QC成果在地鐵車站深基坑施工中的應用

王文章，王明仕，劉 濤，任泳霖

(中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

近年來，在工程實踐中越來越多的建筑企業通過QC活動進行技術攻關，QC活動得到了極大發展，逐漸在建筑工程管理工作中占據了重要作用[1]。質量是企業發展的基石，在施工過程中嚴格把控質量，才能在目前激烈的行業競爭中發展壯大[2]。本文以西安地鐵雁翔路站龍門吊軌道基礎設置為例，通過開展一系列QC小組活動，將QC成果應用于實際工程中，為后續建筑企業開展QC活動提供了指導與借鑒。

1 工程概況

1)本項目為地下3層雙柱3跨島式車站，基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐體系，車站主體為現澆鋼筋混凝土箱型框架結構，結構設置全外包防水層。其中龍門吊安拆及起重吊裝過程是本工程車站主體結構施工過程重點管控的風險點，如果龍門吊基礎設置方式不合理，輕則影響龍門吊的正常運行，重則威脅現場人員的生命安全，且本工程施工場地位于鬧市區，社會影響較大，因此龍門吊基礎設置方式的合理性直接影響到本工程的形象及使用安全。

2)通過對施工現場及周邊環境調查發現，若按傳統方式將龍門吊軌道基礎設置在北側基坑外，會與施工便道車輛行駛相互影響，增加龍門吊運行的不安全性，且需要對地基進行相應處理并澆筑混凝土基礎，施工成本較高。同時為保證預定工期，須盡快進入基坑開挖及支護階段。綜合以上分析，QC小組成員一致認為，必須研究一種龍門吊軌道基礎設置新方法才能滿足現場實際需求。

3)龍門吊軌道基礎設置須開挖土方量576 m3，約增加額外工期25 d，為提前進入車站主體結構基坑開挖施工，減少額外土方開挖量，控制成本投入，縮短施工工期，同時降低龍門吊使用過程中的風險等級。本次QC活動的目標是控制土方開挖方量小于等于100 m3，額外工期小于等于10 d。

2 提出方案并確定最佳方案

結合以往深基坑工程龍門吊基礎設置經驗，提出相應的施工方案。方案一：將龍門吊軌道基礎直接設置在冠梁頂，西側冠梁標高低于東側的部位在冠梁之上澆筑混凝土條形基礎作為龍門吊軌道基礎。方案二：優化原設計擋土墻高度使其滿足坡度要求，基坑擴大段采用鋼結構梁作為軌道基礎。

通過分析，方案一具有混凝土施工方量大、效率低、成本高且基坑擴大段無法跨越等缺點。而方案二可減少土方開挖量，減少額外工期增加，經濟性較高。因此，確定方案二作為活動的總體方案，并將深基坑分為標準段、擴大段及基坑東側3個部分繼續深入研究。

根據總體方案，仍需確定基坑東側延伸段的設置形式及擴大段鋼結構梁的具體形式。其中東側延伸段基礎設置形式有2種方案。方案一：東側擋土墻頂標高按照設計要求高于原地面30 cm不變，軌道基礎直接設置在擋土墻頂，西側軌道標高按0.3%的坡度從東側反推，整體加高西側擋土墻高度，使其滿足龍門吊運行要求。方案二：東端頭擴大段采用鋼結構梁作為軌道基礎，直接架設在冠梁頂，基坑外低于原地面的軌道采用切槽的方式設置，降低整體軌道標高，東側軌道標高低于原地面部分開槽并設置擋水埝。將方案進行對比分析，發現方案一西端頭軌道標高為496.513 m，高于原地面2.8 m，擋土墻高度較高，鋼筋及混凝土用量較大且西側軌道基礎過高，安全性較差。而方案二西端頭軌道標高為495.483 m，僅高于原地面1.77 m，工藝簡單可操作性強，經濟性高，且基礎高度較前者顯著下降，安全性高，故采用方案二。

進一步擴大段鋼結構梁也有2個細分方案。方案一：采用現場拼裝貝雷梁作為龍門吊軌道基礎，該工藝有參考實例，結構安全性高，穩定性好[3-4]。方案二：采用鋼箱梁作為龍門吊軌道基礎，結構穩定性強，承載能力高，可保證龍門吊使用過程中的安全性[4]。對比分析發現，現場拼裝貝雷梁工藝復雜，操作性不強，成本較高且可能延誤工期。而提前定制鋼箱梁，現場整體吊裝，工藝簡單、操作性強、投入成本低，且可以有效縮短現場施工工期。

經過提出方案到確定方案并進一步細化方案，最終確定龍門吊軌道基礎設置標準段利用現有圍護結構擋土墻，擴大段采用架設鋼箱梁的形式，延伸段采用切槽的形式。

3 對策制定與實施

1)軌道標高確定。組織項目測量工程師利用全站儀、GPS、水準儀等對現場原地面進行細致精確的復測，測得車站起點高程為493.712 m，終點高程為497.102 m，東西端頭高差為3.39 m，整體縱坡為1.75%且地勢起伏不平。根據本項目地勘報告提供的地質資料，結合選定的方案，小組運用QC方法進行分析，確定東端頭軌道標高為496.269 m，并按0.3%的縱坡推算至西側，確定西端頭軌道標高為495.483 m。

2)擋土墻參數設計。結合圖紙驗算結構承載力，單筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算公式如下：

α1fcbx=fyAs

(1)

(2)

查混凝土結構設計原理，fc=14.3 N/mm2，fy=360 N/mm2，α1=1。

截面有效高度：

(3)

截面寬度b=400 mm，鋼筋面積As=942 mm3。

由上述公式求得受壓區計算高度為：

(4)

截面承載能力

(5)

Mu>M=48 125 000 N·mm，故龍門吊軌道基礎承載力滿足要求。

最終確定擋土墻寬度為40 cm，小組成員對現場作業人員進行交底，指導現場實際施工。

3)鋼箱梁選擇。通過對鋼箱梁生產廠家進行考察，最終確定了鋼箱量尺寸，并對鋼箱梁承載能力進行了驗算。根據廠家提供的鋼箱梁截面參數計算其最大應力為：

(6)

由最大應力：

(7)

可知承重梁強度滿足使用要求。

計算鋼箱梁下撓度確定其剛度是否滿足要求。

龍門吊位于鋼箱梁跨中位置時，鋼箱梁下撓度為：

(8)

最大下撓度為：

(9)

可知鋼箱梁剛度滿足使用要求。

4 效果驗證

針對現場龍門吊軌道基礎設置這一實際情況，小組成員運用QC方法，逐一制定應用對策，將QC成果成功應用于深基坑開挖及支護施工過程中，額外開挖方量降至23 m3，額外工期減少至5 d，順利完成預期目標。

目前龍門吊已穩定運行8個月，且深基坑開挖已經基本完成，車站主體結構已經完成40%，龍門吊軌道基礎所在的南北側擋墻沉降量均小于16 mm，深基坑支護結構變形均處在規范允許范圍內，表明本次QC活動取得較為顯著的效果。

5 目標效果

1)經濟效益。通過運用QC方法，制定合理的施工方案，減少了路面破除費用、土方開挖及回填、混凝土澆筑及破除等費用，采用既有圍護結構+鋼箱梁的形式，滿足現場龍門吊運行及安全控制要求，共節省施工成本45.6萬元，取得了良好的經濟效益。

2)安全效益。通過運用QC方法，解決了現場縱坡較大，地面高低起伏，傳統方式難以滿足龍門吊安全運行的問題，此課題在保證承載力和穩定性的前提下，將龍門吊軌道基礎坡度由1.75%降為3‰，有效降低了龍門吊運行過程中因慣性延長制動距離帶來的施工風險。

3)技術效益。通過本次課題的研究，小組成員汲取類似工程的先進經驗，進一步學習研究了龍門吊軌道基礎的設置方式及受力特點，提升了小組成員的創新和研發能力，龍門吊軌道基礎設置方法的成功創新為公司今后類似項目提供了參考和借鑒。

6 標準化

本次QC活動順利完成了既定目標，取得了良好的經濟效益，故該研究成果具有一定的推廣價值，小組成員針對成果的推廣價值進行了標準化研究和總結。目前小組已編制《地鐵車站新型龍門吊軌道基礎設置方法》，在公司內部進行推廣，為今后公司承接的類似工程提供參考和借鑒，同時依托本課題研究成果編寫的工法已申報成功。

7 結語

通過本次QC活動，小組成員在使用PDCA循環發現問題、解決問題上有了較大提升，掌握了創新型質量小組活動的程序和步驟，統計工具運用更加合理，提高了項目管理意識和能力。此外小組成員對行業信息的查詢、調研，創新優化與設計能力有了很大的提升，活動后編寫了《受限空間懸臂式基坑施工工法》并成功申報省級工法，將活動中取得的技術成果標準化、規范化。在今后施工中，小組將繼續大力開展QC活動，不斷將QC成果應用到工程實踐中。