4道鋼支撐。根據這3 道鋼支撐與結構的相對位置關系，工作井結構混凝土需分為4 次施工。

分塊1底部放射鋼筋長度560 mm，同時分塊1距離底板完成面僅有720 mm。考慮到底板與側墻交接處高300 mm的混凝土加腋，分塊1底部放射鋼筋需伸入下方施工縫內420 mm，因此分塊1需與底板鋼筋同步施工（圖4）。此外，分塊6與第2道鋼圍檁間距僅為80 mm，致使該分塊上部放射鋼筋與鋼圍檁在空間上有所沖突，因此第2道鋼圍檁拆除之前分塊6與分塊4、5無法一起預埋到位。

由此根據設計工況，本圓環預埋流程為：（底板混凝土澆筑前預埋分塊1）底板施工至-11.61 m，養護達到設計強度→拆除第4道鋼支撐→（預埋分塊2、3）側墻、柱施工至-8.28 m，養護達到設計強度→施工換撐并施加預加軸力→拆除第3道鋼支撐→（預埋分塊4、5）側墻、柱施工至-6.08 m，養護達到設計強度→拆除第2道鋼支撐→（預埋分塊6）施工剩余側墻、柱和頂板結構，養護達到設計強度→拆除換撐。

圖4 盾構圓環放射鋼筋與底板插筋關系示意

3 施工難點分析

預埋盾構圓環位于工作井盾構通道出口處，由于其緊貼通道內壁，施工精度必須達到設計要求，否則會對后續盾構施工產生直接影響，甚至影響捷運線路的布置，以及通道與T1新建地下捷運通道的順利銜接。在嚴格的設計要求下，盾構圓環安裝的施工難點有以下幾個方面[3,4]：

1）在圍護灌注樁側壁上準確定位圓心是圓環預埋施工的先決條件，圓心定位不準確會直接導致圓環位置的整體偏差。由于上方多道支撐占據了盾構圓環上方幾乎全部空間，因此圓心定位線僅能從設計位置下方引入，而在工作井底板混凝土尚未澆筑成形之前，由于底板鋼筋本身只是一個相互間連接并不緊密的相對松散的鋼筋框架，所以并不能提供穩定且準確的操作面用于測量放線，因此如何進行圓環圓心定位成為現場面臨的第一個難題。

2）盾構圓環各分塊的預埋施工，實質上是與周邊結構鋼筋通過焊接等方式進行臨時固定，而在工作井底板混凝土澆筑完成前，現場很難為圓環分塊的固定施工提供一個穩定可靠的操作面。

3）圓環分塊數量達到了6 塊之多，分塊數量的增加會直接導致圓環加工難度的上升，以及現場連接施工精度的下降。

4）圓環預埋的最后一個步驟，即是將分塊6與分塊4、5以及周邊結構鋼筋進行連接。由于第1道混凝土支撐在工作井結構達到設計強度前不能拆除，且該支撐截面尺寸大、間距小，因此如何將分塊6避開第1道支撐并準確送至預埋位置進行臨時固定，施工難度相當大。

4 方案優化

4.1 盾構圓環底部側墻插筋處理

由于預埋圓環外側鋼筋并非完全豎直設置，而是隨著圓環外側鋼板圓弧呈放射狀伸展開，因此距離圓環底端越遠的部位，外伸鋼筋與側墻下部插筋在空間位置縱橫交錯的程度越大。加之圓環外伸鋼筋本身構造復雜，無論是先施工側墻下端插筋，還是先將盾構圓環設置到位，都會給后續鋼筋施工帶來很大的障礙和困難。

如果僅滿足盾構圓環預埋施工，并完成底板混凝土澆筑，那么就將鋼筋處理的核心問題全部集中在側墻底部插筋上。經過仔細計算，將插筋按照以下方式處理：盾構圓環分塊1水平投影范圍內的所有側墻底部插筋預留長度，在常規根據鋼筋直徑和混凝土等級確定的基礎上統一縮短，使該范圍內插筋僅伸出底板混凝土完成面100 mm。所有插筋在端部預先留有絲牙，為后續側墻豎向鋼筋按照一級直螺紋連接做準備。與之相配合的，將該投影范圍內的側墻混凝土澆筑高度下降至底板完成面以上50 mm，即相對標高-11.68 m，該投影范圍以外的側墻仍施工至-11.61 m標高，以滿足底板面四周加腋的混凝土施工要求。通過上述處理，使盾構圓環的預埋可以在第4道鋼支撐拆除后進行施工，這樣就理順了底板混凝土施工、側墻插筋施工以及盾構圓環預埋施工三者之間的關系，同時原本下半圓需分3 段安裝改為分2 個90°圓弧進行加工和安裝。

4.2 上半部分圓環分塊調整

根據設計工況，上半部分圓環安裝與拆撐關系為：拆除第3道鋼支撐→側墻、柱施工至-6.08 m，養護達到設計強度→拆除第2道鋼支撐→施工剩余側墻、柱和頂板結構。根據設計，編號6的圓環分塊外側放射狀鋼筋向圓環上方伸出，伸出長度達到560 mm。其與第2道鋼支撐之間的間距僅有80 mm，遠不能滿足分塊預埋的施工空間要求，在第2道鋼支撐拆除前，無法進行分塊6的預埋施工。同時由于圓環上方2 道支撐的存在，圓環垂直運輸至設計位置過程中障礙重重。

按照側墻和柱的結構施工進度逐步拆除基坑內支撐的做法，其安全系數無疑非常高，但同時也是偏于保守的。若在側墻和柱施工至相對標高-6.08 m后，同時拆除第2、3道鋼支撐，就可以將剩余預埋圓環一次施工到位，這將為工廠加工、運輸以及現場作業提供極大的便利。

工作井基坑深度雖有14 m左右，但混凝土結構側墻設計厚度為900 mm，東西方向25.15 m，南北方向15.5 m。因此，工作井的混凝土側墻結構實際上形成了互為支撐的結構體系。同時在南端側墻的中部設計有截面尺寸為800 mm（方向平行于側墻）×2 100 mm（方向垂直于側墻）的扶壁柱，可起到對南端側墻非常有力的側向支撐作用。另外在底部側墻混凝土施工時采用了500 mm×500 mm×500 mm三向密布排架且與側墻采用頂撐頂牢。上述3個有利因素對控制基坑變形能夠起到非常大的積極作用。此外，拆除第3道鋼支撐之前，側墻和柱已施工的高度達到了結構總高度的50%，同時達到了基坑總深度的40%，經過與設計溝通、復核，同時拆除第2、3道鋼支撐的方案具有可行性。

綜合考慮施工工藝和工期，側墻和柱施工至相對標高-6.08 m并養護達到設計強度后，采用同時拆除第2、3道鋼支撐的方案進行剩余盾構圓環現場預埋。經一系列優化，盾構圓環分塊數量最終確定為4 塊，其接頭施工難度、數量和預埋施工次數均較原方案減少（圖5）。

圖5 優化后盾構圓環安裝流程

5 現場實施效果

根據優化后的盾構圓環安裝方案，每個圓環在工廠加工成型后均分割為4塊，每塊圓環的圓心角均為90°，并在圓環內側焊接臨時支撐，以控制運輸過程中的變形。

在底板混凝土澆筑完畢并養護達到設計強度后，拆除第4道鋼支撐，首先進行盾構圓環分塊1、2的預埋施工。待側墻和柱施工至相對標高-6.08 m并經養護達到設計強度后，施工換撐，同時拆除第2、3道鋼支撐，最后完成盾構圓環分塊3、4的預埋施工，以及工作井剩余結構側墻、柱和頂板施工。整個工作井結構混凝土施工僅分為3 次。

在第1道混凝土支撐尚未拆除、垂直吊裝障礙重重的情況下，同時拆除第2、3道鋼支撐的方案為盾構圓環分塊3和4的預埋施工創造了非常有利的現場條件。直到工作井結構全部完成，該區域圍護樁水平位移最大值僅為1 mm，垂直位移最大值僅為8.49 mm，完全滿足了基坑設計變形要求。在拆模后經過測量，盾構圓環的預埋精度達到了施工設計要求。