隧道盾構始發井逆作法施工關鍵技術分析

程 斌 林賢光 陳 治

（1.武漢城市職業學院，湖北 武漢 430064；2.上海隧道工程股份有限公司,上海 200233）

0 引言

隨著城市現代化進程的快速推進，大型城市面臨著不斷擴大的城市規模和有限的城市空間之間日益尖銳的矛盾。地下空間的利用和開發是解決這一矛盾的有效方法，進而使城市建設呈現出立體化的發展趨勢。在城市立體化發展中，建筑工程施工離不開方法上的不斷創新。逆作法是高層和超高層建筑的多層地下室、大型地下商場、地下車庫、地鐵車站等地下工程施工的一種有效方法，在一些特殊情況下，更是作為地下工程施工中的必選方法[1]。本文以武漢地鐵7號線基坑施工為例，介紹隧道盾構始發井逆作法施工關鍵技術，為逆作法施工技術在深基坑工程中的應用提供參考借鑒。

1 逆作法施工的優缺點

逆作法施工通常先在深基坑周圍施工地下連續墻或其他支護結構，同時在基坑內部的有關位置澆筑或打下中間支承樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結構自重和施工荷載的支撐，然后施工地面結構，作為地下連續墻剛度很大的支撐，隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結構，直至底板封底。另外，在地面交通繁忙，無法采用明挖的條件下采用蓋挖逆作法，以減少對地面的影響[2]。

1.1 逆作法施工優點

（1）采用明挖逆作法施工，每層結構板都為內支撐，整個基坑支撐體系為封閉結構，結構受力及穩定性較好，而且所形成的框架支撐體系為永久結構，其剛度比臨時鋼支撐大很多，基坑變形可以降到最低，基坑安全更有保障；

（2）用地下結構自身樁、柱、梁、板做為支撐，節省了基坑支撐的施工及拆除時間，節省工期和費用；

（3）對控制地面沉降以及對臨近地面建筑和地下管線的保護具有良好的效果；

（4）改變了傳統的開敞式施工方式，土方開挖和結構施工在地下封閉或半封閉空間內進行，可有效避免揚塵、噪音等環境污染因素[3]。

1.2 逆作法施工缺點

（1）出土慢，大型的設備難以進場，給施工帶來不便；

（2）由于主體結構從下往上澆筑側墻混凝土時，接口位置混凝土很難澆筑密實，澆筑質量控制較難；

（3）逆作法支撐位置受地下室層高的限制，無法調整高度，如遇較大層高的地下室，有時需另設臨時水平支撐或加大圍護結構的斷面及配筋；

（4）逆作法需要利用圍護結構和中立柱做為豎向支承，主體結構和圍護結構及中立柱節點一般為剛性連接，導致施做難度大，節點防水效果較差。

2 工程概況

武漢地鐵七號線武昌工作井位于武漢市武昌區秦園路和平大道，作為武漢三陽路越江隧道盾構始發工作井，地處武漢鬧市區，周圍環境比較復雜。在距離基坑邊8m有電力、天然氣、信息、雨污水等管線。

該基坑作為超深大盾構始發井，其深度為42.603～44.1m（寬度方向為弧形底板），自然地面標高為+23.5m，設計坑底標高為-20.6m，整體基坑平面尺寸為72m×52m，地下室結構共6層，屬大型超深基坑，其中第一道～第三道支撐形式為永久結構板+臨時混凝土斜撐，第四道～第六道支撐形式為臨時混凝土支撐，最大圈梁（冠梁）尺寸為4m×2m，臨時混凝土支撐為2m×2m，頂板厚1.8m，弧形底板厚2.2m。

基坑外圍采用地下連續墻圍護結構，地下連續墻厚度為1.5m，深度達59m，穿越大面積砂層，入弱膠結礫巖層約8m，在圍護墻外設置1道0.8m厚塑性混凝土地下連續墻，深度為52m，采用墻套銑接頭。坑內加固為1.2m鉆孔灌注樁，共67根，其中抗拔樁16根，立柱樁兼抗拔樁51根，成樁深度為59m，立柱樁兼抗拔樁中格構柱長47.1m，需插入抗拔樁身3m。圍護結構平面及剖面圖見圖1。

圖1 圍護結構平面及剖面圖

鑒于該工程基坑開挖深度達到44.1m，周圍管線復雜，基坑安全等級為一級；現場同時開展多個工作面，施工場地及工期緊張，因此基坑采用逆作法施工。

3 工程水文地質條件

擬建場地勘察深度范圍內的地基土主要為第四系全新統—上更新統沖積層，基巖為白堊系—第三系的東湖群粉砂質泥巖、砂礫巖，巖質軟。始發工作井基坑穿越大斷面砂層，包括④1粉砂層（厚1.7～9m）、④2粉細砂層（厚14～42m）及④3中粗砂層（厚度約9.5m），具體土層參數及水文地質分布情況見表1。

表1 土層參數

4 逆作法施工順序及重難點

4.1 施工順序

基坑開挖及結構回筑順序如下：

（1）開挖首層土，澆筑坑頂擋墻、第一層水平框架及頂板；

（2）開挖第二層土，澆筑第二層水平框架、地下一層板及以上墻身，施作側墻防水；

（3）開挖第三層土，澆筑第三層水平框架、地下二層板及以上墻身，施作側墻防水；

（4）依次開挖第四、五、六層土，依次澆筑第四、五、六層水平框架，第四、五、六道水平支撐及以上相應墻身，施作側墻防水；

（5）開挖第七層土，施作土建接地，澆筑基底墊層，施作底板及側墻防水，澆筑底板及剩余墻身。

4.2 重難點

（1）主體結構節點構造復雜，側墻結構形式為疊合墻，故主體結構墻身需與圍護結構進行連接；

（2）永久結構從上往下施工，結構板需采用短排支架進行承重，支架基礎需澆筑墊層加固處理，側墻高度高、厚度大，對模板垂直度及加固要求高；

（3）逆作法墻身水平施工縫多，疊合墻無外包防水，需在施工縫處采用多重防水措施。

5 逆作法施工關鍵技術

5.1 節點構造

5.1.1 豎向支承柱節點構造

（1）工程豎向支承柱采用格構柱，角鋼尺寸為4∟200mm×24mm，在結構逆作施工中，格構柱與頂板、中板的節點處采用加腋法，即將節點處無法通過的鋼筋應用規范允許的斜率繞過立柱[4]。

（2）與臨時混凝土支撐的節點處采用環板連接法，將臨時混凝土支撐無法通過格構柱的鋼筋采用“7字筋”的形式焊接在格構柱綴板及角鋼上，鋼筋與格構柱焊接長度滿足規范要求，單面焊10d1（d1為混凝土支撐主筋直徑），同時，在每道水平結構施工時需在水平結構底面格構柱外圍增設1道加勁肋，格構柱節點構造見圖2。

圖2 格構柱節點構造圖

（3）豎向支承柱與底板節點處采用加腋法進行處理，格構柱底部按規范及設計要求，錨入灌注樁中3m，底板施工前需按設計焊接止水鋼板，立柱樁及抗拔樁鋼筋需按設計要求，錨入底板35d?（d2為樁身鋼筋直徑）。

5.1.2 圍護結構與主體結構節點構造

（1）側墻是由圍護結構（地下連續墻）與主體結構（內襯墻）組合形成共同受力體系的疊合墻結構，按照逆作法施工順序，地下連續墻作為圍護結構先行施工，內襯墻作為主體結構需隨基坑開挖同步逆作，在基坑開挖階段與地下連續墻一同作為基坑圍護結構承受外部水土壓力，因此控制好地下連續墻與每層水平結構、內襯墻的連接節點質量對整個基坑工程的質量、安全、穩定具有至關重要的作用[5]。

（2）與地下連續墻進行連接的水平結構主要為頂板、中板、底板及圍檁。在進行地下連續墻施工時，在鋼筋籠背土面預埋接駁器，通過鋼筋籠驗收及控制鋼筋籠下放標高來控制預埋接駁器標高。在每層水平結構施工時，需先進行地下連續墻的鑿毛，將預埋接駁器鑿出，頂板、中板、底板主筋直接與預埋接駁器進行機械連接，圍檁則按照圖紙要求設置錨固筋與地墻接駁器相連接，疊合墻構造見圖3。

圖3 疊合墻構造圖

5.1.3 構造優化

工程施工時，發現疊合墻連接筋利用率不高，達不到設計要求，利用側墻模板支架體系的M14鋼筋進行等效替代，首先按照等效間距進行地墻鑿毛，剝除地墻保護層將地墻主筋露出，利用M14鋼筋一端焊接三角片，將三角片同地墻主筋進行焊接，同時在M14鋼筋中間焊接止水片，保證地下連續墻與內襯墻的連接節點質量。

5.2 模板支架體系

該工程結構形式主要包括板、圍檁及混凝土支撐梁以及內襯墻和中隔墻，其中板、大部分圍檁、內襯墻及中隔墻為永久結構，混凝土支撐梁及部分圍檁為臨時結構，綜合考慮工期、質量、外觀等各方面因素，永久結構采用模板支架承重體系施工，混凝土支撐臨時結構采用土模施工。

5.2.1 永久結構模板支架承重體系

（1）頂板厚度為1.8m，屬大體積混凝土工程，模板支架承重按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ130-2011）、《扣件式鋼管模板支架設計施工操作規程（試行）》（QJ/STECO02-2010）進行驗算，安全系數1.1，模板支架的基礎采用原狀土壓實后澆筑不小于150mm厚C30混凝土墊層；該工程板構件跨度很大，達到22.9m，按規范要求進行模板起拱處理，起拱高度定位全跨長度的2‰。頂板模板支架承重體系見圖4。

圖4 頂板模板支架承重體系圖

（2）工程墻身一次性澆筑高度最高達7.6m，最厚厚度達到1.5m，對墻身模板支架承載力要求較高，材料選擇55系列組合鋼模板，設計時控制澆筑速度為60m3/h，滿足承載力要求。側墻支架承重體系見圖5。

圖5 側墻支架承重體系圖

5.2.2 混凝土臨時支撐模板體系

為節省搭設模板支架時間，第四道～第六道混凝土臨時支撐采用土模進行施工，控制坑內水位低于開挖面2m以上，第四道～第六道混凝土臨時支撐處地基土為干砂，承載力較好，工作面條件好，考慮到混凝土臨時支撐布置的形式，直接土方開挖至混凝土支撐底面下150mm，澆筑150mm的C30混凝土墊層，并在墊層上鋪一層油毛氈隔離，側模板同樣采用鋼模板、鋼管內外楞及M14對拉螺栓進行固定。

5.3 墻身施工

逆作法工程墻身隨水平結構一同逆作，內襯墻及中隔墻為永久結構，防水需同步進行施工，施工縫是導致漏水的薄弱環節[6]。根據結構逆作施工順序，結合考慮現場實際水平施工縫鑿毛、止水鋼板預埋等因素，在每道圍檁頂面上、底面下20cm各預留一道水平施工縫。

5.3.1 水平施工縫防水

工程共設置水平施工縫11道，其中內襯墻上部施工縫采用水泥基滲透結晶防水涂料+預埋鍍鋅止水鋼板，下部采用水泥基滲透結晶防水涂料+預埋鍍鋅止水鋼板+2道遇水膨脹止水條+注漿管，每層墻身施工時，均對二次澆筑面進行鑿毛處理；每層圍檁施工時，均在遇水膨脹止水條相應位置預埋1根小木條，待墻身施工鑿毛時鑿除，便于遇水膨脹止水條的施工；預埋注漿管位于止水鋼板外側，需緊貼混凝土鑿毛面，避免澆筑內襯墻混凝土時將其包裹。水平施工縫防水示意圖見圖5。

圖5 水平施工縫防水示意圖

5.3.2 墻身混凝土澆筑工藝

逆作法區別于順作法施工，即在澆筑墻身混凝土時，上部墻身及水平結構往往已經施工完畢，對墻身混凝土澆筑有一定的影響，該工程墻身一次性澆筑高度最高達7.6m，最厚厚度達到1.5m，圍檁高度為2m，混凝土澆筑和振搗難度系數較大。

內襯墻采用預埋斜澆搗孔的方法，在每層內襯墻的上層圍檁中預埋斜管（首層預埋直管），預埋管材料首層為Ф16cm/Ф10cm@1000mm（間隔布置）鋼管（中間焊接止水環），其余均采用Ф16cm/Ф10cm@1000mmPVC管，其中Ф16cm預埋管為混凝土澆筑孔，Ф10cm為振搗棒振搗孔，采用預埋斜澆搗孔預埋側墻斜管不影響墻身整體性。

6 結束語

綜上所述，逆作法施工能大大縮短工期，且以結構板撐作為支撐，具備更好的安全性和穩定性，施工過程能更合理地利用場地空間資源，對周邊環境影響較小，但在節點連接構造以及外包結構防水施工上技術要求較高。

在該工程施工過程中，依照對關鍵節點連接質量、模板支架承重體系驗收、墻身防水驗收及逆作混凝土澆筑技術形成的標準化控制體系，大盾構始發工作井結構施工在5個月內安全、高效地提前完成，累計土方開挖量達到150000m3，混凝土澆筑量達到26000m3，為后續越江段大盾構始發施工創造了優越的條件。