地下空间大面积超深基坑施工技术[详细]

1、城市地下空间建设新技术,2014年10月24-26日,5.1 概述 5.2 技术介绍 5.3 工程应用,第5章 大面积的超深基坑逆作施工成套技术,5.1 概述,5.1.1 地下工程的发展趋势,地下空间是城市的战略性空间资源，是新型国土资源。,北京、上海等城市地下空间开发利用取得了显著成效。,上海轨道交通示意图,虹桥交通枢纽地下结构施工,5.1 概述,5.1.1 地下工程的发展趋势,沈阳浑南新城地下城示意图,北京中关村西区地下结构施工,5.1 概述,5.1.1 地下工程的发展趋势,地下工程的发展趋势：网络化，深层化，立体化 2005年7月，北京市中心城中心地区地下空间开发利用规划2004年-20

2、20年： 浅层空间(-10米以上) 次浅层空间(10至30米) 次深层空间(30至50米) 深层空间(50至100米)等四层,5.1 概述,5.1.1 地下工程的发展趋势,上海市总体规划：在世博园、五角场、徐家汇、静安寺等一批重点地区地下空间的适度超前开发的经验基础上，鼓励与支持与超大规模、超深层次地下空间开发利用相匹配的系列重大关键技术。,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国内现状,人民广场200KV世博地下变电站,变电站为全地下筒型结构 地下建筑直径（外径）为62.4米 地下结构埋置深度23.22米 地墙深38米 逆作法施工,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国内现状,变电站为

3、全地下四层筒型结构 地下建筑直径（外径）为130米 地下结构埋置深度34米 地墙深57.5米 逆作法施工,500KV世博地下变电站,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国外现状,国外，浅层地下空间已基本利用完毕，开发逐步向深层发展。,日本福冈天神商业街,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国外现状,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国外现状,东京湾隧道川崎人工岛,东京湾隧道川崎人工岛作为盾构工作井和隧道风井 采用地下连续墙围护，地下墙深度119m，壁厚2.8m 圆形竖井直径103.6m，底板在海平面以下70m处,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国外现状,最大挖深50米的抓

4、斗挖机,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国外现状,日本超深地下结构发展趋势：,1983年末，日本提出来要开发深层的地下空间，在地下50米以下的深度建造地下综合体。,2001年4月，部分城市实施“大深度地下利用法”，对距离地表40米或更深的深层地下空间开发进行政策导向。,日本超深地下空间建造领域：超大断面盾构设备与掘进技术 深层地下空间的理论机理 深层地下空间建造技术,5.1 概述,5.1.2 深层地下工程的国外现状,深层地下空间建造面临着巨大技术挑战：,1）理论研究深度不足。 2）现有建造技术相对落后。 3）深层地下空间建造经验匮乏。 4）信息化施工手段落后。,5.1 概述,5.1.3

5、 示范工程概况500kV静安（世博）输变电工程,变电站为全地下四层筒型结构 地下建筑直径（外径）为130米 地下结构埋置深度约34米 地墙深57.5米 逆作法施工,5.1 概述,5.1.3 示范工程概况500kV静安（世博）输变电工程,（1）紧邻建筑,山海关路侧：隔山海关路与本工程相对的是一、二层的老式民房；山海关路向西延伸段有规划地铁线路通过，地铁控制线距本基坑外边界最近点距离超过150m。 成都北路侧：成都北路中部为南北高架路，城市高架路下设置了桩基础。,5.1 概述,5.1.3 示范工程概况500kV静安（世博）输变电工程,（2）周边管线,5.1 概述,5.1.3 示范工程概况500kV

6、静安（世博）输变电工程,（3）地质概况,拟建场地属滨海平原地貌，自地表至100m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物；地下水埋深一般0.51.0m；承压水分布于土层和层砂性土中；地下结构底板位于第，层承压水层中。,5.1 概述,5.1.3 示范工程概况500kV静安（世博）输变电工程,（4）工程特点,采用框架剪力墙结构体系，其中主体结构外墙与内部风井隔墙构成主体结构的剪力墙体系，其余部分的内部结构为框架结构。地下四层，底板下设置抗拔桩； 地下连续墙：1200mm宽，墙顶标高-3.500m，墙底标高-57.500m，墙底注浆，墙外接头处采用高压旋喷桩止水； 工程桩：抗拔工程桩采用钻孔灌注桩

7、，逆作支撑柱下桩采用一柱一桩和临时立柱桩两种型式； 逆作梁板结构：结构外墙为1200mm厚地下连续墙+800mm厚内衬墙的两墙合一结构，地下结构内部采用框架结构作为结构竖向受力体系，地下各层结构采用双向受力的交叉梁结构体系，本工程共四层，一四层层高分别为9.5m、5m、10m及4.8m，在-7.00、-22.00及-30.30m处共设置3道环型混凝土支撑。,5.1 概述,5.1.3 示范工程概况500kV静安（世博）输变电工程,（5）工程难点,周边环境复杂、变形控制要求高； 超深地下连续墙，设备特殊、技术难度大：地墙厚1.2m，深度为57.5m，对成槽、槽壁稳定、垂直度控制1/600等控制难；

8、 细长钻孔灌注桩及扩底桩技术控制要求高：细长型的超深钻孔桩均进入1、2中粗砂性层土中，其桩身的垂直度的控制（1/300），桩底的沉渣厚度（小于5cm）控制难； 顶板落深的超大型逆作法基坑施工难度大：地墙的顶标高地面低约3.5m，混凝土不浇筑至地面，导墙深度小，混凝土面与导墙底间高度内为原土； 超深逆作钢管立柱桩垂直度控制要求更高（1/600）； 超深逆作施工中结构差异沉降控制更严格； 逆作清水混凝土结构体量大、构件特殊、质量要求高； 环形超长、大面积内衬钢筋混凝土裂缝控制要求高； 超深基坑降水及承压水处理复杂； 地下变电结构防水施工要求高。,5.2 技术介绍,5.2.1超深地下连续墙施工技术,

9、（1）工艺选型,地下连续墙两墙合一，地下连续墙墙厚为1200mm，深57.5m（穿透2层，进入到1层） ； 施工中采用抓铣相结合的成槽施工工艺 ； 分别采用一台BC40液压铣一台MBC30液压铣和2台CCH500-3D真砂抓斗成槽机配套进行地连续墙成槽施工。,5.2 技术介绍,5.2.1超深地下连续墙施工技术,（2）垂直度控制,成槽机和铣槽机均应具有自动纠偏装置，可以实时监测偏斜情况，并且可以自动调整。 每一抓到底后（到砂层），用KODEN超声波测井仪检测成槽情况，如果抓斗在抓取上部粘土层过程中出现孔斜偏大的情况，可采用液压铣吊放慢铣纠偏。,施工中拟采取在“H”型钢边缘包0.5mm厚铁皮，一期

10、槽段空腔部分采用石子回填等措施防止混凝土绕流。,（3）绕流控制,调节泥浆比重，一般控制在1.18左右，并对每一批新制的泥浆进行泥浆的主要性能的测试； 地下连续墙外侧浅部采用水泥搅拌桩加固； 对于暗浜区，采用水泥搅拌桩将地下墙两侧土体进行加固，以保证在该范围内的槽壁稳定性； 控制成槽机掘进速度和铣槽进尺速度，施工过程中大型机械不得在槽段边缘频繁走动，泥浆应随着出土及时补入，保证泥浆液面在规定高度上，以防槽壁失稳。,5.2 技术介绍,5.2.1超深地下连续墙施工技术,（4）槽壁稳定控制,5.2 技术介绍,5.2.1超深地下连续墙施工技术,（5）沉渣控制,施工中采用液压铣及泥浆净化系统联合进行清孔换

11、浆，将液压铣铣削架逐渐下沉至槽底并保持铣轮旋转，铣削架底部的泥浆泵将槽底的泥浆输送至泥浆净化系统，由除砂器去除大颗粒钻碴后，进入旋流器分离泥浆中的细砂颗粒，然后进入预沉池、循环池，进入槽内用于换浆的泥浆均从鲜浆池供应，直至整个槽段充满新浆。,地下连续墙垂直度均小于1/600，达到了设计要求，成槽效果良好。,5.2 技术介绍,5.2.2 超深高压旋喷桩旋喷注浆施工技术,（1）加固设计概况,采用二重管高压旋喷桩进行防渗加固，高压旋喷桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，桩径1000mm，旋喷桩与地下连续墙搭接300mm，旋喷桩标高范围-3.50-49.50（其中砂层为（-37.20m-49.50m）水泥

12、掺入量650kg/m3（水泥：粉煤灰=1:0.3）；最大加固深度达50m；,超深高压旋喷桩旋喷注浆中防止埋管施工技术； 超深高压旋喷桩旋喷注浆施工工艺。,（2）加固设计概况,5.2 技术介绍,（1）成孔工艺：正循环成孔,自然造浆护壁成孔，一、二次清孔（泵吸反循环清孔），导管水下混凝土灌注成桩工艺。整个工艺分成孔及成桩二大部分，成孔部分包括回转钻进成孔，泥浆护壁及一次清孔，成桩部分包括钢筋笼、导管安放、二次清孔、水下混凝土灌注。,（2）成孔控制,防斜梳齿钻头，既增加钻头工作的稳定性和刚度，又增加其钻头耐磨性能。该钻头可用于钻进N值50以上的较硬硬土层、带砾石的砂土层。钻头上面直接装置配重块，既保

13、证钻头压力，又提高钻头工作稳定性和钻孔的垂直精度。,5.2 技术介绍,5.2.3 超长钻孔灌注桩施工技术,（1）成孔工艺：正循环成孔,自然造浆护壁成孔，一、二次清孔（泵吸反循环清孔），导管水下混凝土灌注成桩工艺。整个工艺分成孔及成桩二大部分，成孔部分包括回转钻进成孔，泥浆护壁及一次清孔，成桩部分包括钢筋笼、导管安放、二次清孔、水下混凝土灌注。,5.2 技术介绍,5.2.3 超长钻孔灌注桩施工技术,（3）清孔控制：泵系反循环清孔工艺,采用6BS泵吸反循环二次清孔，并在成孔过程中采用除砂器。清孔时入孔口的泥浆比重宜控制在1.20，粘度1822，钻进过程中采用除砂器保证浆内含砂率在4%范围内。泵吸反

14、循环清孔应注意保证补浆充足与孔内泥浆液面稳定，使用时还应注意清孔强度以免造成孔底坍塌。,5.2 技术介绍,5.2.4 超长桩侧壁注浆技术,（1）工艺原理：,桩侧后注浆是目前即桩底注浆后新起的一种新的施工技术，它是在灌注桩成桩后，通过预埋在桩体不同部位处的特殊注浆器向桩侧注入水泥浆液，水泥浆液渗扩、挤密和劈裂进入土体，形成包围桩身横向及纵向一定范围强度较大的水泥土加固体，它不仅消除了附着桩表面泥皮的固有缺陷，改善了桩土界面，而且使桩侧一定范围的土体得到加固，土体强度增强，增大桩侧摩阻力，同时桩侧阻力因桩径扩大效应而增大，从而大幅度提高单桩抗压承载力和单桩竖向抗拔承载力。,5.2 技术介绍,5.2

15、.4 超长桩侧壁注浆技术,（2）注浆设计：,沿桩长设置五道注浆断面，每道注浆断面注浆孔数量不少于四个，且应沿桩周均匀分布，每道断面水泥用量为P42.5新鲜普通硅酸盐水泥500kg，单桩水泥用量为2.5t。 五道压浆断面，压浆阀设置位置分别为-40.0m、-45.9m、-67.2m、-72.4m、-77.6m。,5.2 技术介绍,5.2.4 超长桩侧壁注浆技术,（3）技术措施：,后压浆质量控制采用注浆量和注浆压力双控方法，以水泥注入量控制为主，泵送终止压力控制为辅; 水泥采用P42.5水泥，注浆水灰比为0.60.7。桩侧压浆水泥用量为每道500kg，实施五道压浆，每道注浆孔数量不少于4个; 后压

16、浆起始作业时间一般于成桩7天以后即可进行（清水劈裂时间一般在成桩后6-8小时），具体时间可视桩施工态势进行调整; 桩侧压浆压力不宜小于1.0MPa。当水泥压入量达到预定值的70，而泵送压力已超过5.0MPa时可停止压浆。,5.2 技术介绍,5.2.5 一柱一桩施工技术,（1）一柱一桩概况：,一柱一桩桩身混凝土设计强度等级C35，有效桩长55.8m。一柱一桩桩身内插立柱钢管采用55016，钢材设计强度等级Q345B，内填混凝土设计强度等级C60（水下混凝土提高一级），钢管立柱中心定位偏差不大于10mm，垂直度要求为1/600（为保证钢管立柱底端的调垂空间，标高0.00-36.80m范围内采取扩孔

17、形式，孔径为1200mm）。,5.2 技术介绍,5.2.5 一柱一桩施工技术,（2）钢管立柱要求：,钢立柱进场需有质量合格证，进场使用前对外观尺寸及本身的垂直度平整度严格控制。钢立柱其本身质量的好坏将直接影响到监测系统监测数据的准确性。,5.2 技术介绍,5.2.5 一柱一桩施工技术,（3）钢管立柱组装要求：,钢管构件组装应在工作平台胎模上进行，预对接后应有相应的固定措施和标记，以确保对接（焊接）的准确性和方便性 。,5.2 技术介绍,5.2.5 一柱一桩施工技术,（4）钢管立柱吊装要求：,利用重心原理，在钢管柱顶端设计了专用吊耳与平衡器（吊点与铁扁担），以确保钢管柱在自由状态下保持垂直度。,

18、5.2 技术介绍,5.2.5 一柱一桩施工技术,（5）钢管立柱姿态调节：,最后采用地面调节系统调节钢管的垂直度，主要由地面定位架、横梁、10t千斤顶与5m校正杆组成； 钢管柱的顶标高在地面以下4m和3.5m处，为了便于地面调垂和固定将采用可拆卸工具管延长至地面约50cm； 可拆卸工具管采用与55016钢管立柱等截面钢管，工具管质量需严格控制，确保接管后钢立柱的垂直度、平整度等。以利于监测的准确性； 可拆卸工具管与钢管立柱采用法兰连接，连接件采用四根28直螺纹钢筋，并用48钢管延长至地面。,5.2 技术介绍,5.2.5 一柱一桩施工技术,（5）钢管立柱姿态调节：,5.2 技术介绍,5.2.5 一

19、柱一桩施工技术,（6）地面定位架加工与设置 ：,钢管定位架必须有足够的刚度，定位架采用10#槽钢或10#角钢加工而成。定位架设置顺序：桩位测量、放线预埋件设置护筒埋设、检验定位架校正、固定。定位架制作完成后，应标注明显的中心线标记，中心线标记偏差2mm。钢管定位架铺设应根据定位架上中心线标记与地面桩位控制线为准，实际中心点累计偏差5mm。,5.2 技术介绍,5.2.6 超深地下空间逆作法取土技术,（1）施工分区 ：,施工时共分为A、B、C、D、E、F、G七个区。A区面积为3600m2，B，D区面积为1100m2，C，E区面积为1200m2，F，G区面积为1600m2，总土方量为43万m3。,5

20、.2 技术介绍,5.2.6 超深地下空间逆作法取土技术,（2）开挖阶段划分 ：,土方开挖共分八个阶段。 第一阶段：主要施工内容为第一层土开挖和B0板施工。 第二阶段：主要施工内容为第二层土开挖、单环支撑及夹层施工。 第三阶段：主要施工内容为第三层土开挖和B1板施工。 第四阶段：主要施工内容为第四层土开挖、B2板及B1板以上内衬墙施工。 第五阶段：主要施工内容为第五层土开挖、第一道双环支撑、夹层及B2板以上内衬墙施工。 第六阶段：主要施工内容为第六层土开挖和B3板施工。 第七阶段：主要施工内容为第七层土开挖、第二道双环支撑及B3板以上内衬墙施工。 第八阶段：主要施工内容为第八层土开挖和大底板施工

21、。,5.2 技术介绍,5.2.6 超深地下空间逆作法取土技术,（3）开挖流程 ：,根据楼层和环形支撑的施工需要，每个阶段分七个层区进行开挖，具体开挖流程：A区 F、G区 D、E区B、C区； 挖土时应按“分层、分区、分块”的原则，利用土体“时空效应”的原理，限时、对称、平行开挖，取得了预期的效果。,5.2 技术介绍,5.2.7 超深基坑降水和承压水控制技术,（1）抽水试验 ：,坑内降水设计方案是可行的，水位能降到最终开挖面以下； 坑内第层抽水对坑外层影响明显，坑内第层抽水对基坑外2层水位变化比较明显和特别，开始水位上升，最大上升0.64m，后又开始下降，最后下降达0.33m； 第层土坑内外已经被

22、地下连续墙隔断之间的水力联系，因此第层降压疏干井以疏干坑内第层水为主； 基坑内布置14口第层降压井，另有2口兼作坑内观测井，井深46m，过滤器位置在基坑开挖面以下，即35m45m； 在开挖前期，在基坑内设置疏干井群，疏干浅层地下水。疏干井群的平面布置按每300m2设置一口井考虑，同时浅层疏干井井深不超过第层，井身长26.0m，滤管埋深425m，沉淀管埋深2526m，坑内共布置32口。,5.2 技术介绍,5.2.7 超深基坑降水和承压水控制技术,（1）抽水试验 ：,5.2 技术介绍,5.2.8 大面积逆作清水混凝土施工技术,（1）环形超长、大面积内衬清水钢筋混凝土单侧支模模板技术,采用单侧模板体

23、系； 如果外龙骨采用桁架支撑体系，需要具有比较大的刚度，从经济性以及可操作性均不是十分合理。故采用植筋的方式支设模板，模板体系面板采用黑木模板； 内龙骨布置间距为200mm，内龙骨材料型号为采用方木50100mm。外龙骨间距500mm，最上的两道螺栓间距可适当调节，使第一道螺栓至墙顶距离不大于300mm； 外龙骨采用双拼483.5钢管。对拉螺栓布置由下至上间距为150mm，500mm，500mm，500mm，500mm，600mm，800mm共7道，在跨度方向间距每500mm一道； 内衬墙对拉螺栓采用可拆防水型穿墙螺栓，螺栓外端采用植筋的方式植入地下连续墙体，局部焊接于地墙工字钢上，在对拉螺栓

24、上焊接2道50504止水钢板。,5.2 技术介绍,5.2.8 大面积逆作清水混凝土施工技术,（1）环形超长、大面积内衬清水钢筋混凝土单侧支模模板技术,5.2 技术介绍,5.2.8 大面积逆作清水混凝土施工技术,（2）环形超长、大面积内衬清水钢筋混凝土抗裂施工技术,为防止内衬墙混凝土产生收缩裂缝，提高内衬墙混凝土的抗裂性在混凝土中掺加超纤维，同时将每层的混凝土的划分为20个施工段，并在浇捣混凝土时间隔浇捣，以减小混凝土收缩应力的影响。 内衬施工阶段划分： 第一阶段：主要施工内容为B0、单环支撑、B1板结构施工完成后施工B0、单环支撑、B1板之间的内衬墙； 第二阶段：主要施工内容为B2板结构施工完

25、成后施工B1、B2板之间的内衬墙； 第三阶段：主要施工内容为第一道双环支撑、B3板结构施工完成后施工B2、第一道双环支撑、B3板之间的内衬墙； 第四阶段：主要施工内容为第二道双环支撑、大底板结构施工完成后施工B3、第二道双环支撑、大底板之间的内衬墙。,5.2 技术介绍,5.2.8 大面积逆作清水混凝土施工技术,（2）环形超长、大面积内衬清水钢筋混凝土抗裂施工技术,内衬墙逆作结构预留浇捣孔设置：在支撑环梁和结构层施工时，在内衬墙位置预留220浇捣孔，间距1500mm,5.2 技术介绍,5.2.8 大面积逆作清水混凝土施工技术,（2）环形超长、大面积内衬清水钢筋混凝土抗裂施工技术,内衬墙施工缝的设

26、置 ：内衬墙每隔约20m设置一道施工缝，施工缝应设在一辐地墙的中心处，施工前根据此原则确定施工缝位置，将内衬墙成为20个块，依次编号120号。混凝土浇捣时分4次施工，第一次1，3，5，7，9号块混凝土浇捣，第二次11，13，15，17，19号块混凝土浇捣，第三次2，4，6，8，10号块混凝土浇捣，第四次12，14，16，18，20号块混凝土浇捣。两幅内衬墙施工缝应留设于地墙的中间位置，必须于地墙的施工缝错开。,5.2 技术介绍,5.2.8 大面积逆作清水混凝土施工技术,（2）环形超长、大面积内衬清水钢筋混凝土抗裂施工技术,混凝土浇捣技术： 在浇捣前，应先将地墙侧面凿毛，基底的泥土，垃圾清理干净

27、，并用水冲洗； 对所有模板的制作、预留洞、预埋件的位置，必须确保无误，柱墙插铁位要准确，固定牢固。支撑稳定，整体性好； 混凝土应按设计要求控制好配合比，混凝土浇筑过程中，严禁加水，如发现加水现象，将严厉处罚，混凝土到现场后应做好塌落度试验，抗压或抗渗试块； 混凝土浇筑前应清除各种垃圾并浇水湿润，施工中严格控制施工节奏，杜绝冷缝出现。底板混凝土浇注采用商品混凝土泵送，水平输送混凝土采用硬管，布到所需位置，混凝土输送泵管随混凝土浇注速度，随时拆装； 钢筋密集处加强振捣，分区分界交接处要延伸振捣1.5m左右，确保混凝土外光内实，控制相对沉降； 混凝土浇捣前必须配置备用泵，没有备用泵严禁进行混凝土浇捣

28、。,5.2 技术介绍,5.2.9 地下变电站结构防水施工技术,（1）地下连续墙防水技术,成槽采用铣削式成槽机和抓斗式成槽机相结合的工艺，确保地下连续墙的施工质量； 地下连续墙采用止水可靠性高的工字形刚性接头； 在地墙槽段分缝外侧设置品字型高压旋喷桩以提高接缝处抗渗能力。,5.2 技术介绍,5.2.9 地下变电站结构防水施工技术,（1）地下连续墙防水技术,在地墙接缝处刷水泥基结晶型防水涂料，地墙内侧增设了一道现浇的钢筋混凝土内衬墙，衬墙的设置增加了地下室外墙的有效厚度，有助于保证渗透稳定，消除了地下连续墙接缝处易渗漏的弱点。由于衬墙随开挖随施工，因此衬墙与地下室各层结构周边的环梁以及临时圆环支撑

29、之间的交界面是防水的一道薄弱环节，因此环梁及圆环支撑施工时，其上下位置预留通长的刚性止水片和预埋注浆管，保证衬墙与圆环以及混凝土支撑之间的止水可靠性。,5.2 技术介绍,5.2.9 地下变电站结构防水施工技术,（2）大底板防水技术,底板后浇带部位加强层400mm宽二布五涂聚醚MDI型防水涂料：在防水层养护固化后，将底板施工缝的位置标明，在防水层表面，并以后浇带为中线，两侧各200mm范围内涂刷二布五涂聚醚MDI型防水涂料，厚度为5.5mm，施工方法同前。 桩头与底板连接处防水处理：桩头与底板连接处阴角用防水砂浆抹成半径为5cm 的凹圆角，二布五涂聚醚MDI型防水涂料应施工至桩头根部，并采用密封

30、油膏密封，同时涂刷宽聚醚MDI防水厚浆涂料，作为封口，厚度为2.0mm，宽度为100mm，其中翻高50mm，在桩顶刷一层专用渗透涂料，最后在上部刷两层聚醚MDI防水厚浆涂料。,5.2 技术介绍,5.2.9 地下变电站结构防水施工技术,（2）大底板防水技术,5.2 技术介绍,5.2.9 地下变电站结构防水施工技术,（3）大底板与地墙接触面,底板与地墙接触部位挖出600mm300mm地沟； 在地墙300mm高度范围内用70mm厚防水砂浆粉刷，并将防水砂浆与底板垫层相交部位粉成半径为50mm的圆角，然后将垫层表面的防水卷材上翻至防水砂浆上部并用橡胶压条压紧； 底板与地墙之间的接触面设置了2道通长注浆管和2道通长遇水膨胀橡胶止水条。,5.2 技术介绍,5.2.9 地下变电站结构防