揭陽潮汕機(jī)場(chǎng)航站樓地下通道沉井法施工技術(shù)

郭濤濤，齊從月，宋佩永，袁利軍，林偉聰，陳卓宇，吳 寧， 羅樹橋，吳偉名

(1.中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074； 2.廣東省機(jī)場(chǎng)管理集團(tuán)有限公司工程建設(shè)指揮部，廣東 廣州 510405)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

揭陽潮汕機(jī)場(chǎng)航站樓屬于擴(kuò)建工程，是揭陽市重要公共交通樞紐之一，建成后讓城市更好連接世界[1]。在新建交通中心與原航站樓前施工一條地下通道，直接連通交通中心、城際鐵路、揭陽機(jī)場(chǎng)高鐵站、航站樓(見圖1)，縮短了旅客換乘路程，使出行更便捷[2]。道路面層絕對(duì)標(biāo)高4.800m，地下通道板面絕對(duì)標(biāo)高4.330m，最低處凈高2.85m、寬9m，呈“Y”字形向5號(hào)門兩端延展，通道內(nèi)分別布置有直形樓梯1部、垂直電梯1部、扶梯2部，地下通道的建設(shè)使大流量的機(jī)場(chǎng)空中樞紐、城市軌道交通樞紐、機(jī)場(chǎng)高鐵站、交通中心停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)零距離接駁[3]。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)概況

1.2 地質(zhì)概況

地下通道場(chǎng)內(nèi)地下3m以內(nèi)主要由①1素填土組成，表層土壤為灰黃色，由淺入深依次為黃褐色土壤、砂土、混碎石等，土質(zhì)較松散，略微有些濕潤(rùn)，土方開挖由表及里依次艱難；地下3～7m部位逐漸出現(xiàn)②5淤泥土、②8粗砂層，土層顏色有深灰色、灰黑色且很濕潤(rùn)，有地下水滲出，砂層具有流塑性，土質(zhì)較細(xì)膩黏滑，稍具有腥臭味，局部含有腐殖質(zhì)及朽木。

1.3 周邊環(huán)境

揭陽潮汕機(jī)場(chǎng)屬于揭陽市公共交通樞紐，修建的地下通道正處于客流量較集中的航站樓大門正前方，分2個(gè)階段進(jìn)行倒圍并組織交通疏解，正上方高架橋限高6m，緊挨著傾斜玻璃幕墻施工結(jié)構(gòu)外墻限高4m，以施工最復(fù)雜、限制條件最多的階段為例，應(yīng)用沉井法施工地下通道主體結(jié)構(gòu)，該區(qū)域支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)，施工空間有限，并緊挨航站樓幕墻邊線、地下為航站樓柱基礎(chǔ)、沉井外側(cè)則是高架橋基礎(chǔ)，施工作業(yè)面幾乎被罩，在狹小空間應(yīng)用大型設(shè)備基本無望。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件分析，應(yīng)用沉井施工地下工程主體結(jié)構(gòu)則是鮮有的案例，而本項(xiàng)目為不規(guī)則形狀的沉井結(jié)構(gòu)給施工增加了不少難度[4]。

2 沉井法施工地下通道的優(yōu)勢(shì)

本工程緊靠航站樓一側(cè)地下通道采用沉井法施工地下工程主體結(jié)構(gòu)，地下通道用于連接多個(gè)交通樞紐，主要供人流通行，并緩解地面上的交通壓力[5]。本沉井結(jié)構(gòu)為滿足建筑使用功能，呈“Y”字形，屬于不規(guī)則的多邊形結(jié)構(gòu)。地下通道按正常的支護(hù)后開挖凈高受限，打樁機(jī)、支護(hù)樁機(jī)都無法展開施工，利用復(fù)合地基及土體加固作為支撐受力結(jié)構(gòu)，以分3節(jié)制作沉井結(jié)構(gòu)、2次挖土下沉的方式完成地下通道外墻施工，預(yù)制沉井結(jié)構(gòu)外墻，在井內(nèi)挖土下沉可降低土方坍塌風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)節(jié)省支護(hù)樁施工工序，以1道沉井結(jié)構(gòu)側(cè)壁既能用于支護(hù)又可用于結(jié)構(gòu)外墻。

在建筑行業(yè)成熟穩(wěn)定發(fā)展的當(dāng)下，沉井法施工僅用于橋梁基礎(chǔ)、市政工程頂管工作井，用于人流量大的公共區(qū)域建設(shè)史無前例，特別是在狹小空間施工地下通道實(shí)用性極強(qiáng)，沉井結(jié)構(gòu)能根據(jù)建筑使用功能需求設(shè)計(jì)為各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極小，可以杜絕坍塌、基坑涌起等多種基坑不安全因素產(chǎn)生，沉井法施工地下空間在中國(guó)建筑業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展與更新是必然趨勢(shì)，在大力開發(fā)地下空間的趨勢(shì)中應(yīng)用前景廣泛[6]。

3 地下通道沉井法施工關(guān)鍵技術(shù)

本工程沉井結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土澆筑而成，屬于地面上制作井筒，通過井內(nèi)挖土下沉達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后封閉底板及頂板形成地下通道主體結(jié)構(gòu)[7]。按現(xiàn)場(chǎng)限高的情況分3次制作沉井結(jié)構(gòu)，2次下沉，第1次下沉前安裝雙拼H型鋼加固沉井，形成穩(wěn)定的受力體系，解決因受力不均產(chǎn)生拉裂的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 工藝流程(見圖2)

圖2 施工工藝流程

3.2 沉井制作

沉井屬于鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)，可根據(jù)地下工程的形狀需求預(yù)制井筒結(jié)構(gòu)，由刃腳、井筒側(cè)壁、結(jié)構(gòu)底板、結(jié)構(gòu)頂板組成地下通道主體結(jié)構(gòu)，根據(jù)沉井下沉深度可分多次制作沉井結(jié)構(gòu)，一般以3m為1節(jié)，井筒上口下沉到與室外標(biāo)高齊平后再接高第2節(jié)沉井結(jié)構(gòu)。根據(jù)沉井結(jié)構(gòu)尺寸及受力特點(diǎn)分析，第1節(jié)沉井因無結(jié)構(gòu)框梁形成穩(wěn)定的框架，可在沉井第1節(jié)制作時(shí)預(yù)埋鋼板安裝臨時(shí)鋼支撐。

第1次制作高度為1.3m，完成刃腳部分，刃腳制作完成后立即開始第2節(jié)制作；第2次制作高度為2.1m，完成沉井中間部分結(jié)構(gòu)，本階段施工完成腰梁及臨時(shí)H型鋼內(nèi)支撐，刃腳達(dá)到95%強(qiáng)度后開始挖土下沉，第2節(jié)下沉到與基坑周邊等高后開始第3節(jié)沉井制作；第3次制作高度為3.25m，總制作高度6.65m，注意此時(shí)刃腳底部為軟弱土層，因井筒上沿增加結(jié)構(gòu)荷載易發(fā)生不均勻沉降，最終會(huì)導(dǎo)致沉井結(jié)構(gòu)側(cè)壁脹模、傾斜等，刃腳底部用磚基礎(chǔ)按2m間距依次加固。因分3段制作沉井，分節(jié)澆筑處預(yù)埋300mm×4mm止水鋼板(見圖3)。

圖3 施工分節(jié)制作

通過降低井內(nèi)挖土困難系數(shù)，減小沉井下沉深度，降低施工作業(yè)面，采取先挖1.2m深的基坑，四周寬度大于沉井外邊1m，在基坑中制作沉井；沉井刃腳處內(nèi)、外各擴(kuò)大1m范圍澆筑150mm厚C25混凝土墊層，墊層養(yǎng)護(hù)1d后開始制作刃腳。

3.3 沉井下沉

沉井混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到95%強(qiáng)度后破除刃腳底下混凝土墊層，用起重機(jī)將小型PC60挖掘機(jī)吊入沉井內(nèi)，開始挖土下沉，井筒依靠自身重力下沉，下沉?xí)r采取對(duì)稱挖土、均勻下沉，對(duì)角線最大偏差控制在±0.5%，下沉前后應(yīng)做高差、平面偏差觀測(cè)，井體每8h測(cè)量2次傾斜度和下沉量，通過調(diào)整挖土部位與深度糾偏傾斜度[8]。

沉井內(nèi)挖土投入1臺(tái) PC60反鏟挖掘機(jī)，人工修坡和平整坑底。土方外運(yùn)從電梯口和扶梯口作為臨時(shí)出料口，用料斗裝載土方外運(yùn)，沉井外配置吊車配合料斗外運(yùn)土方。在沉井內(nèi)設(shè)置臨時(shí)排水溝、 集水井，并隨沉井下沉而增加深度，以保持沉井內(nèi)干燥為最終目標(biāo)[9]。

地基承載力應(yīng)符合沉井制作和接高穩(wěn)定要求，滿足地下通道設(shè)計(jì)荷載,在施工前應(yīng)進(jìn)行地基處理；井筒沿高度分節(jié),按多段分節(jié)段制作和多次下沉的施工方法。井筒外壁保持光滑、平整，減少下沉?xí)r與土壤間的摩擦力，刃腳應(yīng)堅(jiān)實(shí)牢固，是井壁最下端支承沉井自重、切土下沉和擋土的刃狀結(jié)構(gòu)。

3.4 封底

當(dāng)沉井刃腳下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)井格內(nèi)、刃腳及隔墻下的土層進(jìn)行清理，最終完成筏板封底。挖土下沉?xí)r注意控制基底面高度及不要過分?jǐn)_動(dòng)刃腳下土層，以免引起翻砂；隔墻及井格下面不應(yīng)有深坑、陡坡、陡坎；基底范圍內(nèi)的浮泥松土，其厚度<100mm為宜。沉井封底宜用地泵澆筑混凝土，混凝土表面標(biāo)高按底板設(shè)計(jì)標(biāo)高控制。

3.5 頂板澆筑

沉井封底混凝土澆筑達(dá)到1.2MPa后開始頂板結(jié)構(gòu)施工，按通常的施工方式完成頂板結(jié)構(gòu)。在施工前應(yīng)檢查沉井實(shí)際標(biāo)高，模板制安時(shí)必須調(diào)整樓板平整度，頂板澆筑完成意味著地下通道主體結(jié)構(gòu)已成型，下一步將進(jìn)入裝飾裝修施工階段。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)分析

沉井結(jié)構(gòu)均勻下沉達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高是施工管控的關(guān)鍵步驟：①控制井筒結(jié)構(gòu)制作的垂直度、平整度均<8mm，保持井筒外壁光滑，減少挖土下沉?xí)r與土壤接觸的負(fù)摩阻；②監(jiān)測(cè)井筒結(jié)構(gòu)制作，隨著沉井自重增加未發(fā)生不均勻沉降，刃腳墊層應(yīng)堅(jiān)實(shí)牢固，沉井接高制作井筒時(shí)應(yīng)在刃腳底部墊磚基礎(chǔ)，確保能穩(wěn)定承受結(jié)構(gòu)自身荷載；③實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)挖土下沉的垂直度偏差，按GB/T 51130—2016《沉井與氣壓沉箱施工規(guī)范》控制對(duì)角允許偏差為0.5%，控制每次下沉≤50cm，下沉接近尾聲時(shí)應(yīng)控制下沉速率，嚴(yán)禁超沉(見圖4及表1)[10]。

表1 沉井挖土下沉常見問題及處理方法

圖4 沉井挖土下沉偏差曲線

5 產(chǎn)生效益分析

常見的地下工程結(jié)構(gòu)施工通常是明挖法，但緊挨既有建筑物支護(hù)樁無法施工，隨著開挖深度增大基坑施工難度也越大，必然損壞既有建筑物基礎(chǔ)，給已運(yùn)營(yíng)的航站樓和高架橋帶來較大的坍塌風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)受施工場(chǎng)地限高影響，大型機(jī)械無法施工，本施工技術(shù)為最優(yōu)方案。

本技術(shù)方案能處理受狹小空間影響的地下結(jié)構(gòu)施工，在周邊環(huán)境被籠罩的情況下完成地下開挖、結(jié)構(gòu)施工，改變了地下工程開挖需要先支護(hù)后施工的條件，節(jié)省支護(hù)樁施工費(fèi)用。現(xiàn)有的沉井施工技術(shù)一般還僅僅用于市政管道檢修井，本項(xiàng)目沉井施工技術(shù)應(yīng)用于地下通道結(jié)構(gòu)施工中，是目前沉井施工技術(shù)首次嘗試。沉井結(jié)構(gòu)側(cè)壁在沉井結(jié)構(gòu)中起框架作用，連接沉井四周結(jié)構(gòu)組成穩(wěn)定的支撐體系，在沉井結(jié)構(gòu)內(nèi)挖土下沉過程中阻擋土壓力具有防坍塌作用，在軟弱土質(zhì)中阻擋流沙、涌水和淤泥流動(dòng)發(fā)揮重要作用，同時(shí)作為地下通道的外墻結(jié)構(gòu)，以高強(qiáng)度等級(jí)防水混凝土可達(dá)到結(jié)構(gòu)滴水不漏效果，最后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后澆筑底板及頂板混凝土結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)語

地下通道應(yīng)用沉井法施工，在狹小空間、軟弱淤泥土質(zhì)、深基坑等施工環(huán)境下應(yīng)用沉井結(jié)構(gòu)完成地下工程主體結(jié)構(gòu)施工，能達(dá)到結(jié)構(gòu)無滲漏要求，結(jié)構(gòu)整體性均能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，解決狹小限高區(qū)域地下空間施工問題，是最快捷最有效的施工方法，沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)用在客流量大的地下通道建設(shè)是首次嘗試，積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召大力開發(fā)地下空間，提升地下空間開發(fā)利用激發(fā)新的創(chuàng)造力和想象力，達(dá)到創(chuàng)新引領(lǐng)地下空間開發(fā)提供新的設(shè)計(jì)、施工理念的目的。