盾構工作井明挖逆作法施工技術

張 智

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100043）

0 引言

近年來，隨著地鐵建設的普及，基坑開挖深度的增加，以及周邊環境限制和周圍地質的復雜程度，采用逆作法是出于對施工安全的考慮。與明挖順作法相比，在不考慮其他因素的前提下，由于重力因素和混凝土的干縮性，上下連接的施工縫是逆作法施工的難點，由于逆作法采用先施工地下結構，后開挖的施工順序，如何確保結構能在開挖過程中不產生沉降也是施工過程中的難點之一。本文依托杭州地鐵項目，從預留盾構工作井的施工工作中總結出幾點關于逆作法的施工經驗，為以后類似工程提供參考。

1 工程概況

杭州地鐵3號線百家園盾構工作井區間為地鐵14號線預留線，盾構從百家園始發，至盾構工作井接收。盾構工作井結構凈寬12.5m，結構凈長19.2m，盾構井挖深33.23m。盾構工作井平面布置和剖面圖分別見圖1、圖2。

圖1 盾構工作井平面布置圖

圖2 盾構工作井剖面圖

圍護結構采用1200mm厚地連墻，支撐體系采用5道混凝土支撐+3道鋼支撐。工作井底板主要位于?a-3中風化泥質粉砂巖層，自上而下地質條件為：雜填土（2.5m）、?2含礫粉質黏土（7.6m）、?3夾含礫粉質黏土（3.8m）、?3碎石混黏土（8.1m）、?a-1全風化泥質粉砂巖（3m）、?a-2強風化泥質粉砂巖（1.5m）、?a-3中風化泥質粉砂巖（6.8m）。

盾構工作井為地下四層框架結構，結構采用混凝土自防水為主的剛性防水，因盾構井距離沿山河較近，周邊有既有電力管線，且開挖深度較深，在基坑開挖時縱梁起到支撐作用，采用結合梁柱體系的明挖逆作法施工[1]。

2 工程重難點

（1）開挖工作面小，垂直運輸困難。工作井平面尺寸為23.6m×16.9m，開挖過程中垂直運輸采用履帶吊配合坑內小挖機裝運小土斗的方式，且每層環框梁和側墻澆筑完成后，需要倒運一次模板腳手架，工效較低，對工期有一定影響，應優化出土方法，有效減小基坑暴露時間。

（2）環框梁和支撐梁位移的控制。環框梁和支撐梁施工由于采用明挖逆作法，環寬梁施工完成后需要進行土方開挖，這樣就會導致支撐和環框梁下部懸空，隨著主體施工完成后環框梁的重量增加，這種變形隨著基坑開挖深度的增加，越來越明顯，施工中應重點控制環框梁和支撐梁的位移。

（3）由于采用明挖逆作法施工，側墻施工時，上部位置為環框梁已施工完畢，澆筑施工困難，主體結構施工中應正確設置混凝土澆筑口，方便澆筑側墻混凝土，填充密實，使混凝土與上層既有混凝土面緊密連接。

（4）由于采用逆作法，在重力作用和混凝土的干縮影響下，上下層混凝土的施工縫如何填充密實，也是施工過程中應該重視的問題。

3 施工工藝技術

3.1 工藝流程

盾構工作井采用明挖逆作法，其最大的特點是：盾構工作井的環框梁至底板先自上而下施工，側墻則由底部自下而上施工，施工工藝流程為[2]：

開挖第1層土方→第1道環框梁及支撐→開挖第2層土方→第2道環框梁→開挖第3層土方→第3道環框梁→開挖第4層土方→第4道環框梁→底板施工→負4層側墻及柱子→負3層側墻及柱子→負2層側墻及柱子→負1層側墻及柱子→封孔施工→回填。

本文僅介紹盾構井開挖至封孔前的施工工藝。

3.2 土方開挖

為保證在有限的工作空間實現最大化的工效，井下采用一大一小兩臺挖機進行開挖，大挖機進行土方開挖，小挖機進行土方轉運，垂直提升采用履帶吊配合小土斗的方式。土方開挖按照由四周向中間位置對稱平衡開挖，每層開挖深度不超過2m。每層土方開挖至環框梁以下2m后暫停開挖，開挖過程中嚴格控制開挖面標高，見圖3。

圖3 土方開挖順序圖

3.3 剪力筋施工

由于采用逆作法施工[3],環框梁先于該層墻柱結構澆注，為了保證環框梁與上下層側墻結構連接前不發生下沉和變形，在施工圍護結構時，可以沿著環框梁周圍一圈預留雙排鋼筋套筒，在綁扎環框梁鋼筋時，將預留套筒鑿出，并連接錨固鋼筋，錨固鋼筋深入環框梁內部，環框梁施工完成后將通過預留的套筒錨固在圍護結構上，大大增加了開挖過程的安全系數，見圖4。

圖4 增加剪力筋圖

在每層板的地下連續墻（簡稱地連墻）位置，均預留了雙排鋼筋套筒，且地連墻深度較深，精確定位較困難；如果地連墻施工精度不能保證，剪力筋將失去作用。實際施工過程中，對剪力筋的位置進行微調，在地連墻中間部位有導管倉的位置，剪力筋預留按照“L”型進行布置，長度滿足設計錨固長度35D要求，見圖5。

圖5 剪力筋位置調整圖

3.4 側墻澆筑孔預留

盾構工作井每層環框施工時，均預埋了間距1m的Ф 150澆筑孔，當側墻混凝土澆筑時，利用澆注孔進行側墻澆筑，在實際施工時，由于側墻高度較高，操作較困難，尤其是頂側墻頂部混凝土無法澆筑密實。為保證盾構工作井側墻混凝土的澆筑質量，借鑒隧道二襯的施工方法，環框梁澆筑時，上下側墻多澆筑一部分，在每側側墻中間位置和頂部位置預留澆筑孔，其中頂部一個澆筑孔做成“Y”型（見圖6），最后澆筑，其余澆筑孔既可作為澆筑孔，也可作為觀察孔，既能澆筑混凝土，又能作為振搗孔進行混凝土振搗施工，當混凝土澆筑至中間位置的澆筑孔時，可用木模將澆筑孔封閉，從頂部澆筑孔進行澆筑，最后收尾由“Y”型口進行澆筑，拆模完成后，對“Y”型澆筑孔部位的多余混凝土進行鑿除并打磨處理。

圖6 “Y”型澆筑孔示意圖

3.5 施工縫部位的混凝土質量控制

施工縫部位的混凝土質量需要考慮2個方面[4]，一是澆筑時，混凝土必須與上層既有混凝土面結合密實；二是減少混凝土的干縮作用。實際施工時采取的措施有：（1）設置“Y”型澆筑孔和觀察孔進行澆筑，保證新老混凝土接觸密實；（2）在澆筑最后一部分混凝土時，改用補償收縮混凝土進行澆筑，減少混凝土的干縮沉降量。并在澆筑孔位置設置注漿花管，澆筑完成后對施工縫位置進行重復注漿，驗證施工縫位置的澆筑質量。

4 施工效果

土方開挖受工作面影響，雖設置了固定的開挖、運輸方案，但基坑在土方開挖過程中有少量滲水現象（采用開挖面導流和設置集水坑抽排方法及時處置），加上開挖過程中受地質條件影響，開挖的效果并未達到預期。

剪力筋的設置有效地提高了環框梁與圍護結構地連墻的連接，保證了環框梁在開挖過程中的穩定性。施工中的監測數據表明，環框梁的沉降量均未發生較大變化，滿足設計和規范要求。

側墻模板支撐體系采用盤扣腳手架體系，受力完全滿足支撐要求，澆筑孔的位置、“Y”型澆筑孔、施工縫接口預埋注漿管等措施有效地保證了側墻和柱子結構的整體性，墻體和柱子成型后表面平整、無空洞、無變形、無鼓肚子現象，符合設計要求；施工中重點關注的環框梁變形量、混凝土質量、施工縫密實性等情況均符合相關規范要求。

5 結束語

本項目中采用逆作法，與順作法相比，逆作法具有更安全的優勢，因而被越來越多地應用于復雜地質的地下工程結構施工中。但在工作面小、深度大的盾構工作井中，加之逆作法施工的特點，對施工技術人員提出了與順作法不同的關鍵技術要求和操作要點。本文是逆作法實踐的成功范例，不僅為逆作法施工積累相關工作經驗，還未為類似工程提供參考。