上海浦東國際機場T1航站樓改造工程中工作井在多道支撐圍檁情況下預(yù)埋盾構(gòu)圓環(huán)施工技術(shù)*

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海浦東國際機場T1航站樓為主樓—連接廊—長廊的前列式國內(nèi)、國際綜合型航站樓，位于東西兩側(cè)的長廊和主樓通過3 層的南北連廊進行連接。

為滿足客流量增大后的運營要求，T1航站樓流程改造工程在位于T1航站樓主樓和長廊內(nèi)以及主樓與長廊之間的中庭區(qū)域進行改擴建施工，同時要求施工時保證既有航站樓不停航運營。

整個改造工程分為新建和改建2 個部分，總建筑面積116 070 m2。其中改建區(qū)域主要位于既有航站樓主樓和候機長廊內(nèi)部，建筑面積48 300 m2；新建區(qū)域位于既有主樓、長廊和連接廊之間的中庭區(qū)域，建筑面積67 770 m2。

整個新建區(qū)域分為A區(qū)、B區(qū)、CD區(qū)、E區(qū)、F區(qū)，其中B區(qū)和E區(qū)為既有連接廊區(qū)域，A區(qū)和F區(qū)分別位于北連廊北端和南連廊南端，而CD區(qū)位于既有航站樓主樓、長廊和南北連廊全包圍的中庭施工區(qū)域內(nèi)，新建結(jié)構(gòu)覆蓋長廊和主樓之間的全部空置區(qū)域并與既有結(jié)構(gòu)進行連接形成整體（圖1）。

圖1 T1航站樓改造、新建區(qū)域平面示意

2 工作井基坑圍護設(shè)計及盾構(gòu)圓環(huán)安裝工況

新建的F區(qū)又細分為F1和F2兩個區(qū)，其中F2區(qū)位于新建區(qū)域最南端，為T1—S1預(yù)留旅客捷運通道地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)備段和工作井部位。工作井基坑深14 m左右，設(shè)計圍護結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm@1 150 mm混凝土鉆孔灌注樁（29 m）+φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕（26 m）。灌注樁緊貼結(jié)構(gòu)側(cè)墻外側(cè)并將側(cè)墻全包圍，同時與設(shè)備段圍護樁形成整體。基坑自上而下共設(shè)4 道內(nèi)支撐，分別為：第1道混凝土角撐+混凝土頂圈梁，角撐中心軸線標(biāo)高-0.98 m；第2～4道均為φ609 mm鋼角撐+雙拼588 mm×300 mm×12 mm×20 mmH型鋼圍檁，中心軸線標(biāo)高分別為-4.28 m、-7.28 m和-10.08 m。另外在第3道鋼撐拆除前設(shè)計有φ609 mm鋼角撐換撐，中心軸線標(biāo)高-8.88 m。

工作井為箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外包尺寸南北方向15.5 m，東西方向25.15 m，高10.35 m，底板厚800 mm，頂板和側(cè)墻厚度均為900 mm，底板面相對標(biāo)高為-12.18 m，底板與側(cè)墻交接處設(shè)計有高300 mm、寬900 mm的加腋，頂板面相對標(biāo)高為-3.03 m。工作井南端側(cè)墻設(shè)計有2個盾構(gòu)預(yù)留洞口，盾構(gòu)圓環(huán)沿洞口周圈預(yù)埋[1,2]（圖2）。

圖2 工作井結(jié)構(gòu)、基坑圍護與盾構(gòu)圓環(huán)平面關(guān)系示意

盾構(gòu)圓環(huán)內(nèi)徑6 700 mm，圓環(huán)鋼板厚度10 mm，外側(cè)錨固鋼筋長560 mm，呈放射狀向外伸出。圓環(huán)鋼板材料采用Q235B，錨筋材料采用HRB400。圓環(huán)直徑制作允許偏差20 mm，安裝允許誤差±10 mm（圖3）。

圖3 工作井結(jié)構(gòu)、鋼支撐與盾構(gòu)圓環(huán)相對位置關(guān)系示意

從圖3中可知，工作井頂板設(shè)計位置位于第1道混凝土支撐與第2道鋼支撐之間，由于第1道混凝土支撐底面高出工作井頂板上表面1 550 mm，因此對工作井施工會產(chǎn)生較大影響的是第2～4道鋼支撐。根據(jù)這3 道鋼支撐與結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系，工作井結(jié)構(gòu)混凝土需分為4 次施工。

分塊1底部放射鋼筋長度560 mm，同時分塊1距離底板完成面僅有720 mm。考慮到底板與側(cè)墻交接處高300 mm的混凝土加腋，分塊1底部放射鋼筋需伸入下方施工縫內(nèi)420 mm，因此分塊1需與底板鋼筋同步施工（圖4）。此外，分塊6與第2道鋼圍檁間距僅為80 mm，致使該分塊上部放射鋼筋與鋼圍檁在空間上有所沖突，因此第2道鋼圍檁拆除之前分塊6與分塊4、5無法一起預(yù)埋到位。

由此根據(jù)設(shè)計工況，本圓環(huán)預(yù)埋流程為：（底板混凝土澆筑前預(yù)埋分塊1）底板施工至-11.61 m，養(yǎng)護達到設(shè)計強度→拆除第4道鋼支撐→（預(yù)埋分塊2、3）側(cè)墻、柱施工至-8.28 m，養(yǎng)護達到設(shè)計強度→施工換撐并施加預(yù)加軸力→拆除第3道鋼支撐→（預(yù)埋分塊4、5）側(cè)墻、柱施工至-6.08 m，養(yǎng)護達到設(shè)計強度→拆除第2道鋼支撐→（預(yù)埋分塊6）施工剩余側(cè)墻、柱和頂板結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護達到設(shè)計強度→拆除換撐。

圖4 盾構(gòu)圓環(huán)放射鋼筋與底板插筋關(guān)系示意

3 施工難點分析

預(yù)埋盾構(gòu)圓環(huán)位于工作井盾構(gòu)通道出口處，由于其緊貼通道內(nèi)壁，施工精度必須達到設(shè)計要求，否則會對后續(xù)盾構(gòu)施工產(chǎn)生直接影響，甚至影響捷運線路的布置，以及通道與T1新建地下捷運通道的順利銜接。在嚴(yán)格的設(shè)計要求下，盾構(gòu)圓環(huán)安裝的施工難點有以下幾個方面[3,4]：

1）在圍護灌注樁側(cè)壁上準(zhǔn)確定位圓心是圓環(huán)預(yù)埋施工的先決條件，圓心定位不準(zhǔn)確會直接導(dǎo)致圓環(huán)位置的整體偏差。由于上方多道支撐占據(jù)了盾構(gòu)圓環(huán)上方幾乎全部空間，因此圓心定位線僅能從設(shè)計位置下方引入，而在工作井底板混凝土尚未澆筑成形之前，由于底板鋼筋本身只是一個相互間連接并不緊密的相對松散的鋼筋框架，所以并不能提供穩(wěn)定且準(zhǔn)確的操作面用于測量放線，因此如何進行圓環(huán)圓心定位成為現(xiàn)場面臨的第一個難題。

2）盾構(gòu)圓環(huán)各分塊的預(yù)埋施工，實質(zhì)上是與周邊結(jié)構(gòu)鋼筋通過焊接等方式進行臨時固定，而在工作井底板混凝土澆筑完成前，現(xiàn)場很難為圓環(huán)分塊的固定施工提供一個穩(wěn)定可靠的操作面。

3）圓環(huán)分塊數(shù)量達到了6 塊之多，分塊數(shù)量的增加會直接導(dǎo)致圓環(huán)加工難度的上升，以及現(xiàn)場連接施工精度的下降。

4）圓環(huán)預(yù)埋的最后一個步驟，即是將分塊6與分塊4、5以及周邊結(jié)構(gòu)鋼筋進行連接。由于第1道混凝土支撐在工作井結(jié)構(gòu)達到設(shè)計強度前不能拆除，且該支撐截面尺寸大、間距小，因此如何將分塊6避開第1道支撐并準(zhǔn)確送至預(yù)埋位置進行臨時固定，施工難度相當(dāng)大。

4 方案優(yōu)化

4.1 盾構(gòu)圓環(huán)底部側(cè)墻插筋處理

由于預(yù)埋圓環(huán)外側(cè)鋼筋并非完全豎直設(shè)置，而是隨著圓環(huán)外側(cè)鋼板圓弧呈放射狀伸展開，因此距離圓環(huán)底端越遠的部位，外伸鋼筋與側(cè)墻下部插筋在空間位置縱橫交錯的程度越大。加之圓環(huán)外伸鋼筋本身構(gòu)造復(fù)雜，無論是先施工側(cè)墻下端插筋，還是先將盾構(gòu)圓環(huán)設(shè)置到位，都會給后續(xù)鋼筋施工帶來很大的障礙和困難。

如果僅滿足盾構(gòu)圓環(huán)預(yù)埋施工，并完成底板混凝土澆筑，那么就將鋼筋處理的核心問題全部集中在側(cè)墻底部插筋上。經(jīng)過仔細計算，將插筋按照以下方式處理：盾構(gòu)圓環(huán)分塊1水平投影范圍內(nèi)的所有側(cè)墻底部插筋預(yù)留長度，在常規(guī)根據(jù)鋼筋直徑和混凝土等級確定的基礎(chǔ)上統(tǒng)一縮短，使該范圍內(nèi)插筋僅伸出底板混凝土完成面100 mm。所有插筋在端部預(yù)先留有絲牙，為后續(xù)側(cè)墻豎向鋼筋按照一級直螺紋連接做準(zhǔn)備。與之相配合的，將該投影范圍內(nèi)的側(cè)墻混凝土澆筑高度下降至底板完成面以上50 mm，即相對標(biāo)高-11.68 m，該投影范圍以外的側(cè)墻仍施工至-11.61 m標(biāo)高，以滿足底板面四周加腋的混凝土施工要求。通過上述處理，使盾構(gòu)圓環(huán)的預(yù)埋可以在第4道鋼支撐拆除后進行施工，這樣就理順了底板混凝土施工、側(cè)墻插筋施工以及盾構(gòu)圓環(huán)預(yù)埋施工三者之間的關(guān)系，同時原本下半圓需分3 段安裝改為分2 個90°圓弧進行加工和安裝。

4.2 上半部分圓環(huán)分塊調(diào)整

根據(jù)設(shè)計工況，上半部分圓環(huán)安裝與拆撐關(guān)系為：拆除第3道鋼支撐→側(cè)墻、柱施工至-6.08 m，養(yǎng)護達到設(shè)計強度→拆除第2道鋼支撐→施工剩余側(cè)墻、柱和頂板結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計，編號6的圓環(huán)分塊外側(cè)放射狀鋼筋向圓環(huán)上方伸出，伸出長度達到560 mm。其與第2道鋼支撐之間的間距僅有80 mm，遠不能滿足分塊預(yù)埋的施工空間要求，在第2道鋼支撐拆除前，無法進行分塊6的預(yù)埋施工。同時由于圓環(huán)上方2 道支撐的存在，圓環(huán)垂直運輸至設(shè)計位置過程中障礙重重。

按照側(cè)墻和柱的結(jié)構(gòu)施工進度逐步拆除基坑內(nèi)支撐的做法，其安全系數(shù)無疑非常高，但同時也是偏于保守的。若在側(cè)墻和柱施工至相對標(biāo)高-6.08 m后，同時拆除第2、3道鋼支撐，就可以將剩余預(yù)埋圓環(huán)一次施工到位，這將為工廠加工、運輸以及現(xiàn)場作業(yè)提供極大的便利。

工作井基坑深度雖有14 m左右，但混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)墻設(shè)計厚度為900 mm，東西方向25.15 m，南北方向15.5 m。因此，工作井的混凝土側(cè)墻結(jié)構(gòu)實際上形成了互為支撐的結(jié)構(gòu)體系。同時在南端側(cè)墻的中部設(shè)計有截面尺寸為800 mm（方向平行于側(cè)墻）×2 100 mm（方向垂直于側(cè)墻）的扶壁柱，可起到對南端側(cè)墻非常有力的側(cè)向支撐作用。另外在底部側(cè)墻混凝土施工時采用了500 mm×500 mm×500 mm三向密布排架且與側(cè)墻采用頂撐頂牢。上述3個有利因素對控制基坑變形能夠起到非常大的積極作用。此外，拆除第3道鋼支撐之前，側(cè)墻和柱已施工的高度達到了結(jié)構(gòu)總高度的50%，同時達到了基坑總深度的40%，經(jīng)過與設(shè)計溝通、復(fù)核，同時拆除第2、3道鋼支撐的方案具有可行性。

綜合考慮施工工藝和工期，側(cè)墻和柱施工至相對標(biāo)高-6.08 m并養(yǎng)護達到設(shè)計強度后，采用同時拆除第2、3道鋼支撐的方案進行剩余盾構(gòu)圓環(huán)現(xiàn)場預(yù)埋。經(jīng)一系列優(yōu)化，盾構(gòu)圓環(huán)分塊數(shù)量最終確定為4 塊，其接頭施工難度、數(shù)量和預(yù)埋施工次數(shù)均較原方案減少（圖5）。

圖5 優(yōu)化后盾構(gòu)圓環(huán)安裝流程

5 現(xiàn)場實施效果

根據(jù)優(yōu)化后的盾構(gòu)圓環(huán)安裝方案，每個圓環(huán)在工廠加工成型后均分割為4塊，每塊圓環(huán)的圓心角均為90°，并在圓環(huán)內(nèi)側(cè)焊接臨時支撐，以控制運輸過程中的變形。

在底板混凝土澆筑完畢并養(yǎng)護達到設(shè)計強度后，拆除第4道鋼支撐，首先進行盾構(gòu)圓環(huán)分塊1、2的預(yù)埋施工。待側(cè)墻和柱施工至相對標(biāo)高-6.08 m并經(jīng)養(yǎng)護達到設(shè)計強度后，施工換撐，同時拆除第2、3道鋼支撐，最后完成盾構(gòu)圓環(huán)分塊3、4的預(yù)埋施工，以及工作井剩余結(jié)構(gòu)側(cè)墻、柱和頂板施工。整個工作井結(jié)構(gòu)混凝土施工僅分為3 次。

在第1道混凝土支撐尚未拆除、垂直吊裝障礙重重的情況下，同時拆除第2、3道鋼支撐的方案為盾構(gòu)圓環(huán)分塊3和4的預(yù)埋施工創(chuàng)造了非常有利的現(xiàn)場條件。直到工作井結(jié)構(gòu)全部完成，該區(qū)域圍護樁水平位移最大值僅為1 mm，垂直位移最大值僅為8.49 mm，完全滿足了基坑設(shè)計變形要求。在拆模后經(jīng)過測量，盾構(gòu)圓環(huán)的預(yù)埋精度達到了施工設(shè)計要求。