大型地下空間與地鐵工程同步施工關鍵技術研究*

田 勇，田 周，駱發江，馬 沖，孟 錦，張 波，陳生杰

(中建三局集團有限公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

“西安市幸福林帶建設工程”規劃范圍為北起華清路，南至新興南路，東起幸福路，西至萬壽路，規劃長度5.85km，平均寬度200m，其中林帶寬140m，市政道路改造寬60m，總占地面積1 755畝(1畝 =666.67m2)。其中，一工區(WS K0+000—WS K1+830)全長1 830m，區段范圍為西影路至共青團路北220m。

一工區區域包含兩區間及一車站，區間為等駕坡站—萬壽南路站區間及萬壽南路站—韓森路站區間，車站為等駕坡車站。地鐵西側為萬壽路管廊，兩者間水平距離為1～5m，采取放坡開挖。地鐵東側為地下空間，地下1層作為商業連通使用，兩者結構間水平距離僅為0.3m，對于兩者結構高差3m以上的，采用共建支護樁垂直支護且視為空間筏板的加強段。地下空間與地鐵剖面位置關系如圖1所示。

圖1 地下空間與地鐵剖面位置關系

2 關鍵問題及對應的技術措施

2.1 地下空間與地鐵同步共建進行土方開挖與基坑支護施工

1)措施對策1 對于高差<3m 的地下空間與地鐵工程，可采取垂直開挖，掛網噴漿支護。

2)措施對策2 對于高差>3m 的地下空間與地鐵工程，可采取以支護樁作為筏板封邊加強段進行施工，支護樁埋深≥3.5m，懸臂高度≤5m，>5m的高度需進行錨索加固。共建支護樁冠梁頂標高與高處地下空間結構底部標高一致。隨著土方分層開挖使支護樁側面逐漸露出，開始進行掛網噴錨施工(見圖2)。支護完成后進行底部地鐵施工，以保證地鐵與地下空間同期施工。

圖2 共建支護樁剖面

2.2 地下空間與地鐵進行結構隔離墻體施工

地下空間與地鐵工程共建施工中，外墻間距僅為0.3m，不能進行雙側支模施工。因兩者的功能不同、使用年限不同，所以必須使用磚胎模將兩者結構分開。

措施對策為：本工程采用磚墻提前插入施工，墻體兩側同時施工單側支模預鋪反粘防水卷材，施工完畢后兩者同時進行主體結構施工的方法(見圖3)。

圖3 共建墻體(單位：m)

具體施工方法為：在較深結構位置設置C15混凝土基礎，寬400mm，深350mm。磚墻采用MU5磚，用M7.5水泥砂漿砌筑。構造柱水平間距3m，構造柱截面尺寸為240mm×300mm，主筋保護層厚25mm。構造柱、圈梁混凝土強度等級C30。沿墻高每3m設置沿墻全長貫通的鋼筋混凝土圈梁。圈梁高≥120mm,配筋：縱筋≥6φ10mm，箍筋φ6@250mm。磚墻完成后，進行單邊支模防水施工，并注意斜撐間細部處理。斜撐與地面夾角45°～60°,斜撐水平間距3m連接構造柱。豎向斜撐間距3m，每隔1道圈梁連接1道。圈梁及構造柱澆筑時提前預埋斜撐連接鋼筋φ20。斜撐在板上預埋的鋼筋與主體結構單邊支模一致。

由于現澆磚墻不承受側壓力，只是起分離、保護、飾面作用，所以地鐵與地下空間混凝土澆筑須同時進行，且分層澆筑高差≤300mm，避免單側澆筑對磚墻形成側壓力。混凝土澆筑至斜桿底部300mm處可取出斜桿。

2.3 地下空間與地鐵共建進行外架施工

對于地下空間與地鐵工程共建施工，采用傳統的先地下后地上進行“甩胯”的施工方法，為加快現場施工進度，項目部采用可拆卸的一體式懸挑腳手架施工工藝，保證兩者施工同步實施。

措施對策為：項目在地鐵中板結構以上部位使用懸挑架，懸挑架搭設完成效果如圖4所示，本工程腳手架設計荷載標準值為2kN/m2。

圖4 懸挑架實例

可拆卸的一體式懸挑腳手架施工順序為：地鐵側墻施工時在中板處預埋懸挑架，然后拆除地鐵外架，進行地鐵與地下空間之間肥槽回填，施作地下空間筏板、導墻。由于高度原因，地下空間側墻部分在筏板、導墻施工完成后繼續施工，并不得超過預埋件底部。待地鐵側墻全部施工后，拆除懸挑外架，施工剩余地下空間主體結構(見圖5)。

圖5 剖面示意

懸挑腳手架須等到中板混凝土達到設計強度后方可搭設。

可拆卸的一體式懸挑腳手架施工方法如下。

1)高強螺栓預埋 ①地下2層主體結構外墻合模施工時應根據懸挑定位預埋M30高強螺栓。②高強螺栓預埋高度根據地鐵與地下空間高差決定，開始先預埋三腳架上部螺栓，下部螺栓與上部螺栓向下間距850mm，且上、下部螺栓均預埋在同一豎向平面內。③螺栓螺母一側朝向外墻外側，外露長度約5cm(含螺母長)；預埋時可先預埋兩側螺栓，再拉通線進行剩余螺栓預埋，保證在一個水平面上。④預埋螺栓水平方向間距為 1 500mm；遇轉角部位為滿足架體搭設需要，預埋螺栓間距及數量應做適當調整。

2)腳手架桿件搭設要求 腳手架寬900mm，內立柱離建筑物400mm，步距1 800mm,縱距 1 500mm，外側立桿中部設置腰桿間距600mm。

3)三角型鋼懸挑架固定以及懸挑架上部立桿固定 ①立桿與懸挑架連接采用如下做法：在型鋼上立桿固定的相應位置預先焊接150mm長φ25鋼筋，焊縫要求飽滿且符合相關規范要求；②懸挑架固定高強螺栓連接副應由1個螺栓、2個螺母和2個墊圈組成(見圖6)。

圖6 立桿與型鋼連接

4)其余施工同正常腳手架施工。

2.4 地下空間與地鐵共建進行整體防水施工

因地下空間與地鐵工程均為地下工程，且地下1層全為商業使用，存在多個連通口，所以本工程防水施工時，除考慮各結構的自防水外，還增設加強防水處理措施，避免二者結構間發生互滲及頂板向隔墻滲、漏水現象。

1)措施對策1 在與地下空間的底板防水層同標高處，地下空間與地鐵間磚墻上增加1層4mm厚SBS改性瀝青卷材防水層(其下為20mm厚1∶3水泥砂漿找平層)，卷材與地下空間的底板防水卷材和地鐵外墻的防水層兩邊搭接寬度500mm,卷材上為20mm厚1∶3水泥砂漿保護層，再在保護層上砌墻(見圖7)。

圖7 結構間底板加強防水做法

2)措施對策2 地下空間頂板與地鐵頂板標高不齊平時，兩結構的陽角要增加1道玻璃絲布和水乳型氯丁橡膠防水涂料，范圍為各500mm。地下空間頂板與地鐵頂板標高齊平時，地下空間和地鐵頂板兩邊再鋪設3mm厚SBS改性瀝青卷材防水附加層搭接相連，搭接寬度每邊各500mm，磚墻上用20mm厚 1∶3 水泥砂漿找平。此處應為找坡層的最高點，左、右1m范圍內坡度>1%(見圖8)。

圖8 結構間頂板平齊時加強防水做法

3)措施對策3 地下空間頂板與地鐵頂板結構平面不緊鄰處(如地下通道、空間各段連接通道)的南北兩端的磚墻豎向上增加20mm厚1∶3水泥砂漿找平層和1層4mm厚SBS改性瀝青卷材防水層，卷材與地下空間的外墻防水卷材和地鐵外墻的防水層兩邊搭接,搭接寬度200mm，防水層外50mm厚聚苯板保護(見圖9)。

圖9 地下1層連通口兩側側墻防水加強做法

2.5 地下空間與地鐵共建高質量回填施工

地下空間與地鐵工程結構施工完成后，需對2個結構工程進行肥槽回填。由于均為地下工程，回填土的質量至關重要，將直接影響主體結構的安全穩定性。對于2個墻厚不相同、功能不相同、使用結構年限也不相同的結構，如何進行同步分層、對稱回填，以及如何選擇更優質的填料施工，成為本工程的重、難點。

1)設計方案1 使用素土回填，素土回填易發生沉降、坍塌、透水等現象，不能很好地保護主體結構，壓實度難以保證。而且回填土出現下沉會導致防水卷材撕裂，影響結構防水性能，后期維修次數增多，維修費用高。

2)設計方案2 使用1∶6水泥土。水泥土為柔性結構，可應對豎向沉降，也可在水平方向應對結構水平位移。但水泥土需添加大量水泥，而且水泥土核心為配合比控制，若配合比存在偏差，會影響整體水泥土的強度及耐久性。現場水泥土回填需大型機械配合，且邊角部位需人工處理，導致工效降低，在節約費用及縮短工期方面效果都不明顯。

措施對策為：通過黃土、水、水泥、外加劑的組合，配制滿足回填要求的黃土基混凝土，使其具有一定的流動性、強度及抗滲性。通過1套攪拌、制漿、泵送的機械設備，灌注填充預定的回填區域，完成回填作業，同時檢測試件滿足要求。

回填土工藝流程為：配合比試配→現場調試機械→回填施工準備→泵送回填黃土基混凝土→留設試塊及檢驗→回填完成，現場清理。

1)回填施工準備 ①肥槽基底清理 肥槽基底表面在回填前應檢查基層并清除基底的腐殖土、垃圾、施工材料等；②測量放線 確定回填邊界尺寸、標高，計算相應材料需求量，配置相應的人力、機械，確定相應的回填計劃、工期等；③端頭封堵加固 對預定回填的肥槽區域端部進行封堵加固，防止回填黃土側流。

2)泵送回填黃土基混凝土 ①輸送 提前準備好相關拌合材料，設備啟動后，由人工進行水泥、水、外加劑添加，小型挖掘機配合進行黃土篩送添加；調節各材料的泵送速率，使之位于30～40m3/h，使各材料摻量符合試驗配合比。②澆筑 回填高度>3m時，采取分層澆筑作業，每層澆筑高度≤2m；待下一層澆筑凝固后，再進行上一層澆筑；使混合料凝固且密實度、內部散熱達到要求。

3)留設試塊及檢驗 回填澆筑完成后，按混凝土試件的取樣制作相關規定留置試件。經檢測，黃土基試塊強度達到0.2～0.4MPa，滿足要求。

4)回填完成現場清理 回填完成后，及時移動或拆除相關回填機械設備，清理現場剩余材料及相關工具。

黃土基混凝土施工采用自卸汽車取土運輸、固定設備攪拌及小挖掘機上土作業的自密實回填施工方法。土料優先采用基坑中挖出的優質黃土，不得含有機雜物，嚴禁采用凍土、膨脹土、鹽漬土。應先過篩后使用，其顆粒粒徑≤15mm，含水率<20%。可采用P·O32.5級及以上水泥。

綜上所述，使用黃土基混凝土進行肥槽回填，施工速度快、施工安全性好、回填質量優、成本低、綠色環保。通過固定機械拌合、流態澆筑，保證了回填密實，消除了黃土濕陷性，同時強度滿足回填要求。由于黃土基混凝土需大量土方且無需大型機械設備，不僅實現對土方的就地消納再利用避免水土流失，同時在回填施工時大大降低了施工噪聲及揚塵，對節能環保有著積極促進影響。

3 監控測量

為確保各主體結構安全穩定性，回填期間及回填完成后需對主體結構變形進行監測。做到監測數據指導現場施工，確保工程施工安全。

1)監測項目 本工程結構施工、回填施工、回填完成后對涉及范圍內的主體結構進行監測，監測項目包括結構沉降、位移。

2)測點布置與監測精度 測點布置原則為：按設計原則沿結構側墻及頂板設置沉降及位移監測點(見表1)。

表1 監測點布置原則

3)監測頻率及數據分析、反饋 根據JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》以及設計要求，將測量的數據繪制成監測時程曲線，如圖10所示。

圖10 沉降與位移監測時程曲線

監測數據統計結果表明，觀測期間無異常發生。地下空間與地鐵主體建筑監測期間沉降量及沉降速率較小，總沉降量及差異沉降量均不大，符合規范要求的總沉降量25mm,變化速率3mm/d。監測期間沉降均勻，未出現異常沉降現象。地下空間與地鐵主體建筑監測期間位移量及位移速率均滿足設計要求的總沉降量30mm,變化速率3mm/d。

4 安全、質量保證措施

4.1 共建支護樁施工質量保證措施

4.1.1砂層中成樁質量控制

本工程局部支護樁成孔過程中會穿過夾砂層，為確保成樁質量，樁基施工前先打試孔，試孔施工過程中或靜置48h后若出現塌孔現象，則應采取泥漿護壁成孔措施，保證成孔質量。為保證護壁質量，場地內砌筑泥漿池(3m×3m×1.5m)，現場配制泥漿，儲備的泥漿量能保證每天成孔施工的需求量。

制備泥漿是回旋鉆機能否順利成孔的關鍵，泥漿過稀時不能浮渣，影響鉆進；過稠時泥漿附在孔壁和鋼筋上，影響樁基混凝土質量。泥漿材料選用膨潤土或黏土，制備泥漿在泥漿池內進行，每立方泥漿需膨潤土450～500kg，加入4%堿或5%纖維素可有效提高泥漿稠度，經實踐證明，這樣的泥漿黏土顆粒懸浮均勻，沉淀少，性能穩定，可有效預防塌孔，滿足鉆孔需要。

4.1.2混凝土坍落度控制

混凝土進入現場要測試坍落度，以便確保混凝土和易性、流動性符合澆筑要求。混凝土是樁體質量重要一環，混凝土的配合比、首灌量及導管埋深對混凝土質量影響很大，在每次澆筑時都要認真檢查。

4.1.3孔深及沉渣厚度控制

孔深應符合要求，允許偏差為+50mm，在鉆進過程中要嚴格控制。沉渣厚度對支護樁成樁質量有很大影響，沉渣厚度≤200mm。

4.1.4混凝土灌注量控制

理論計算為幾何尺寸計算，實際澆筑量/理論計算量=充盈系數，充盈系數根據土質情況一般控制在1.1～1.4，本工程控制在1.3左右。

4.2 共建墻體安全保證措施

1)每日砌筑墻體高度不能太高，宜≤1.5m。

2)由于現澆磚墻不承受側壓力，地鐵與地下空間混凝土澆筑須同時進行，且分層澆筑高差≤300mm，避免單側澆筑對磚墻形成側壓力。

3)共建墻體施工時，腳手架上堆放的磚塊不得超過2層。

4.3 地下空間與地鐵共建的外架施工質量安全保證措施

1)項目部在架體搭設前做好安全技術交底，過程中應嚴格按要求組織現場驗收，由項目安全部牽頭，技術部、質量部、工程部參與，各方聯合驗收通過后方可進入下一道工序。

2)作業層每1m2架面上實際的施工荷載(人員、材料和機具自重)≤2kN/m2。

3)作業人員在架上的最大作業高度應以可進行正常操作為度，禁止在架板上加墊器物或單塊腳手板以增加操作高度。

4)在作業中，禁止隨意拆除腳手架的基本構架桿件、整體性桿件、連接緊固件、安全網和連墻件。確因操作要求需臨時拆除時，必須經主管人員同意，采取相應臨時加固措施，并在作業完畢后及時予以恢復。

5)腳手架搭設人員必須經考試合格，上崗人員定期體檢，體檢合格者方可發上崗證，凡患有高血壓、貧血病、心臟病及其他不適于高空作業者，一律不得上腳手架操作。

4.4 共建防水施工質量保證措施

1)材料、半成品必須有合格證或材質證明、檢驗報告，經甲方和監理工程師核驗確認后方可使用，不允許不合格產品投入工程使用。

2)嚴格質量檢查驗收，各班組在自檢、互檢基礎上進行交接檢查，上道工序不合格決不允許進行下道工序施工。

3)開工前施工負責人組織對現場操作人員進行技術及進度交底，做到對工程操作及進度心中有數。

4)嚴格按操作規程、技術方案施工，對施工過程中出現的技術問題及時處理。

5)所有參加本項目防水施工人員必須經過技術培訓，操作人員應持證上崗。

6)落實崗位責任制。認真落實各種責任制，使各級管理人員及全體施工人員職責分明，做好工序交接工作，上道工序要對下道工序負責，下道工序要對上道工序進行復核，上道工序不合格，下道工序不施工，使工程質量始終保持在優良狀態。

4.5 黃土基混凝土肥槽回填質量安全保證措施

1)進場的水泥、外加劑、機械設備等物資應有相應的材質、機械設備證明文件，且應滿足現場施工進度要求。

2)黃土選用顆粒松散的土質。黃土輸送時，提前進行篩選，去除過大的土塊、石頭、磚渣、垃圾等。

3)施工用水必須采用自來水，嚴禁含酸性物質的水摻入其中，以免產生反應，影響回填效果。

4)黃土基混凝土回填澆筑過程中，嚴格控制各摻合料的輸送速率，并保證供料連續，使其滿足試驗配合比，保證回填澆筑質量。

5)肥槽回填澆筑前，檢查端頭封堵加固模板的平整度、垂直度，保證回填效果。

6)機械設備定人、定崗，機械操作工等特種作業人員必須持證上崗。

7)施工前對各班組及操作工人做好安全技術交底，使安全工作達到標準化、規范化，并應設專職人員進行檢查，排除安全隱患。

8)現場回填機械裝置需設置相關安全防護，防止出現觸電、機械傷害等。

9)肥槽、基坑周邊需設置臨邊防護設施，防止現場人員失足墜落。

5 結語

本工程通過采取共建支護樁、共建墻體和使用可拆卸的一體式腳手架、加強防水措施、黃土基混凝土回填等施工手段，對大型地下空間與地鐵工程同步施工關鍵技術進行總結，很好地解決了2種不同業態間同步共建的施工難題。同時，該技術在滿足項目施工需求的基礎上，極大程度上加快了施工進度，降低了施工成本。