盾构工作井明挖逆作法施工技术

张 智

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100043）

0 引言

近年来，随着地铁建设的普及，基坑开挖深度的增加，以及周边环境限制和周围地质的复杂程度，采用逆作法是出于对施工安全的考虑。与明挖顺作法相比，在不考虑其他因素的前提下，由于重力因素和混凝土的干缩性，上下连接的施工缝是逆作法施工的难点，由于逆作法采用先施工地下结构，后开挖的施工顺序，如何确保结构能在开挖过程中不产生沉降也是施工过程中的难点之一。本文依托杭州地铁项目，从预留盾构工作井的施工工作中总结出几点关于逆作法的施工经验，为以后类似工程提供参考。

1 工程概况

杭州地铁3号线百家园盾构工作井区间为地铁14号线预留线，盾构从百家园始发，至盾构工作井接收。盾构工作井结构净宽12.5m，结构净长19.2m，盾构井挖深33.23m。盾构工作井平面布置和剖面图分别见图1、图2。

图1 盾构工作井平面布置图

图2 盾构工作井剖面图

围护结构采用1200mm厚地连墙，支撑体系采用5道混凝土支撑+3道钢支撑。工作井底板主要位于⑳a-3中风化泥质粉砂岩层，自上而下地质条件为：杂填土（2.5m）、⑮2含砾粉质黏土（7.6m）、⑮3夹含砾粉质黏土（3.8m）、⑮3碎石混黏土（8.1m）、⑳a-1全风化泥质粉砂岩（3m）、⑳a-2强风化泥质粉砂岩（1.5m）、⑳a-3中风化泥质粉砂岩（6.8m）。

盾构工作井为地下四层框架结构，结构采用混凝土自防水为主的刚性防水，因盾构井距离沿山河较近，周边有既有电力管线，且开挖深度较深，在基坑开挖时纵梁起到支撑作用，采用结合梁柱体系的明挖逆作法施工[1]。

2 工程重难点

（1）开挖工作面小，垂直运输困难。工作井平面尺寸为23.6m×16.9m，开挖过程中垂直运输采用履带吊配合坑内小挖机装运小土斗的方式，且每层环框梁和侧墙浇筑完成后，需要倒运一次模板脚手架，工效较低，对工期有一定影响，应优化出土方法，有效减小基坑暴露时间。

（2）环框梁和支撑梁位移的控制。环框梁和支撑梁施工由于采用明挖逆作法，环宽梁施工完成后需要进行土方开挖，这样就会导致支撑和环框梁下部悬空，随着主体施工完成后环框梁的重量增加，这种变形随着基坑开挖深度的增加，越来越明显，施工中应重点控制环框梁和支撑梁的位移。

（3）由于采用明挖逆作法施工，侧墙施工时，上部位置为环框梁已施工完毕，浇筑施工困难，主体结构施工中应正确设置混凝土浇筑口，方便浇筑侧墙混凝土，填充密实，使混凝土与上层既有混凝土面紧密连接。

（4）由于采用逆作法，在重力作用和混凝土的干缩影响下，上下层混凝土的施工缝如何填充密实，也是施工过程中应该重视的问题。

3 施工工艺技术

3.1 工艺流程

盾构工作井采用明挖逆作法，其最大的特点是：盾构工作井的环框梁至底板先自上而下施工，侧墙则由底部自下而上施工，施工工艺流程为[2]：

开挖第1层土方→第1道环框梁及支撑→开挖第2层土方→第2道环框梁→开挖第3层土方→第3道环框梁→开挖第4层土方→第4道环框梁→底板施工→负4层侧墙及柱子→负3层侧墙及柱子→负2层侧墙及柱子→负1层侧墙及柱子→封孔施工→回填。

本文仅介绍盾构井开挖至封孔前的施工工艺。

3.2 土方开挖

为保证在有限的工作空间实现最大化的工效，井下采用一大一小两台挖机进行开挖，大挖机进行土方开挖，小挖机进行土方转运，垂直提升采用履带吊配合小土斗的方式。土方开挖按照由四周向中间位置对称平衡开挖，每层开挖深度不超过2m。每层土方开挖至环框梁以下2m后暂停开挖，开挖过程中严格控制开挖面标高，见图3。

图3 土方开挖顺序图

3.3 剪力筋施工

由于采用逆作法施工[3],环框梁先于该层墙柱结构浇注，为了保证环框梁与上下层侧墙结构连接前不发生下沉和变形，在施工围护结构时，可以沿着环框梁周围一圈预留双排钢筋套筒，在绑扎环框梁钢筋时，将预留套筒凿出，并连接锚固钢筋，锚固钢筋深入环框梁内部，环框梁施工完成后将通过预留的套筒锚固在围护结构上，大大增加了开挖过程的安全系数，见图4。

图4 增加剪力筋图

在每层板的地下连续墙（简称地连墙）位置，均预留了双排钢筋套筒，且地连墙深度较深，精确定位较困难；如果地连墙施工精度不能保证，剪力筋将失去作用。实际施工过程中，对剪力筋的位置进行微调，在地连墙中间部位有导管仓的位置，剪力筋预留按照“L”型进行布置，长度满足设计锚固长度35D要求，见图5。

图5 剪力筋位置调整图

3.4 侧墙浇筑孔预留

盾构工作井每层环框施工时，均预埋了间距1m的Ф 150浇筑孔，当侧墙混凝土浇筑时，利用浇注孔进行侧墙浇筑，在实际施工时，由于侧墙高度较高，操作较困难，尤其是顶侧墙顶部混凝土无法浇筑密实。为保证盾构工作井侧墙混凝土的浇筑质量，借鉴隧道二衬的施工方法，环框梁浇筑时，上下侧墙多浇筑一部分，在每侧侧墙中间位置和顶部位置预留浇筑孔，其中顶部一个浇筑孔做成“Y”型（见图6），最后浇筑，其余浇筑孔既可作为浇筑孔，也可作为观察孔，既能浇筑混凝土，又能作为振捣孔进行混凝土振捣施工，当混凝土浇筑至中间位置的浇筑孔时，可用木模将浇筑孔封闭，从顶部浇筑孔进行浇筑，最后收尾由“Y”型口进行浇筑，拆模完成后，对“Y”型浇筑孔部位的多余混凝土进行凿除并打磨处理。

图6 “Y”型浇筑孔示意图

3.5 施工缝部位的混凝土质量控制

施工缝部位的混凝土质量需要考虑2个方面[4]，一是浇筑时，混凝土必须与上层既有混凝土面结合密实；二是减少混凝土的干缩作用。实际施工时采取的措施有：（1）设置“Y”型浇筑孔和观察孔进行浇筑，保证新老混凝土接触密实；（2）在浇筑最后一部分混凝土时，改用补偿收缩混凝土进行浇筑，减少混凝土的干缩沉降量。并在浇筑孔位置设置注浆花管，浇筑完成后对施工缝位置进行重复注浆，验证施工缝位置的浇筑质量。

4 施工效果

土方开挖受工作面影响，虽设置了固定的开挖、运输方案，但基坑在土方开挖过程中有少量渗水现象（采用开挖面导流和设置集水坑抽排方法及时处置），加上开挖过程中受地质条件影响，开挖的效果并未达到预期。

剪力筋的设置有效地提高了环框梁与围护结构地连墙的连接，保证了环框梁在开挖过程中的稳定性。施工中的监测数据表明，环框梁的沉降量均未发生较大变化，满足设计和规范要求。

侧墙模板支撑体系采用盘扣脚手架体系，受力完全满足支撑要求，浇筑孔的位置、“Y”型浇筑孔、施工缝接口预埋注浆管等措施有效地保证了侧墙和柱子结构的整体性，墙体和柱子成型后表面平整、无空洞、无变形、无鼓肚子现象，符合设计要求；施工中重点关注的环框梁变形量、混凝土质量、施工缝密实性等情况均符合相关规范要求。

5 结束语

本项目中采用逆作法，与顺作法相比，逆作法具有更安全的优势，因而被越来越多地应用于复杂地质的地下工程结构施工中。但在工作面小、深度大的盾构工作井中，加之逆作法施工的特点，对施工技术人员提出了与顺作法不同的关键技术要求和操作要点。本文是逆作法实践的成功范例，不仅为逆作法施工积累相关工作经验，还未为类似工程提供参考。