逆作法(或称盖板法)深基坑机械暗挖土工法.doc

“逆作法”（或称盖板法）深基坑机械暗挖土工法前 言随着目前上海大规模城市改造和建设的需要， “逆作法”施工对周边环境影响小，施工所用场地少，封闭交通，翻交施工时间短等优点得以充分体现，并在繁华中心地段施工日趋广泛采用。 “逆作法”施工中的挖土、支撑是 “逆作法”施工的核心。以往“逆作法”工程施工中挖土一项是以工人挖土为主、机械挖土不超过30。因此“逆作法”施工深基坑的总工期很难缩短。一般深基坑“逆作法”挖土均比“顺作法”长。我司承建的地铁二号线明珠二期东安路车站在完成地下车站的结构施工中开发了一整套全“逆作法”施工中（包括端头井、换乘段地下三层）深基坑采用机械暗挖土施工新技术、新工艺。做到了即保护了邻近建筑物、管线安全，又减少了施工扰民的程度和总时间，并缩短了道路封闭日期，使深基坑变形明显小于“顺作法”施工工程，得到了地铁公司有关专家刘建航院士等的认可，取得明显的经济和社会效益。1、特点“逆作法”施工是由上而下逐层施工永久结构。它的最大特点是将既深又大或长的基坑在开挖过程中所产生的暂时不平衡由临时支撑体系承担，改为永久结构承担。由此大大缩短了基坑的无支撑及有支撑暴露时间和空间。1.1“逆作法”基坑暗挖土前须进行地下连续墙，坑内土的处理，结构跨中立柱及坑内降水等分项施工。1.2永久结构的钢筋混凝土结构顶板完毕后达到设计强度，即可恢复路面交通。如上部有建筑物可以同步进行施工。“逆作法”暗挖土即在永久结构顶板下逐层进行。对顶板以上部分不影响。1.3挖土与支撑施工是“逆作法”施工主要内容和重要环节。以地下轨道交通线车站为例，车站基坑深度一般都很深1522m。基坑的平面形状比较特殊是窄长的。宽20m、长200m左右。暗挖土一般采取纵向25m30m左右为一个施工段，同时设置取土口（以诱导缝为界）。分层分段推进。以每层地下结构的净空高度（加结构层厚度及混凝土垫层）作为暗挖土的基坑深度。这样庞大的深基坑就成为逐层相对较浅、相对较短的“小基坑”了。2、适用范围2.1本工法适用软土地层城市街区、大型矩形和不规则多边形的深基坑工程监理及有多层地下结构的楼房。如地铁车站、地下停车场、地下商场等。2.2本工法尤其适用于地面极其狭小、基坑周边亦无贯通的车辆道路，或在繁忙的市区交通要道又不能长期封闭交通，或必须翻交进行“逆作法”施工的市政工程。同时邻近有特殊保护要求的地下构筑物、地下管线3、工艺原理 “逆作法”施工地下结构与 “顺作法”施工原理主要有如下不同监理工程师论坛/3.1基坑的支护。 “顺作法”施工的支护结构不论是型钢、混凝土均是临时的。“逆作法”施工的支护是临时钢支撑，永久结构中柱、梁、楼板作为围护体系的，主要利用地下结构本身作为支护结构。这不仅可以大大节省支撑费用，而且使基坑支护体系的刚度及整体稳定性大大增强。在分段分层开挖基坑过程中及时与地下连续墙围护形成一个永久的地下结构工程。如图13.2 “顺作法”支撑与地下连续墙之间均是点接、铰接的。“逆作法”楼板、梁、柱与地下连续墙均是面接、刚性节点，而且地下结构整体性随着逐层推进整体性越趋增强。 “顺作法”却相反，随着深基坑的形成过程，逐步扩大、加深，潜在安全威胁日趋增大。3.3“逆作法”与“顺作法”在相同条件下施工受外界气候因素影响要小，如风、雨、雪、高温等。 “逆作法”顶板结构完成后，不论挖土、支撑、制模、安装钢筋等，几乎不受影响，所以也能很好的保证工期。只要做好明排水，挖土时的纵向滑坡等顺作法易产生的安全问题是不存在的。3.4围护结构变形，周边地表沉降、邻近构筑物管线等不均匀沉降，都比“顺作法”小。800厚地下连续墙，基坑开挖1517m左右，“顺作法”要6cm左右，“逆作法”施工最大值仅2cm左右，（见图1）故对周边环境的危害影响极小。同时应施工引起的噪音、尘埃、电焊闪光、夜间照明等扰民现象都比顺作法小的多。4、工艺流程5、施工要点 “逆作法”挖土与支撑施工是 “逆作法”施工的核心，采用全机械挖土就可以达到明作法相同的速度，可施工毕竟与明作法相比有一定难度，故“逆作法”挖土必须做到以下几点。以窄长形的地铁地下车站为例。5.1取土口的设置一般按照诱导缝30m左右距离在顶板开始垂直隧道楼板设置取土口，取土口的形状大小需根据挖土机械大小尺寸，报结构设计认可。该取土口今后要考虑封堵和防水方案.5.2根据地下结构的层高和“上海地铁基础工程施工规程3.1.1条款”，开挖基坑时空效应技术参数通常的取值范围，分段长度25m，每小段宽度：Bi =36m，每层厚度Hi =34m ，每小段开挖支撑时间：T2=824小时，根据工程实际满足挖机的最小高度(3.1m)和平面范围设计支撑，计算后报设计认可。编制施工中要做到,挖土时定量、定时和安装支撑同步跟进。5.3开挖前土体加固与降水。坑内土体加固应与挖土过程中的工况相一致，它以裙边加固为宜。基坑开挖前坑内降水必须达两周以上。开挖过程中也应有明排水方案。5.4机械暗挖土（站厅层）当上层结构混凝土达到设计强度后即将日产加腾HD400、HD250坑道式平臂液压式挖掘机调入取土口，开始暗挖第一层土，先尽快将两个取土口间约2530m的中间通道、这有利于运输和自然通风。暗挖第二层土是由挖机从取土口一端朝另一端边挖边退。挖出的土由另一台挖机驳运至取土口。钢支撑架设及时跟进。每根支撑均可以在34小时安装完毕（包括施加预应力）。随后混凝土垫层跟进浇捣。5.5大底板挖土（站台板）第12层挖土与站厅层基本相同。第三层挖土从取土口两端同时开始。在临时钢支撑下导洞挖土，两侧裙边土暂留。导洞结束边挖被动土，边跟进混凝土垫层。5.6暗挖土过程中的深井降水不宜停，井管按结构层设置多滤头，随着挖土深度下降而下降。5.7信息化施工基坑整个施工过程中，监测按各工况情况保证监测频率和报表的及时性。有异常情况立即报警。并分期提供监测分析小结信息，以便了解位移、沉降趋势。6、机具设备6.1.1机械设备W1001履带式抓土挖土机，明挖土1m3以上各中液压挖土机超长臂，伸缩臂，滑臂等.6.1.2暗挖土用于取土口0.4m3、0.25m3坑道式平臂液压式挖掘机（挖机排污必须达到排放要求）HD400:日本加腾 车高2.8m 车长（不连臂）2.6m 车宽2.3m 回转半径5.6m 工作最低高度3.1m 自重11THD250:日本加腾 车高2.6m 车长（不连臂）2.5m 车宽2.25m 回转半径5.2m 工作最低高度2.9m 自重8T6.1.3 15T以上自卸车。6.1.4 5DT以上汽车吊，8T汽车吊各一台。6.2.1 6m1.2m路机箱6.2.2 挖土机的各种规格防陷路基箱6.2.3 手动5T葫芦、电焊机、氧气、乙炔4套。6.2.4 排风设备 风机、送风管等7、劳动组织及安全劳动力组织和管理必须根据进度要求及现场施工条件，制定并编写详细方案。7.1各工种一般需配备人员挖机驾驶 6人 人工清土 8人电焊工 6人 起重工 8人辅助工 5人 吊车司机 4人7.2采取本工法必须遵循上海市建筑工程的有关安全施工规程和规定。7.2.1挖土中严禁挖土设备和车辆碰撞其它设备、泵、深井管、桩管等。7.2.2严禁挖机直接在支撑上作业或跨越。7.2.3机械设备在半径范围内有多于人员，操作人员应严格遵守有关操作规程。7.2.4通道上下有牢固的临时扶梯。7.2.5配备足够的消防器械。7.2.6做好施工监测，信息指导施工。8、质量要求根据“时空效应”的理论进行连续的有节奏的均衡施工。挖土12d，每日出土量300m3，板结构施工10d,完成一作业层板结构。整个施工过程必须以监测信息指导施工。8.1.1坑底土除要求平整、达到标高，不允许超挖，对超挖部分不得以虚土填补。8.2钢支撑的施工要紧跟挖土施工作业，随挖随撑，及时施加预应力无支撑暴露时间控制在68h内。8.2.1在开挖前需备好合格的支撑及伸缩头、预应力油泵等配件。8.2.2支撑安装中心标高偏差20mm,支撑立柱的偏差50mm，水平、竖直偏差30mm。9效益分析地下建筑物逆作法深基坑机械暗挖土工法，对多层地下室结构不仅充分发挥了逆作法占地少、对环境不利影响小，同时机械挖土大大缩短了施工工期， 13个月完成车站全部项目（包括两个风井、三个出入口），并节省了可观的保护建筑的监护、维修费用。10工程实例10.1车安路车站：总长214.8m标准宽度19.20m。总建筑面积9361.4m，标准段地下二层车站结构高度为12.07m，基坑开挖深度14.87m，顶板覆土2.5m；换乘段地下三层，结构高度18.754m。基坑开挖深度21.64m；车站两端头各设置一只端头井，西端头井净尺寸12.521.4m，东端头井为扩大端头井净尺寸为11.736.0m。基坑开挖深度分别为16.68m、16.26m。10.1.1水文、地质资料：编 号分层层厚（m）层底标高（m）11人工填土61.7121褐黄色粘土0.0422灰黄色粉质粘土10.463灰色淤泥质粉质粘土43.7641灰色淤泥质粘土7.69.510.5911.9942灰色淤泥质粘土（粘砂互层）1.02.011.8613.89511灰色粘土1.57.014.4918.86512灰色粉质粘土4.710.023.4625.4953灰色粉质粘土12.515.637.2939.9954灰绿色粘土0.65.339.2943.3471灰绿色粘质粉土1.12.040.5644.54地下水埋深为0.50.7m。71层灰绿色粘质粉土及72层青灰色草黄色粉细砂，为上海地区第一承压含水层，水位动态相对稳定，经设计计算，该承压水头离地面埋深约为10米，不会对施工有影响。（见图2地质、水文剖面图）。10.1.2站厅层挖土（站厅层4.25m净高、挖土净高4.80m）暗挖第一层土当上层结构的混凝土达到设计强度后即将0.4 m3，0.25m3坑道式挖机吊入取土口。开始暗挖第一层土由中间导洞挖土，洞的横截面是T字型。从板底到挖土面的3.5m高的距离。中间810m宽左右。两边从板底下1.7m左右，一人一手够的着。两翼4.0 m宽的小平台。土的放坡度根据实际降水后的含水情况而定。留下的被动土“平台”是裙边加固的较好土质。该“平台”能作为拆模平台，安装钢支撑“水平”运入轨道，安装照明灯及排风等设备。先尽快将两个取土口间约2530m的通道打通，这有利与运输与自然拔风。暗挖第二层土挖机由取土口一个方向的另一端边挖边退，挖出的土由另一台挖机驳运至取土口，挖至楼板垫层标高，纵向段约3m多宽，立即跟进架设钢支撑。纵向3m多宽挖一撑一无疑缩短了基坑无无支撑暴露的时间和空间。一整夜以12h计算，可以挖34根纵向10m以上，每根支撑安装均可以在34小时完成。随即混凝土垫层跟进，后道工序模板、钢筋、混凝土楼板浇捣，逐一跟进。见图3挖土横剖面示意图10.1.3大底板挖土（站台层5.77m净高、挖土净高度6.8m）与顶板下第一次挖土用0.4m3、0.25m3坑道式平臂液压挖机吊入取吐口相同，由中间导洞挖土。完毕之后由取吐口一个方向另一端边撑边退，挖至支撑底标高，纵向3m挖完立即跟进架设钢支撑。从取吐口一端开始在临时钢支撑下导洞T形槽两边裙边土暂留。导洞结束边挖被动土，边跟进打混凝土垫层。一个取土口是出土，另一个取土口作为进料口。随后按模板、钢筋、混凝土浇捣工序施工。以诱导缝为一个施工作业层，朝一个方向推进施工， 一般一整夜12h出土量300m3400m3。见图410.1.4取土口布置（见图5取土口平面布置图）10.1.5分段分层挖土与支撑的布置（见图4）10.1.6监测成果（2002.1.112002.10.1） 东区110轴a 管线监测S 上水 S01S04累计变化量为-5.6-8.6mmM 煤气 m01m04累计变化量为-6.7-8.5mmD 电力 D1D04累计变化量为-7.1-8.5mmb 基坑外地表监测 JS01JS05累计变化量为-14.9-29.9mmc 基坑建筑物监测 F01F18累计变化量为-3.1-39.1mmd 围护地墙测斜 Q01Q05、Q21Q26累计变化量为-3.31-9.47mm 西区1329轴a管线监测S 上水 S05S10累计变化量为-6.5-9.5mmM 煤气 m05m10累计变化量为-6.3-9.4mmD 电力 D05D10累计变化量为-6.7-9.8mmb 基坑外地表监测 JS06JS20、JS27JS42累计变化量为-2.9-35.6mmc 基坑建筑物监测 F19F50累计变化量为-5.7-43.4mmd 围护地墙测斜 Q06Q20累计变化量为-9.95-25