上海浦东国际机场T1航站楼改造工程中工作井在多道支撑围檩情况下预埋盾构圆环施工技术*

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1 工程概况

上海浦东国际机场T1航站楼为主楼—连接廊—长廊的前列式国内、国际综合型航站楼，位于东西两侧的长廊和主楼通过3 层的南北连廊进行连接。

为满足客流量增大后的运营要求，T1航站楼流程改造工程在位于T1航站楼主楼和长廊内以及主楼与长廊之间的中庭区域进行改扩建施工，同时要求施工时保证既有航站楼不停航运营。

整个改造工程分为新建和改建2 个部分，总建筑面积116 070 m2。其中改建区域主要位于既有航站楼主楼和候机长廊内部，建筑面积48 300 m2；新建区域位于既有主楼、长廊和连接廊之间的中庭区域，建筑面积67 770 m2。

整个新建区域分为A区、B区、CD区、E区、F区，其中B区和E区为既有连接廊区域，A区和F区分别位于北连廊北端和南连廊南端，而CD区位于既有航站楼主楼、长廊和南北连廊全包围的中庭施工区域内，新建结构覆盖长廊和主楼之间的全部空置区域并与既有结构进行连接形成整体（图1）。

图1 T1航站楼改造、新建区域平面示意

2 工作井基坑围护设计及盾构圆环安装工况

新建的F区又细分为F1和F2两个区，其中F2区位于新建区域最南端，为T1—S1预留旅客捷运通道地下钢筋混凝土结构的设备段和工作井部位。工作井基坑深14 m左右，设计围护结构采用φ1 000 mm@1 150 mm混凝土钻孔灌注桩（29 m）+φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕（26 m）。灌注桩紧贴结构侧墙外侧并将侧墙全包围，同时与设备段围护桩形成整体。基坑自上而下共设4 道内支撑，分别为：第1道混凝土角撑+混凝土顶圈梁，角撑中心轴线标高-0.98 m；第2～4道均为φ609 mm钢角撑+双拼588 mm×300 mm×12 mm×20 mmH型钢围檩，中心轴线标高分别为-4.28 m、-7.28 m和-10.08 m。另外在第3道钢撑拆除前设计有φ609 mm钢角撑换撑，中心轴线标高-8.88 m。

工作井为箱型结构，结构外包尺寸南北方向15.5 m，东西方向25.15 m，高10.35 m，底板厚800 mm，顶板和侧墙厚度均为900 mm，底板面相对标高为-12.18 m，底板与侧墙交接处设计有高300 mm、宽900 mm的加腋，顶板面相对标高为-3.03 m。工作井南端侧墙设计有2个盾构预留洞口，盾构圆环沿洞口周圈预埋[1,2]（图2）。

图2 工作井结构、基坑围护与盾构圆环平面关系示意

盾构圆环内径6 700 mm，圆环钢板厚度10 mm，外侧锚固钢筋长560 mm，呈放射状向外伸出。圆环钢板材料采用Q235B，锚筋材料采用HRB400。圆环直径制作允许偏差20 mm，安装允许误差±10 mm（图3）。

图3 工作井结构、钢支撑与盾构圆环相对位置关系示意

从图3中可知，工作井顶板设计位置位于第1道混凝土支撑与第2道钢支撑之间，由于第1道混凝土支撑底面高出工作井顶板上表面1 550 mm，因此对工作井施工会产生较大影响的是第2～4道钢支撑。根据这3 道钢支撑与结构的相对位置关系，工作井结构混凝土需分为4 次施工。

分块1底部放射钢筋长度560 mm，同时分块1距离底板完成面仅有720 mm。考虑到底板与侧墙交接处高300 mm的混凝土加腋，分块1底部放射钢筋需伸入下方施工缝内420 mm，因此分块1需与底板钢筋同步施工（图4）。此外，分块6与第2道钢围檩间距仅为80 mm，致使该分块上部放射钢筋与钢围檩在空间上有所冲突，因此第2道钢围檩拆除之前分块6与分块4、5无法一起预埋到位。

由此根据设计工况，本圆环预埋流程为：（底板混凝土浇筑前预埋分块1）底板施工至-11.61 m，养护达到设计强度→拆除第4道钢支撑→（预埋分块2、3）侧墙、柱施工至-8.28 m，养护达到设计强度→施工换撑并施加预加轴力→拆除第3道钢支撑→（预埋分块4、5）侧墙、柱施工至-6.08 m，养护达到设计强度→拆除第2道钢支撑→（预埋分块6）施工剩余侧墙、柱和顶板结构，养护达到设计强度→拆除换撑。

图4 盾构圆环放射钢筋与底板插筋关系示意

3 施工难点分析

预埋盾构圆环位于工作井盾构通道出口处，由于其紧贴通道内壁，施工精度必须达到设计要求，否则会对后续盾构施工产生直接影响，甚至影响捷运线路的布置，以及通道与T1新建地下捷运通道的顺利衔接。在严格的设计要求下，盾构圆环安装的施工难点有以下几个方面[3,4]：

1）在围护灌注桩侧壁上准确定位圆心是圆环预埋施工的先决条件，圆心定位不准确会直接导致圆环位置的整体偏差。由于上方多道支撑占据了盾构圆环上方几乎全部空间，因此圆心定位线仅能从设计位置下方引入，而在工作井底板混凝土尚未浇筑成形之前，由于底板钢筋本身只是一个相互间连接并不紧密的相对松散的钢筋框架，所以并不能提供稳定且准确的操作面用于测量放线，因此如何进行圆环圆心定位成为现场面临的第一个难题。

2）盾构圆环各分块的预埋施工，实质上是与周边结构钢筋通过焊接等方式进行临时固定，而在工作井底板混凝土浇筑完成前，现场很难为圆环分块的固定施工提供一个稳定可靠的操作面。

3）圆环分块数量达到了6 块之多，分块数量的增加会直接导致圆环加工难度的上升，以及现场连接施工精度的下降。

4）圆环预埋的最后一个步骤，即是将分块6与分块4、5以及周边结构钢筋进行连接。由于第1道混凝土支撑在工作井结构达到设计强度前不能拆除，且该支撑截面尺寸大、间距小，因此如何将分块6避开第1道支撑并准确送至预埋位置进行临时固定，施工难度相当大。

4 方案优化

4.1 盾构圆环底部侧墙插筋处理

由于预埋圆环外侧钢筋并非完全竖直设置，而是随着圆环外侧钢板圆弧呈放射状伸展开，因此距离圆环底端越远的部位，外伸钢筋与侧墙下部插筋在空间位置纵横交错的程度越大。加之圆环外伸钢筋本身构造复杂，无论是先施工侧墙下端插筋，还是先将盾构圆环设置到位，都会给后续钢筋施工带来很大的障碍和困难。

如果仅满足盾构圆环预埋施工，并完成底板混凝土浇筑，那么就将钢筋处理的核心问题全部集中在侧墙底部插筋上。经过仔细计算，将插筋按照以下方式处理：盾构圆环分块1水平投影范围内的所有侧墙底部插筋预留长度，在常规根据钢筋直径和混凝土等级确定的基础上统一缩短，使该范围内插筋仅伸出底板混凝土完成面100 mm。所有插筋在端部预先留有丝牙，为后续侧墙竖向钢筋按照一级直螺纹连接做准备。与之相配合的，将该投影范围内的侧墙混凝土浇筑高度下降至底板完成面以上50 mm，即相对标高-11.68 m，该投影范围以外的侧墙仍施工至-11.61 m标高，以满足底板面四周加腋的混凝土施工要求。通过上述处理，使盾构圆环的预埋可以在第4道钢支撑拆除后进行施工，这样就理顺了底板混凝土施工、侧墙插筋施工以及盾构圆环预埋施工三者之间的关系，同时原本下半圆需分3 段安装改为分2 个90°圆弧进行加工和安装。

4.2 上半部分圆环分块调整

根据设计工况，上半部分圆环安装与拆撑关系为：拆除第3道钢支撑→侧墙、柱施工至-6.08 m，养护达到设计强度→拆除第2道钢支撑→施工剩余侧墙、柱和顶板结构。根据设计，编号6的圆环分块外侧放射状钢筋向圆环上方伸出，伸出长度达到560 mm。其与第2道钢支撑之间的间距仅有80 mm，远不能满足分块预埋的施工空间要求，在第2道钢支撑拆除前，无法进行分块6的预埋施工。同时由于圆环上方2 道支撑的存在，圆环垂直运输至设计位置过程中障碍重重。

按照侧墙和柱的结构施工进度逐步拆除基坑内支撑的做法，其安全系数无疑非常高，但同时也是偏于保守的。若在侧墙和柱施工至相对标高-6.08 m后，同时拆除第2、3道钢支撑，就可以将剩余预埋圆环一次施工到位，这将为工厂加工、运输以及现场作业提供极大的便利。

工作井基坑深度虽有14 m左右，但混凝土结构侧墙设计厚度为900 mm，东西方向25.15 m，南北方向15.5 m。因此，工作井的混凝土侧墙结构实际上形成了互为支撑的结构体系。同时在南端侧墙的中部设计有截面尺寸为800 mm（方向平行于侧墙）×2 100 mm（方向垂直于侧墙）的扶壁柱，可起到对南端侧墙非常有力的侧向支撑作用。另外在底部侧墙混凝土施工时采用了500 mm×500 mm×500 mm三向密布排架且与侧墙采用顶撑顶牢。上述3个有利因素对控制基坑变形能够起到非常大的积极作用。此外，拆除第3道钢支撑之前，侧墙和柱已施工的高度达到了结构总高度的50%，同时达到了基坑总深度的40%，经过与设计沟通、复核，同时拆除第2、3道钢支撑的方案具有可行性。

综合考虑施工工艺和工期，侧墙和柱施工至相对标高-6.08 m并养护达到设计强度后，采用同时拆除第2、3道钢支撑的方案进行剩余盾构圆环现场预埋。经一系列优化，盾构圆环分块数量最终确定为4 块，其接头施工难度、数量和预埋施工次数均较原方案减少（图5）。

图5 优化后盾构圆环安装流程

5 现场实施效果

根据优化后的盾构圆环安装方案，每个圆环在工厂加工成型后均分割为4块，每块圆环的圆心角均为90°，并在圆环内侧焊接临时支撑，以控制运输过程中的变形。

在底板混凝土浇筑完毕并养护达到设计强度后，拆除第4道钢支撑，首先进行盾构圆环分块1、2的预埋施工。待侧墙和柱施工至相对标高-6.08 m并经养护达到设计强度后，施工换撑，同时拆除第2、3道钢支撑，最后完成盾构圆环分块3、4的预埋施工，以及工作井剩余结构侧墙、柱和顶板施工。整个工作井结构混凝土施工仅分为3 次。

在第1道混凝土支撑尚未拆除、垂直吊装障碍重重的情况下，同时拆除第2、3道钢支撑的方案为盾构圆环分块3和4的预埋施工创造了非常有利的现场条件。直到工作井结构全部完成，该区域围护桩水平位移最大值仅为1 mm，垂直位移最大值仅为8.49 mm，完全满足了基坑设计变形要求。在拆模后经过测量，盾构圆环的预埋精度达到了施工设计要求。