地下工程逆作法的施工技術

魏 巍 王會玲
　　（上海寶冶集團有限公司，上海 200941）
　　摘 要：地下工程逆作法工藝原理，施工要點,設計及適用范圍做了簡要的總結。
　　關鍵詞：地下工程；逆作法；圍護結構；施工技術

　　1 逆作法的工藝原理
　　地下工程在現代化城市的重要作用已經越來越被人們認識，世界上修筑的地下工程的城市越來越多，地下工程包括很多類型如地下鐵道、地下停車場和地下商場等。然而地下鐵道、地下停車場和地下商場等大型的建筑物一般建在人口密集，建筑物眾多的市區。而地下工程傳統的施工方法是開敞式施工，即地下工程結構的土方采用放坡開挖或在圍護結構支護條件下垂直開挖，土方開挖到設計標高后，
　　地下工程結構由下而上逐層施工直至頂板。這種施工在項目位于特殊環境下存在一定的局限性：第一，施工工期較長，影響市容和城市交通；第二，地下工程的圍護結構變形仍能較大，不能保證項目周邊的安全；第三，圍護結構的臨時支撐量大，增加項目的投資成本。
　　地下工程施工不可避免對交通和居民的正常生活造成一定的影響，所以施工時采用什么樣施工技術使城市的生活不受影響或少受影響，乃是修筑地下工程時技術人員考慮和解決重大問題。
　　在這種情況下，人們提出“逆作法”。即地下結構隨著土方開挖由上而下施工，用地下結構的梁板體系代替圍護結構支撐，由于主體結構的梁板體系整體剛度大，達到既節約圍護結構支撐同時又增加支撐的強度和整體性，從而達到控制基坑變形和節約項目投資的目的。
　　2 逆作法的優缺點
　　2.1 逆作法施工的優點
　　逆作法的施工優點是利用永久性地下連續墻或SMW工法樁等作為圍護結構，剛度大，可使變形控制到最小限度（一般內變形約10～30mm）因而對臨近建筑物及自身基坑結構影響很小，可保證鄰近建筑物和地下管網的安全。
　　此施工技術適用范圍比較廣泛，它不僅適用
　　于地鐵隧道工程、地下停車場和商場、地下過街道等工程；尤其適用于建筑四周有建筑群，周圍場地比較狹小時逆做法優點十分突出，不僅解決場地問題而且可加快施工進度縮短施工工期。
　　2.2 逆作法施工的缺點
　　需先設置承受主體結構物自重的墻、柱（樁）及基礎，施工較為復雜，工程造價高；地下工程需要在樓面下進行施工作業，作業條件差，工效較低；向下澆注混凝土需要較高的精度；一般地下工程用于粘性土、砂質土以及砂礫石層施工，不宜在承壓水特大的粉質土、細砂土層使用。
　　3 逆作法的設計與施工
　　本文是針對地下二層商業街采取的施工方法，即先施工地下商業街的地下連續墻圍護結構，然后逆作主體結構。由于一般建設地下商業街都是建在繁華的城市，按正常的施工是有很多局限性，因此在施工地下商業街要采取分塊，分區逆作施工，既保證工程的進度又保證工程的施工質量，同時在繁華的城市建設此工程有很多管線要搬遷，要做好管線保護也是很重要的。
　　3.1 逆作法的設計
　　逆作法的設計由有資質的設計單位完成。設計的主要內容有：圍護結構設計，樁基與支撐立柱設計，出料口（土、材料）、運輸通道設計等。
　　3.1.1 圍護結構的設計
　　圍護結構一般采用地下連續墻，而采用地下連續墻的設計是因為地下連續墻是個成熟的施工工藝，且兩墻合一，施工過程中震動小，對周圍環境影響小，連續墻剛度大，采用兩墻合一設計（圍護墻和地下結構外墻合一），進一步增加了圍護墻的剛度和強度，從而提高了基坑的安全系數。
　　由于圍護墻又作為地下工程結構的外墻，因此要求連續墻的防水效果要好，且能承受一部分的豎向荷載。
　　3.1.2 立柱樁與立柱的選型
　　立柱樁盡量利用工程樁，立柱一般采用鋼立柱，并在施工鉆孔灌注樁時插入樁內，鋼立柱有格構式、H型鋼和鋼管等型式。由于立柱要承受逆作上部的豎向荷載，因此立柱的垂直度要按正式工程構件開控制，特別是當它是結構的一部分時，這時水平位置和垂直度都要嚴格控制。
　　3.1.3 出料口及運輸通道的設計
　　由于逆作法是先施工結構的梁板在進行土方的開挖，因此暗挖土方的出土效率對逆作施工的影響較大。出料口的選擇要根據地下工程基坑周圍的交通情況結合出入口開口、樓梯口等永久開口位置預留空間較大的出土口或在結構的板上預留臨時的出土口待結構完成后在作封堵，滿足地下工程土方開挖的要求。
　　3.2 逆作法的施工
　　3.2.1 逆作法的施工流程
　　逆作法施工程序，應根據工程地質和水文地質的情況而定。一般首先在主體結構外側進行注漿以加固土體。然后做地下連續墻。待圍護結構達到強度后，施工主體結構頂板、梁和柱的預留插筋。待上述主體結構施工完，作為結構的支撐系統。在做好的主體結構下做地下工程施工，如挖土方，下部結構的施工。施工人員作業轉為地下施工，不影響地面上的正常交通。
　　整個工程的施工劃分為三大施工階段進行，各階段的安排如下：
　　第一階段：
　　☆施工區域封閉，區域內鉆孔灌注樁、基坑圍護結構地下連續墻施工，同時搬遷部分管線。
　　☆開挖首層土方，搬遷剩余管線，頂板結構及中間支撐施工。
　　☆修筑擋土墻，將搬遷管線鋪設到位后回填土，恢復局部兩側機動車道通行。
　　第二階段
　　☆暗挖下層土方，開挖順序為先兩側后中間。
　　☆地下樓板、結構柱及中間支撐施工。
　　☆在施工地下二層時，利用立柱作為結構的支撐系統。
　　第三階段
　　☆拆除頂板中間支撐，埋設中間管線后覆土并恢復路面，進行內部裝飾施工。其施工工藝流程如下圖4、5、6

　　3.2.2 逆作法的施工特點
　　逆作法的施工過程其實質就是地下工程結構的樓板代替普通支撐的一個深基坑的施工過程，它具有深基坑施工的一切特點。但與一般的深基坑施工相比較逆作法又具有不同的特點：
　　⑴基坑的安全性要求更高之所以采用逆作法最主要的目的是保護周邊的建構筑物,反過來周邊環境又給逆作法施工提出更高要求,比如降水，土方開挖的措施要求更嚴,工程監測的報警值要求更高,信息化施工反應要更快。
　　⑵土方施工為暗挖法土方暗挖要考慮到通風和照明,對通風和照明要求高。
　　⑶支撐為正式工程支撐為正式工程,要按正式工程的要求施工,預埋好各種預埋管、鐵件等,預留好柱的插筋。
　　3.2.3 施工注意幾點問題
　　⑴格構式、H型鋼架或鋼管柱與主體結構的樓板、梁及底板鋼筋的連接形式處理。
　　⑵地下圍護墻與主體結構的內襯墻的連接方式處理。
　　⑶澆注混凝土時要嚴格控制樓板，底板標高，并處理好梁和板交接處，梁與柱交接以及柱腳處的施工處理。
　　3.2.4 公共管線保護的內容及具體措施
　　⑴施工人員進入現場必須進行管線保護安全技術交底，加強職工管線保護意識，牢固樹立“安全第一”的觀念；
　　⑵對施工周邊管線及建筑物保護實行晝夜監測。一旦發現異常，要增加檢測頻率，及時上報，同時啟動應急預案，調整施工流向，采取有效的施工措施后再進行施工；
　　⑶在周邊建筑物上設置沉降觀察點，在施工前做好起始測量數據，在施工期間做到每天監測，以確保建筑物安全；
　　⑷嚴禁在有管線埋設的地面及附近地區，用空壓機、風鎬等振動機械施工；
　　⑸進入施工現場，主動協助甲方到各管線主管部門辦好施工綠卡；
　　⑹重車進出道口，按有關規定做好地面保護硬地坪，或在道路口鋪設鋼板；
　　⑺鉆機施工時，鉆機機架與高架電纜間的安全距離必須保持5m以上。
　　4 逆做法施工技術要求
　　4.1 結構的施工技術要求
　　⑴優化施工方案，積極采用先進的施工工藝，科學安排施工進度，合理調配勞動力。
　　⑵做好技術交底及圖紙會審。
　　⑶機械挖土前，先做好地下工程的管道和電纜等管線的搬遷和保護，防止在施工時破壞管線影響居民的正常生活，如有損壞軍事光纖后果就更加嚴重。
　　⑷機械挖土時，保留20cm以上土體采用人工開挖，防止超深開挖和因此而破壞原狀土。
　　⑸基坑開挖時，兩人操作間距應大于2.5m，反鏟間距離10m以上。
　　⑹挖土部署應注意路線優化,避免挖土機械設備重復行走，可能造成主體結構的損壞。
　　⑺土方開挖基坑內挖土應遵循分區、分層、分塊、對稱盆式的原則開挖，基坑內嚴禁相鄰多區域大面積同時開挖，每區開挖至基底標高后及時澆筑墊層及基礎底板，以減少基坑大面積暴露時間，控制基坑的回彈隆起。基坑周邊土方應分段間隔對稱開挖，分段長度不宜過長，每段開挖至基底并應立刻澆筑混凝土，方可開挖相臨段土方。
　　⑻地下開挖土方的臨時堆放點要設在預留洞口附近，便于上邊的機械設備把土運出，節省施工時間。同時，預留洞口也是便于結構施工運輸材料的主要通道。
　　⑼土方開挖過程中嚴禁機械碰撞圍護體、工程樁、支撐、立柱及降水井點。挖土時宜先掏空立柱，避免承受不均勻的側向土壓力。
　　⑽由于混凝土澆注時內襯墻的不能一次打完，需要留施工縫。接縫處模板的高度應超過接縫的位置，超過的高度以100～200mm，以確保砼接縫的質量，但要留出澆搗口。
　　⑾上下兩次砼澆灌時，施工縫處應進行鑿毛，清除浮漿和松動的砂石層，并用清水沖洗干凈，在施工縫處安裝鋼板止水帶或膨脹橡膠止水條。在施工縫處的模板，外傾45度，并高于施工縫200mm，這樣砼澆灌時可保證施工縫的砼密實。砼澆灌前用賽諾漿料接漿處理，施工縫處理必須認真，防止滲漏水的發生。鄭州賽諾建材，專業從事工程內防水技術咨詢，具有20年的工程水密封經驗，及10年的世界500強的國際工程咨詢背景。
　　4.2 工程監測
　　⑴水平垂直位移的量測
　　主要用于觀測地下連續墻頂、立柱頂端、地下管線及鄰近建筑物的水平位移及沉降。
　　⑵測斜主要目的是觀測基坑開挖過程中地下連續墻及土體位移。
　　⑶圍護墻外側的土體測斜監測
　　⑷基坑隆起在基坑內布置一定數量的觀測點，主要目的是觀測基坑開挖過程中基底土體的隆起。作好現場各專業的協調工作，確保觀測點在挖土過程中不被破壞。
　　5 安全措施
　　5.1 安全要求
　　⑴施工現場夜間施工時，必須確保足夠亮度的夜間照明燈光，現場電工加強值班巡視及時修復損壞的照明設備及燈具，確保施工部位的照明需要。
　　⑵出土時進出車輛較多，要有專人指揮作業，作到井然有序以防忙中出錯。
　　⑶機械與人工挖土保持大于機械大臂回轉半徑以上的安全距離，嚴禁人機同區工作，挖掘機械之間應保持一定的安全距離。
　　⑷土方施工機械和運輸車輛在進場前要徹底的檢修和保養，保證施工期間的正常運行。
　　⑸吊機放斗時要注意下面的施工人員安全。
　　⑹要在施工完的頂板上設安全保護欄桿，避免人員跌落。
　　⑺施工中如遇有地下障礙物（包括古墓、各種管道、管溝、電纜）和文物等立即暫停施工，及時上報有關部門，待妥善處理后方可繼續施工。
　　5.2 安全預防措施
　　5.2.1 防止物體打擊的措施
　　①進入現場的人員戴安全帽；
　　②交叉作業通道搭護頭棚；
　　5.2.2 防止機械傷害事故的措施
　　①起重機的基礎、安裝和使用須符合生產廠家的規定，使用前應經檢驗合格，使用中定期檢測；
　　②圓鋸的傳動部份應裝防護罩。
　　③砂輪機應使用單向開關，砂輪須裝不少于108°的防護罩和牢固的工件插架、嚴禁使用不圓、有裂紋和剩余部分不足25mm的砂輪；
　　④各種施工機械的安全防護裝置必須齊全有效；
　　⑤經常保養機具，按規定潤滑或換配件，所用刀具必須匹配，換夾具、刀具時一定要拔下電源插頭；
　　⑥注意著裝,不穿寬松服裝操作電動工具，留長發者應帶工作帽，不能帶手套操作；
　　⑦打開機械的電源開關前，檢查調整刀具的扳手是否取下，插頭插入插座前先檢查工具的開關是否關著；
　　⑧操作施工機具必須注意力集中，嚴禁疲勞操作；
　　5.2.3 防止高空墜落措施
　　⑴洞口、臨邊防護
　　①1.5m×1.5m以下的孔洞，應預埋長鋼筋網或加固定蓋板；1.5m×1.5m以上的孔洞，四周須設兩道護身欄桿（高度大于1m），中間掛水平安全網；
　　②電梯井口須設刻度不低于1.2m的金屬防護門，井道內首層和以上每隔四層設一道水平安全網封嚴；
　　③在安裝正式樓梯欄桿、扶手前，須設兩道防護欄或立掛安全網；回轉式樓梯間中央的首層和以上每隔四層設一道水平安全網；
　　⑵室內施工高處作業防護：
　　①移動式操作平臺應按相關規范進行設計，臺面滿鋪木板，四周按臨邊作業要求設防護欄桿，并安裝登高爬梯；
　　②凳上操作時，單凳只準站一人，雙凳搭跳板，兩凳間距不超過2m，只準站二人，腳手板上不準放灰桶；
　　③梯子不得缺檔，不得墊高，橫檔間距以30cm為宜。
　　6 結 語
　　逆作法施工技術在一定的條件下有它的優越性，特別是在修筑地下工程。施工方面，特別是在洞內各層結構和土方開挖的施工中，完全是在圍護墻和頂板結構掩護下作業，安全可靠，進度快，并且施工期間地面不會產生下沉現象。同時，由于自上而下的逆作法施工結構，所以可完成一層交付使用一層，發揮效益快，但頂板是在地面施工，不可避免會引起地下管線或地面建筑物的拆遷或改移，在一定的程度上可能影響地面的交通。
　　逆作法作為地下工程一種施工技術，設計和施工息息相關，必須密切配合，設計是施工的依據，施工是實現設計的保證，只有相輔相成，才能保證施工的順利進行。
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