程 斌 林贤光 陈 治

（1.武汉城市职业学院，湖北 武汉 430064；
2.上海隧道工程股份有限公司,上海 200233）

随着城市现代化进程的快速推进，大型城市面临着不断扩大的城市规模和有限的城市空间之间日益尖锐的矛盾。地下空间的利用和开发是解决这一矛盾的有效方法，进而使城市建设呈现出立体化的发展趋势。在城市立体化发展中，建筑工程施工离不开方法上的不断创新。逆作法是高层和超高层建筑的多层地下室、大型地下商场、地下车库、地铁车站等地下工程施工的一种有效方法，在一些特殊情况下，更是作为地下工程施工中的必选方法[1]。本文以武汉地铁7号线基坑施工为例，介绍隧道盾构始发井逆作法施工关键技术，为逆作法施工技术在深基坑工程中的应用提供参考借鉴。

逆作法施工通常先在深基坑周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时在基坑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，然后施工地面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。另外，在地面交通繁忙，无法采用明挖的条件下采用盖挖逆作法，以减少对地面的影响[2]。

1.1 逆作法施工优点

（1）采用明挖逆作法施工，每层结构板都为内支撑，整个基坑支撑体系为封闭结构，结构受力及稳定性较好，而且所形成的框架支撑体系为永久结构，其刚度比临时钢支撑大很多，基坑变形可以降到最低，基坑安全更有保障；

（2）用地下结构自身桩、柱、梁、板做为支撑，节省了基坑支撑的施工及拆除时间，节省工期和费用；

（3）对控制地面沉降以及对临近地面建筑和地下管线的保护具有良好的效果；

（4）改变了传统的开敞式施工方式，土方开挖和结构施工在地下封闭或半封闭空间内进行，可有效避免扬尘、噪音等环境污染因素[3]。

1.2 逆作法施工缺点

（1）出土慢，大型的设备难以进场，给施工带来不便；

（2）由于主体结构从下往上浇筑侧墙混凝土时，接口位置混凝土很难浇筑密实，浇筑质量控制较难；

（3）逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护结构的断面及配筋；

（4）逆作法需要利用围护结构和中立柱做为竖向支承，主体结构和围护结构及中立柱节点一般为刚性连接，导致施做难度大，节点防水效果较差。

武汉地铁七号线武昌工作井位于武汉市武昌区秦园路和平大道，作为武汉三阳路越江隧道盾构始发工作井，地处武汉闹市区，周围环境比较复杂。在距离基坑边8m有电力、天然气、信息、雨污水等管线。

该基坑作为超深大盾构始发井，其深度为42.603～44.1m（宽度方向为弧形底板），自然地面标高为+23.5m，设计坑底标高为-20.6m，整体基坑平面尺寸为72m×52m，地下室结构共6层，属大型超深基坑，其中第一道～第三道支撑形式为永久结构板+临时混凝土斜撑，第四道～第六道支撑形式为临时混凝土支撑，最大圈梁（冠梁）尺寸为4m×2m，临时混凝土支撑为2m×2m，顶板厚1.8m，弧形底板厚2.2m。

基坑外围采用地下连续墙围护结构，地下连续墙厚度为1.5m，深度达59m，穿越大面积砂层，入弱胶结砾岩层约8m，在围护墙外设置1道0.8m厚塑性混凝土地下连续墙，深度为52m，采用墙套铣接头。坑内加固为1.2m钻孔灌注桩，共67根，其中抗拔桩16根，立柱桩兼抗拔桩51根，成桩深度为59m，立柱桩兼抗拔桩中格构柱长47.1m，需插入抗拔桩身3m。围护结构平面及剖面图见图1。

图1 围护结构平面及剖面图

鉴于该工程基坑开挖深度达到44.1m，周围管线复杂，基坑安全等级为一级；
现场同时开展多个工作面，施工场地及工期紧张，因此基坑采用逆作法施工。

拟建场地勘察深度范围内的地基土主要为第四系全新统—上更新统冲积层，基岩为白垩系—第三系的东湖群粉砂质泥岩、砂砾岩，岩质软。始发工作井基坑穿越大断面砂层，包括④1粉砂层（厚1.7～9m）、④2粉细砂层（厚14～42m）及④3中粗砂层（厚度约9.5m），具体土层参数及水文地质分布情况见表1。

表1 土层参数

4.1 施工顺序

基坑开挖及结构回筑顺序如下：

（1）开挖首层土，浇筑坑顶挡墙、第一层水平框架及顶板；

（2）开挖第二层土，浇筑第二层水平框架、地下一层板及以上墙身，施作侧墙防水；

（3）开挖第三层土，浇筑第三层水平框架、地下二层板及以上墙身，施作侧墙防水；

（4）依次开挖第四、五、六层土，依次浇筑第四、五、六层水平框架，第四、五、六道水平支撑及以上相应墙身，施作侧墙防水；

（5）开挖第七层土，施作土建接地，浇筑基底垫层，施作底板及侧墙防水，浇筑底板及剩余墙身。

4.2 重难点

（1）主体结构节点构造复杂，侧墙结构形式为叠合墙，故主体结构墙身需与围护结构进行连接；

（2）永久结构从上往下施工，结构板需采用短排支架进行承重，支架基础需浇筑垫层加固处理，侧墙高度高、厚度大，对模板垂直度及加固要求高；

（3）逆作法墙身水平施工缝多，叠合墙无外包防水，需在施工缝处采用多重防水措施。

5.1 节点构造

5.1.1 竖向支承柱节点构造

（1）工程竖向支承柱采用格构柱，角钢尺寸为4∟200mm×24mm，在结构逆作施工中，格构柱与顶板、中板的节点处采用加腋法，即将节点处无法通过的钢筋应用规范允许的斜率绕过立柱[4]。

（2）与临时混凝土支撑的节点处采用环板连接法，将临时混凝土支撑无法通过格构柱的钢筋采用“7字筋”的形式焊接在格构柱缀板及角钢上，钢筋与格构柱焊接长度满足规范要求，单面焊10d1（d1为混凝土支撑主筋直径），同时，在每道水平结构施工时需在水平结构底面格构柱外围增设1道加劲肋，格构柱节点构造见图2。

图2 格构柱节点构造图

（3）竖向支承柱与底板节点处采用加腋法进行处理，格构柱底部按规范及设计要求，锚入灌注桩中3m，底板施工前需按设计焊接止水钢板，立柱桩及抗拔桩钢筋需按设计要求，锚入底板35d₂（d2为桩身钢筋直径）。

5.1.2 围护结构与主体结构节点构造

（1）侧墙是由围护结构（地下连续墙）与主体结构（内衬墙）组合形成共同受力体系的叠合墙结构，按照逆作法施工顺序，地下连续墙作为围护结构先行施工，内衬墙作为主体结构需随基坑开挖同步逆作，在基坑开挖阶段与地下连续墙一同作为基坑围护结构承受外部水土压力，因此控制好地下连续墙与每层水平结构、内衬墙的连接节点质量对整个基坑工程的质量、安全、稳定具有至关重要的作用[5]。

（2）与地下连续墙进行连接的水平结构主要为顶板、中板、底板及围檁。在进行地下连续墙施工时，在钢筋笼背土面预埋接驳器，通过钢筋笼验收及控制钢筋笼下放标高来控制预埋接驳器标高。在每层水平结构施工时，需先进行地下连续墙的凿毛，将预埋接驳器凿出，顶板、中板、底板主筋直接与预埋接驳器进行机械连接，围檁则按照图纸要求设置锚固筋与地墙接驳器相连接，叠合墙构造见图3。

图3 叠合墙构造图

5.1.3 构造优化

工程施工时，发现叠合墙连接筋利用率不高，达不到设计要求，利用侧墙模板支架体系的M14钢筋进行等效替代，首先按照等效间距进行地墙凿毛，剥除地墙保护层将地墙主筋露出，利用M14钢筋一端焊接三角片，将三角片同地墙主筋进行焊接，同时在M14钢筋中间焊接止水片，保证地下连续墙与内衬墙的连接节点质量。

5.2 模板支架体系

该工程结构形式主要包括板、围檁及混凝土支撑梁以及内衬墙和中隔墙，其中板、大部分围檁、内衬墙及中隔墙为永久结构，混凝土支撑梁及部分围檁为临时结构，综合考虑工期、质量、外观等各方面因素，永久结构采用模板支架承重体系施工，混凝土支撑临时结构采用土模施工。

5.2.1 永久结构模板支架承重体系

（1）顶板厚度为1.8m，属大体积混凝土工程，模板支架承重按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）、《扣件式钢管模板支架设计施工操作规程（试行）》（QJ/STECO02-2010）进行验算，安全系数1.1，模板支架的基础采用原状土压实后浇筑不小于150mm厚C30混凝土垫层；
该工程板构件跨度很大，达到22.9m，按规范要求进行模板起拱处理，起拱高度定位全跨长度的2‰。顶板模板支架承重体系见图4。

图4 顶板模板支架承重体系图

（2）工程墙身一次性浇筑高度最高达7.6m，最厚厚度达到1.5m，对墙身模板支架承载力要求较高，材料选择55系列组合钢模板，设计时控制浇筑速度为60m3/h，满足承载力要求。侧墙支架承重体系见图5。

图5 侧墙支架承重体系图

5.2.2 混凝土临时支撑模板体系

为节省搭设模板支架时间，第四道～第六道混凝土临时支撑采用土模进行施工，控制坑内水位低于开挖面2m以上，第四道～第六道混凝土临时支撑处地基土为干砂，承载力较好，工作面条件好，考虑到混凝土临时支撑布置的形式，直接土方开挖至混凝土支撑底面下150mm，浇筑150mm的C30混凝土垫层，并在垫层上铺一层油毛毡隔离，侧模板同样采用钢模板、钢管内外楞及M14对拉螺栓进行固定。

5.3 墙身施工

逆作法工程墙身随水平结构一同逆作，内衬墙及中隔墙为永久结构，防水需同步进行施工，施工缝是导致漏水的薄弱环节[6]。根据结构逆作施工顺序，结合考虑现场实际水平施工缝凿毛、止水钢板预埋等因素，在每道围檁顶面上、底面下20cm各预留一道水平施工缝。

5.3.1 水平施工缝防水

工程共设置水平施工缝11道，其中内衬墙上部施工缝采用水泥基渗透结晶防水涂料+预埋镀锌止水钢板，下部采用水泥基渗透结晶防水涂料+预埋镀锌止水钢板+2道遇水膨胀止水条+注浆管，每层墙身施工时，均对二次浇筑面进行凿毛处理；
每层围檁施工时，均在遇水膨胀止水条相应位置预埋1根小木条，待墙身施工凿毛时凿除，便于遇水膨胀止水条的施工；
预埋注浆管位于止水钢板外侧，需紧贴混凝土凿毛面，避免浇筑内衬墙混凝土时将其包裹。水平施工缝防水示意图见图5。

图5 水平施工缝防水示意图

5.3.2 墙身混凝土浇筑工艺

逆作法区别于顺作法施工，即在浇筑墙身混凝土时，上部墙身及水平结构往往已经施工完毕，对墙身混凝土浇筑有一定的影响，该工程墙身一次性浇筑高度最高达7.6m，最厚厚度达到1.5m，围檁高度为2m，混凝土浇筑和振捣难度系数较大。

内衬墙采用预埋斜浇捣孔的方法，在每层内衬墙的上层围檁中预埋斜管（首层预埋直管），预埋管材料首层为Ф16cm/Ф10cm@1000mm（间隔布置）钢管（中间焊接止水环），其余均采用Ф16cm/Ф10cm@1000mmPVC管，其中Ф16cm预埋管为混凝土浇筑孔，Ф10cm为振捣棒振捣孔，采用预埋斜浇捣孔预埋侧墙斜管不影响墙身整体性。

综上所述，逆作法施工能大大缩短工期，且以结构板撑作为支撑，具备更好的安全性和稳定性，施工过程能更合理地利用场地空间资源，对周边环境影响较小，但在节点连接构造以及外包结构防水施工上技术要求较高。

在该工程施工过程中，依照对关键节点连接质量、模板支架承重体系验收、墙身防水验收及逆作混凝土浇筑技术形成的标准化控制体系，大盾构始发工作井结构施工在5个月内安全、高效地提前完成，累计土方开挖量达到150000m3，混凝土浇筑量达到26000m3，为后续越江段大盾构始发施工创造了优越的条件。

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