地下结构逆作法施工技术探讨

陈灿林，陈永斌，段尊成，李家富

(日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276800)

0 引言

在矿山建设及冶炼工程建设过程中会遇到一些大规模的地下构筑物，比如地下水池、旋流井、地下设备用房等，会面临着深基坑工程的问题。由于工程地质和水文地质条件复杂多变、环境保护要求越来越高、基坑工程规模向超大面积和大深度方向发展、工期进度及资源节约等开发条件要求日益复杂，与传统的深基坑施工方法相比，逆作法施工具有保护环境、节约社会资源、缩短建设周期等诸多优点，它克服了常规临时支护存在的诸多不足之处，是进行可持续发展的地下空间施工和建设节约型工程的有效技术手段。

1 逆作法施工技术原理

逆作法施工技术的原理是将建筑地下结构自上往下逐层施工，即沿建筑物地下室四周施工连续墙或密排桩，作为地下室外墙或基坑的围护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑，从而组成逆作的竖向承重体系，随之从上向下挖一层土方，浇筑一层地下室梁板结构，当达到一定强度后，即可作为围护结构的内水平支撑，以满足继续往下施工的安全要求。与此同时，由于地下室顶面结构的完成，也为上部结构施工创造了条件，所以也可同时逐层向上进行地上结构的施工。

2 逆作法施工工艺

2.1 逆作法施工分类

因各工程的地质条件和四周环境差异，以及施工要求的不同，逆作法施工主要分为全逆作法、半逆作法、部分逆作法、分层逆作法四类。

1)全逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板，对四周围护结构形成水平支撑；在逆作地下结构的同时，还可以进行地上结构的施工(见图1)。

图1 全逆作法示意图

2)半逆作法：利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁，对围护结构形成框格式水平支撑，待土方开挖完成后，再二次浇筑肋形楼板(见图2)。

图2 半逆作法示意图

3)部分逆作法：利用基坑内四周暂时保留的局部土方对四周围护结构形成水平抵挡，抵消侧向土压力所产生的一部分位移。在基坑中部按正作法施工，基坑边四周用逆作法，这种方法也叫盆状开挖逆作法(见图3)。

图3 部分逆作法示意图

4)分层逆作法：此方法与上述各种所述的逆作法不同，主要是针对四周围护结构，采用分层逆作，不是一次整体施工完成。分层逆作四周的围护结构是采用土钉墙，采用这种分层逆作法造价较低，施工速度快，但对土质要求相对较高(见图4)。

2.2 逆作法施工程序

根据逆作法的工艺原理，逆作法施工的基本程序：围护结构施工→中间支承柱施工→地下结构-1层挖土、顶板及内部结构施工→地下结构-2层挖土、梁板及内部结构施工(此时地下结构和地上结构可同时施工)→地下结构-n层挖土、梁板及内部结构施工→地下结构底板封底并养护至设计强度→继续进行地上结构施工，直至工程结束[1]。

3 逆作法技术应用优势探讨与分析

3.1 逆作法施工技术优势分析

传统施工地下工程的方法是敞开式明挖施工，即大开口放坡开挖，或用支护结构围护后垂直开挖，挖至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板，再由下而上逐层施工各层地下室结构，待地下结构完成后再进行地上结构施工。但对于深度大、地质条件差、周边环境复杂的地下工程，用上述传统方法施工存在一些问题。首先，支护结构的设置存在一定困难，由于基坑很深，支护结构的挡墙长度很大，费用大幅增加，尤其是基坑内部支护结构的支撑用量大，一方面需用大量大规格的钢材，另一方面也增加了地下结构施工的难度；其次，如用井点设备降低地下水时，水位的降低会引起土体固结，使周围地面产生沉降，如不采取特殊措施，会危及基坑附近的建筑物、地下管线和道路等[2]。

与传统施工方法比较，用逆作法施工地下结构的优势：①可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，可大幅缩短工期。②受力良好合理，围护结构变形量小，对邻近建筑的影响小。③施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期，也可节省土方挖填费用。④最大限度利用地下空间，扩大地下建筑面积，可节省地下结构外墙工程费用。⑤一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，大幅削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。⑥逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量，使底板设计趋向合理，有利于结构抵抗外力作用。⑦可简化基坑的施工工序，有明显的经济效益。

4.2 逆作法技术应用探讨

根据工程实践逆作法施工已形成多种方法，但在施工时，逆作方法的选择也是很重要的，选择不好，就会延误工期，加大工程的费用，有时还会造成工程事故，给工程带来不应有的损失。

采用逆作法施工工艺，必须具备两个基本条件：①其施工用围护结构原则上应该是永久性的，而且是作为建筑物主体受力结构的一部分，一般采用的是地下连续墙作围护，并于内部施工时再覆以内衬，成为一种复合受力的结构。②必须采用“一桩一柱”的基础，每根桩必须能承受上部和地下结构自重，以及施工设施、施工荷载等各种荷载[3]。

逆作方法的选择主要考虑的几个重要因素：①基坑深度。地下越深，施工的难度越大，选用逆作法施工，首要考虑的是地下深度问题。②工程地质。在确定逆作方法前，必须对工程地质进行详细地勘察，切忌简单凭经验从事。比如地质较好，但四周环境较差，可采用简单可行的逆作方法；地质较差，虽然四周环境较好，必须采用可靠的逆作方法。③地下水影响。地下水对基坑开挖的影响很大，在基坑开挖中不论采用何种逆作方法，都不能忽视水文地质勘察工作，所以一定要在施工前将地下水的形成及种类调查清楚，以便选用合适的止水方案和降水措施，以保证逆作施工时，不出现因地下水因素造成的基坑坍塌。④周边环境影响。基坑四周的环境也是决定选用逆作方法的重要因素，四周的环境除了地上建筑距基坑的距离之外，对地下各类管线、电缆等调查也特别重要，以防因逆作施工破坏四周的地下工程，对基坑产生次生灾害。⑤工程工期要求紧，缩短施工工期对工程有特别重要的意义或具有巨大经济效益时，宜选用逆作法施工。

5 结语

近年来，地下工程施工技术的发展尤为迅速，也出现不少新的施工方法，其中逆作法就是发展起来的一种新技术。实践证明，逆作法施工技术可适用于较深基坑且对围护结构的水平变形有严格限制的工程，可用于施工环境困难、场地周围建筑物密集的工程。推广应用逆作法，能够提高地下工程的安全性，可大幅节约工程造价，缩短施工工期，防止周围地基出现下沉，是一种很有发展前途和推广价值的地下工程施工技术。