盾構始發段深基坑的新型換撐施工

王玉良++何偉

摘要：深基坑的換撐施工歷來都是基坑工程的關鍵工序，但傳統的換撐法對工期消耗很大，這對工期要求緊的工程來說，有待進一步研究新型、快速的換撐方法。本文結合北京地鐵15號線一期工程02標段的基坑工程，提出了用600×600×600扣件式腳手架來替換Φ609×14鋼管撐的一種新型、快速的換撐方法。該方法有效的降低了工期，并經過現場的監控量測證明該方法是安全、可行的。

關鍵詞：深基坑；換撐；腳手架

1 工程概況

深基坑的換撐施工歷來都是基坑工程中的關鍵工序，其好壞將直接影響到整個工程的安全、工期等[1]。作為盾構始發段的深基坑有其特殊性，再加之該工程工期緊的特點，此基坑的換撐施工顯得尤為特殊，其并不是簡單的將鋼管支撐從原圍護樁上移動到做好的襯砌結構上，而是用扣件式腳手架來替換鋼管支撐，以此來達到降低工期的要求。這樣的做法在基坑的換撐施工中并不常見，所以有必要對其進行實時監控，以保證該工法的安全性，也為以后類似工程提供借鑒。

1.1 項目簡介

該工程所在區間是北京地鐵15號線一期工程02標段：望京站～來廣營東路站區間。區間采用盾構法施工，在來廣營東路站南端單獨設置盾構始發段。盾構始發段長41.6m，分為盾構始發井及始發段明挖區間。盾構井段基坑寬度為25.3m，基坑深18.436m；始發段明挖區間基坑寬度為20.7m，基坑深16.666m。

1.2 工程地質條件

按地層沉積年代、成因類型，本工程范圍內的土層劃分為人工堆積層（Qml）、第四紀全新世沖洪積層（Q4lal+pl）、第四紀晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）三大層。按地層巖性及物理力學性質，基坑所處地層分為9層，由上而下分布如表1所示[5]。

該工程范圍內地下水類型分別為上層滯水、潛水，地下水一般對混凝土無腐蝕性，局部對鋼結構具有弱腐蝕性。

1.3 基坑支護

該基坑采用鉆孔灌注樁加坑內支撐的支護形式。鉆孔灌注樁直徑800mm，間距1200mm.其主筋保護層70mm，采用C25混凝土，HPB235、HRB335級鋼筋。坑內設3道支撐，采用Φ609×14鋼管撐。維護樁與結構間留100mm，包括網噴層、樁體變形、防水做法等。整個支護體系的平面布置圖以及橫斷面圖如圖1、圖2所示。

2 難點分析

原設計的換撐方案是待基底結構做好后，在邊墻處架立模板至第三道支撐處，進行模筑邊墻結構，待結構達到設計強度的70%后，在結構上設置替換的鋼管支撐，隨后將第三道支撐拆除。替換撐的相對位置如圖3所示。這種做法是常規的、安全、有效的做法，但對工期影響較大。

鑒于該工程工期緊的特點，而原設計的換撐方案將要消耗大量時間，故決定取消或修改換撐工序。但由于以往沒有類似的工程經驗可以借鑒，所以其安全性有待進一步的論證。因此，在保證該工程安全的前提下，考慮能否取消或修改換撐工序以降低工期，成為該工程的主要難點。

3 解決方案

按照規范規定的極限平衡法來計算取消換撐的施工工序肯定是“不行的”。這是因為極限平衡法是簡單的考慮二維情況下的結構平衡狀態，去掉一道支撐，而且是反力最大的支撐，將會對結構的平衡狀態造成很大的影響，因此會造成結構變形過大以至破壞[2]。但該方法沒有考慮基坑圍護結構三維空間上的相互影響，尤其是該基坑作為盾構始發段的特殊性，其支撐是斜撐，并且其為圍護結構角落處的支撐，圍護結構在該角落處，其剛度將會顯著提高。因此，“取消換撐是不行的”是武斷、保守的說法。但本工程項目部并沒有類似的施工經驗可以借鑒，也就不能輕率的將換撐工序取消。。為此，首先對取消換撐的方法進行了三維數值模擬，計算采用FLAC 3D軟件，計算模型如圖4所示。

計算結果主要從上面兩道撐的軸力變化來分析，分析結果見圖5所示。

從圖中可見，拆撐前后兩層撐的軸力變化不大，第一層撐的軸力維持在500kN左右，第二層撐的軸力維持在3000kN左右。但由于數值模擬沒能完全模擬現場的每一步工序，所以其結果在隨工序的變化上顯示的不太明顯，加之軟件受地層參數，以及圍護結構、支撐的參數影響很大，而這些參數的精確測定又為世界性的難題，故該計算結果僅能作為參考。

鑒于以上模擬結果，據此，項目部又組織有關專家對該修改方案進行了論證。

論證的結果采用折中的解決方案：修改換撐工序。采用滿堂紅鋼管支撐體系代替Φ609×14鋼管撐，見圖4.支撐體系應適當加強，將鋼管間距由900×900×900換為600×600×600，適當加密剪力撐和其他構造措施。當結構混凝土強度達到設計強度的70%后拆除第三道Φ609鋼管撐。拆除內支撐時由短支撐向長支撐方向分步拆除并加強監測，切實做到信息化施工。

4 現場監測結果

為保證換撐方案的安全實施，切實做到信息化施工，以監測資料及時反饋修正施工方案[4]，在基坑的圍護樁上設置了3個測斜管，布置圖如圖5所示。

3個測斜管的測量結果見圖6，從圖中可見換撐后各測點都有微小的位移變化，但變化范圍不大，都在規范要求的范圍內，且沒有出現突變的情況。這表明該方案是安全、可行的。

5 結論

該工程作為一種特殊的換撐施工工程，從問題的提出，經方案論證，直至最后的方案實施以及監測結果的分析，可得到如下一些結論，供以后類似工程借鑒：

1.在基坑的換撐施工中，采用滿堂紅鋼管支撐體系代替Φ609×14鋼管撐是成功的；

2.采用滿堂紅鋼管支撐體系來進行換撐施工，可顯著降低施工工期；

3.對基坑工程來說，降低工期，相當于降低了基坑的暴露時間，所以該種做法會提高整個基坑工程的安全性[3]。

參考文獻：

[1]鐘振沂，張漫濤. 東方國際科技大廈深基坑的換撐施工[J]. 建筑施工，1997，19（2）

[2]張海生. 車站明挖深基坑拆撐后圍護結構穩定性分析[J]. 山西建筑，2007，33（13）

[3]侯朝霞，朱森林. 基坑常見事故分析與處理措施[J]. 山西建筑，2009，35（4）

[4]楊鵬. 淺談深基坑在開挖過程中支護工程常見問題及監測預報[J]. 河南建材，2009，（1）

[5]郭海燕，李勝林，張云. 深基坑開挖與支護的有限元模擬[J]. 中國海洋大學學報，2009，39（1）endprint