盾构始发段深基坑的新型换撑施工

王玉良++何伟

摘要：深基坑的换撑施工历来都是基坑工程的关键工序，但传统的换撑法对工期消耗很大，这对工期要求紧的工程来说，有待进一步研究新型、快速的换撑方法。本文结合北京地铁15号线一期工程02标段的基坑工程，提出了用600×600×600扣件式脚手架来替换Φ609×14钢管撑的一种新型、快速的换撑方法。该方法有效的降低了工期，并经过现场的监控量测证明该方法是安全、可行的。

关键词：深基坑；换撑；脚手架

1 工程概况

深基坑的换撑施工历来都是基坑工程中的关键工序，其好坏将直接影响到整个工程的安全、工期等[1]。作为盾构始发段的深基坑有其特殊性，再加之该工程工期紧的特点，此基坑的换撑施工显得尤为特殊，其并不是简单的将钢管支撑从原围护桩上移动到做好的衬砌结构上，而是用扣件式脚手架来替换钢管支撑，以此来达到降低工期的要求。这样的做法在基坑的换撑施工中并不常见，所以有必要对其进行实时监控，以保证该工法的安全性，也为以后类似工程提供借鉴。

1.1 项目简介

该工程所在区间是北京地铁15号线一期工程02标段：望京站～来广营东路站区间。区间采用盾构法施工，在来广营东路站南端单独设置盾构始发段。盾构始发段长41.6m，分为盾构始发井及始发段明挖区间。盾构井段基坑宽度为25.3m，基坑深18.436m；始发段明挖区间基坑宽度为20.7m，基坑深16.666m。

1.2 工程地质条件

按地层沉积年代、成因类型，本工程范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q4lal+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）三大层。按地层岩性及物理力学性质，基坑所处地层分为9层，由上而下分布如表1所示[5]。

该工程范围内地下水类型分别为上层滞水、潜水，地下水一般对混凝土无腐蚀性，局部对钢结构具有弱腐蚀性。

1.3 基坑支护

该基坑采用钻孔灌注桩加坑内支撑的支护形式。钻孔灌注桩直径800mm，间距1200mm.其主筋保护层70mm，采用C25混凝土，HPB235、HRB335级钢筋。坑内设3道支撑，采用Φ609×14钢管撑。维护桩与结构间留100mm，包括网喷层、桩体变形、防水做法等。整个支护体系的平面布置图以及横断面图如图1、图2所示。

2 难点分析

原设计的换撑方案是待基底结构做好后，在边墙处架立模板至第三道支撑处，进行模筑边墙结构，待结构达到设计强度的70%后，在结构上设置替换的钢管支撑，随后将第三道支撑拆除。替换撑的相对位置如图3所示。这种做法是常规的、安全、有效的做法，但对工期影响较大。

鉴于该工程工期紧的特点，而原设计的换撑方案将要消耗大量时间，故决定取消或修改换撑工序。但由于以往没有类似的工程经验可以借鉴，所以其安全性有待进一步的论证。因此，在保证该工程安全的前提下，考虑能否取消或修改换撑工序以降低工期，成为该工程的主要难点。

3 解决方案

按照规范规定的极限平衡法来计算取消换撑的施工工序肯定是“不行的”。这是因为极限平衡法是简单的考虑二维情况下的结构平衡状态，去掉一道支撑，而且是反力最大的支撑，将会对结构的平衡状态造成很大的影响，因此会造成结构变形过大以至破坏[2]。但该方法没有考虑基坑围护结构三维空间上的相互影响，尤其是该基坑作为盾构始发段的特殊性，其支撑是斜撑，并且其为围护结构角落处的支撑，围护结构在该角落处，其刚度将会显著提高。因此，“取消换撑是不行的”是武断、保守的说法。但本工程项目部并没有类似的施工经验可以借鉴，也就不能轻率的将换撑工序取消。。为此，首先对取消换撑的方法进行了三维数值模拟，计算采用FLAC 3D软件，计算模型如图4所示。

计算结果主要从上面两道撑的轴力变化来分析，分析结果见图5所示。

从图中可见，拆撑前后两层撑的轴力变化不大，第一层撑的轴力维持在500kN左右，第二层撑的轴力维持在3000kN左右。但由于数值模拟没能完全模拟现场的每一步工序，所以其结果在随工序的变化上显示的不太明显，加之软件受地层参数，以及围护结构、支撑的参数影响很大，而这些参数的精确测定又为世界性的难题，故该计算结果仅能作为参考。

鉴于以上模拟结果，据此，项目部又组织有关专家对该修改方案进行了论证。

论证的结果采用折中的解决方案：修改换撑工序。采用满堂红钢管支撑体系代替Φ609×14钢管撑，见图4.支撑体系应适当加强，将钢管间距由900×900×900换为600×600×600，适当加密剪力撑和其他构造措施。当结构混凝土强度达到设计强度的70%后拆除第三道Φ609鋼管撑。拆除内支撑时由短支撑向长支撑方向分步拆除并加强监测，切实做到信息化施工。

4 现场监测结果

为保证换撑方案的安全实施，切实做到信息化施工，以监测资料及时反馈修正施工方案[4]，在基坑的围护桩上设置了3个测斜管，布置图如图5所示。

3个测斜管的测量结果见图6，从图中可见换撑后各测点都有微小的位移变化，但变化范围不大，都在规范要求的范围内，且没有出现突变的情况。这表明该方案是安全、可行的。

5 结论

该工程作为一种特殊的换撑施工工程，从问题的提出，经方案论证，直至最后的方案实施以及监测结果的分析，可得到如下一些结论，供以后类似工程借鉴：

1.在基坑的换撑施工中，采用满堂红钢管支撑体系代替Φ609×14钢管撑是成功的；

2.采用满堂红钢管支撑体系来进行换撑施工，可显著降低施工工期；

3.对基坑工程来说，降低工期，相当于降低了基坑的暴露时间，所以该种做法会提高整个基坑工程的安全性[3]。

参考文献：

[1]钟振沂，张漫涛. 东方国际科技大厦深基坑的换撑施工[J]. 建筑施工，1997，19（2）

[2]张海生. 车站明挖深基坑拆撑后围护结构稳定性分析[J]. 山西建筑，2007，33（13）

[3]侯朝霞，朱森林. 基坑常见事故分析与处理措施[J]. 山西建筑，2009，35（4）

[4]杨鹏. 浅谈深基坑在开挖过程中支护工程常见问题及监测预报[J]. 河南建材，2009，（1）

[5]郭海燕，李胜林，张云. 深基坑开挖与支护的有限元模拟[J]. 中国海洋大学学报，2009，39（1）endprint