裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在盾構(gòu)深豎井工程中的應(yīng)用效果研究

摘要：采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)深豎井基坑內(nèi)撐支護體系，常導(dǎo)致工作面狹窄和施工隱患增大，以某地鐵盾構(gòu)深豎井基坑為背景，提出了一種新型的內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)體系，并研究了該支護結(jié)構(gòu)的施工工藝及應(yīng)用效果。通過對新型支護結(jié)構(gòu)的施工工藝進行探索及現(xiàn)場實時監(jiān)測，得到該支護結(jié)構(gòu)具有施工便捷、安全性高和增加施工空間等優(yōu)點的結(jié)論，為盾構(gòu)深豎井基坑安全施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu);深基坑;內(nèi)支撐;裝配式鋼管混凝土;實時監(jiān)測

0" "引言

如今城市地鐵發(fā)展迅速，面對更加復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和龐大的工程，施工工藝和技術(shù)革新迫在眉睫[1]。盾構(gòu)法在地鐵施工中十分常見，而盾構(gòu)豎井基坑是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵步驟之一。盾構(gòu)豎井深基坑工程施工難度較大，深基坑的支護方式目前仍是采用內(nèi)支撐的形式[2]。

內(nèi)支撐材料多采用鋼管和混凝土，鋼管支撐具有安裝拆除便捷、施工效率高和重復(fù)多次利用等優(yōu)勢，但是也具有剛度較小、支撐間距小、對架設(shè)時間要求嚴格和施工空間不足等缺陷[3]。混凝土支撐能有效地彌補鋼管支撐的不足，因此常用于施工條件較差或者對基坑變形要求較為嚴格的工程中，相關(guān)部門甚至規(guī)定，深基坑開挖的第一道支撐必須是混凝土支撐[4-5]。

但混凝土支撐也存在一定的施工難點，那就是必須現(xiàn)場澆筑。現(xiàn)場澆筑延緩了施工進度，且拆除困難，易造成材料的浪費，而現(xiàn)有的拆除技術(shù)研究難以從根本上解決上述難題[6-7]。為了彌補混凝土支撐存在的缺陷，有學(xué)者開始研究一些新型的支撐結(jié)構(gòu)，如拼裝式混凝土內(nèi)支撐和格構(gòu)式型鋼內(nèi)支撐等[8-9]。

現(xiàn)有的新型支撐結(jié)構(gòu)，對于深度較大而尺寸小的盾構(gòu)豎井基坑并不適用，于是有學(xué)者結(jié)合裝配式內(nèi)支撐的研究經(jīng)驗，提出了裝配式鋼管混凝土（PCFT）支撐體系。但目前對于PCFT的研究，主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計和填充材料等方面，而對于實際工程應(yīng)用效果研究尚存在不足。

本文以某地鐵盾構(gòu)豎井深基坑工程為研究背景，將PCFT作為第一道內(nèi)支撐，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，深入研究了施工工藝和應(yīng)用效果，可為PCFT的進一步推廣應(yīng)用提供理論和現(xiàn)場指導(dǎo)。

1" "工程概況及支護方案

1.1" "工程概況

經(jīng)過對項目所在地進行勘察，得到了該區(qū)域的地層大致結(jié)構(gòu)，從上至下主要分為三層，即人工新近填土、冰水沉積土體及白堊系灌口組不同風(fēng)化程度泥巖。揭露的巖層可劃分為6層，各土層劃分及參數(shù)如表1所示。

盾構(gòu)豎井尺寸為長、寬、高分別為23.2m、15.2m和22.5m。地下水位位于地表以下7.90m處，地下水位受降雨及季節(jié)影響較大，在基坑開挖前對基坑及周邊地下水進行降水處理。

1.2" "支護方案

鑒于項目區(qū)基坑及周圍區(qū)域含有較為豐富的地下水和地表水，且地層整體上較為軟弱，土體滲透系數(shù)較大，為了有效地防止因滲透導(dǎo)致基坑開挖過程中的土體失穩(wěn)，該盾構(gòu)深豎井的支護方案采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的方式。

地下連續(xù)墻的嵌入深度為13.5m，厚度設(shè)置為800mm。第一道內(nèi)支撐為PCFT支撐，屬于單跨無中立柱，其中含有格構(gòu)式鋼管混凝土對撐和角撐桿件。桿件由矩形截面的Q235鋼管和自密實C50混凝土組成[10]，桿件通過端部錨固件和法蘭和高強螺栓進行連接。剩余三道內(nèi)支撐為Φ609鋼管支撐，內(nèi)支撐間距從上至下分別為6.3m、5.6m和5m。鋼管支撐的角撐及對撐數(shù)量要大于PCFT支撐。PCFT支撐的平面布置如圖1所示。

2" "監(jiān)測及結(jié)果分析

施工過程中及時做好監(jiān)測點布置，用于測量在不同施工工期下，基坑周邊連續(xù)墻圍護墻體的水平位移、地表沉降及內(nèi)支撐軸力，部分主要監(jiān)測點的位置如圖1所示。施工工序如表2所示。

本項目的基坑開挖最大深度為H為22.5m，再結(jié)合基坑周邊環(huán)境特點及相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，確定該項目的主體深基坑安全等級和保護等級均為I級，即相應(yīng)的變形控制指標為：地表最大沉降≤0.12%H（27.00mm），支護結(jié)構(gòu)最大變形位移量≤0.16%H（36.00mm）。

2.1" "連續(xù)墻圍護墻體水平位移

為了測量連續(xù)墻圍護墻體向坑內(nèi)的水平位移，在基坑長和寬的兩邊線處布置監(jiān)測點，如圖1中監(jiān)測點A和B所示。圖2為監(jiān)測點A和B在不同的施工階段時的水平位移。

從圖2中可以看出，隨著開挖施工的不斷進行，基坑邊線中點處圍護墻體的水平位移變化趨勢幾乎一致，即位移的最大值不斷增大。當開挖完成時，監(jiān)測點B墻體最大的水平位移為26.48mm，滿足規(guī)范要求的支護結(jié)構(gòu)最大變形位移量≤0.16%H（36.00mm），說明PCFT支撐+鋼支撐的組合內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)，能有效地控制基坑的側(cè)向變形。

從圖2中還可以看出，在基坑開挖的初期，由于維護墻體還沒有安裝支撐結(jié)構(gòu)，墻體的位移主要發(fā)生在頂部，且整體的位移量很小。隨著開挖施工的進行以及支撐結(jié)構(gòu)的安裝，墻體的最大位移點會從頂部向中間移動，最大值也會不斷增加，整個墻體從上至下的位移曲線表現(xiàn)出“弓形”的趨勢。

階段7和階段9時圍護墻體的水平位移量較大，一方面是因為開挖深度的增加，另一方面控制位移起主要作用的內(nèi)支撐為鋼支撐，其剛度較PCFT支撐小，控制效果相對較差（變形量均滿足規(guī)范要求）。

2.2" "地表沉降

在基坑長邊線處等間距布置5個監(jiān)測點E1至E5，距離基坑邊緣距離0.8m，用于測量在基坑不同開挖階段的地表沉降量，測量結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，在施工前期，地表沉降較小，隨著第一道PCFT支撐的布置，在開挖階段3結(jié)束后，地表沉降值的增大幅度較小，說明PCFT支撐對地表沉降的控制起到了有效地控制。隨著后期開挖的繼續(xù)進行及內(nèi)支撐改為鋼支撐后，地表沉降值增長幅度顯著增加，說明與鋼支撐相比，PCFT支撐在控制變形上具有更優(yōu)異的性能。

從圖3中還可以看出，各個開挖階段地表沉降量最大的地方均出現(xiàn)在基坑中心位置。當開挖完成時，地表的沉降值最大為18.73mm，滿足規(guī)范要求的最大沉降值（27.00mm），說明該支護結(jié)構(gòu)體系能滿足工程安全性要求，且控制變形效果十分顯著。

2.3" "支撐軸力

在四道內(nèi)支撐的對撐和角撐上均布置監(jiān)測點。內(nèi)支撐軸力監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出，內(nèi)支撐的對撐和角撐處的支撐軸力，隨施工周期的變化趨勢幾乎一致，且軸力值大小也十分接近。PCFT和鋼支撐的支撐軸力與開挖深度均呈正相關(guān)。在只有首道PCFT支撐時，支撐軸力與開挖深度呈正相關(guān)的關(guān)系。當布設(shè)第二道鋼支撐后，首道支撐的支撐軸力上升速率顯著降低。同樣，布設(shè)第三道內(nèi)支撐，能顯著降低第二道內(nèi)支撐的軸力增長速率;布設(shè)第四道內(nèi)支撐，能顯著降低第三道內(nèi)支撐的軸力增長速率。

從圖4中還可以看出，不同于鋼支撐軸力，PCFT支撐軸力在布設(shè)后續(xù)支撐時有突降現(xiàn)象。這可能是因為支撐剛度差異造成的，PCFT支撐的剛度較大，對支撐軸力的變化較為敏感。

3" "結(jié)論

采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)深豎井基坑內(nèi)撐支護體系，常導(dǎo)致工作面狹窄和施工隱患增大，本文以某地鐵盾構(gòu)深豎井基坑為背景，提出了一種新型的內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)體系，并研究了該支護結(jié)構(gòu)的施工工藝及應(yīng)用效果，得到如下幾點結(jié)論：

PCFT內(nèi)支撐具有操作簡單、擴大支撐間距、增加施工空間和增大施工安全性等優(yōu)點。通過現(xiàn)場監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)PCFT支撐+鋼支撐組合內(nèi)支撐體系能有效地控制圍護墻體的水平位移和地表沉降。通過監(jiān)測結(jié)果對比可知，PCFT支撐較鋼支撐具有更加優(yōu)異的控制變形效果。

參考文獻

[1] 高芬芬，耿曄寬，金雪蓮.緊鄰地鐵線路不規(guī)則軟土深基坑支護技術(shù)研究[J].土工基礎(chǔ)，2021，35（1）：17-19.

[2] 張濤.地鐵車站明挖深基坑支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2020（11）：76-80.

[3] 鄭紅軍.地鐵深基坑鋼支撐失穩(wěn)的受力分析[J].河南科技，2020，39（29）：122-124.

[4] 李兵生，于春宏，孟召虎，等.大跨度深基坑混凝土支撐與鋼支撐混合應(yīng)用技術(shù)[J].建筑施工，2019，41（4）：567-569.

[5] Chong Cao， Bing Yuan， Shaoteng Huang，et，al.， The Field Monitoring"and Finite Element Analysis of Axial Force of a Deep FoundationPit's Reinforced Concrete Inner-Supporting[J]. Applied Mechanicsand Materials， 2015（40）：58.

[6] 金振.超大超深基坑中超厚大體積混凝土輸送技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2020，51（9）：1033-1036.

[7] 王賢崗.深基坑混凝土內(nèi)撐梁換撐與拆除施工技術(shù)淺析[J].福建建材，2021（1）：93-95.

[8] 張明聚，郭雪源，馬棟，等.基坑工程裝配式鋼管混凝土內(nèi)支撐體系設(shè)計方法[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，42（12）：88-96.

[9] 高春雷，李文技，奚春生，等.裝配式型鋼組合內(nèi)支撐在昆明軟土地區(qū)基坑施工中的應(yīng)用分析[J].建筑施工，2019，41（9）：1619-1622.

[10] 張明聚，郭雪源，馬棟，等.基坑工程裝配式鋼管混凝土內(nèi)支撐體系設(shè)計方法[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，42（12）：88-96.