城市地下空间盖挖逆作法土方开挖施工技术

城市地下空间盖挖逆作法土方开挖施工技术

王 ,湫

中国二十冶集团有限公司市政工程公司   

摘要：本论文结合具体施工项目，说明盖挖逆作法地下土方开挖施工工艺，针对盖挖逆作情况下土方开挖施工的重点和难点，给出了具体的解决措施，同时对施工过程中遇到的具体问题进行总结，为后续的相关工程施工提供了参考意见。

关健词：逆作法  土方开挖  施工技术 

城市地下空间建设开发是解决我国城市发展与可为城市发展提供的用地之间突出矛盾的有效途径。但是地下空间施工又不同于地面建筑施工，一方面是地下水文及地质条件复杂、施工受到不同地域条件的限制和影响，另一方面是施工方案的选择不当可能对城市高层建筑、交通和地下管线等造成较大的影响。为确保周边临近建筑物的安全，保证对该区域内的交通影响降到最低程度，确保早日恢复交通，根据工程实际情况，大多采用的是“盖挖逆作法”进行施工。现以某沿海城市单建式地下人防商业街工程地下土方开挖为例，浅谈逆作法地下土方开挖施工工艺。

1  工程概况及方案确定

1.1  工程概述

本人防工程位于某沿海旅游城市市中心地带，商业繁华，该区域居民密集，人车流量大，施工时会给周边的市民生活、交通带来一定的影响，施工条件在两侧受到非常大的限制。本地下人防工程全长1023m，人防结构宽度33.4m，局部24.9m，地下两层，人防建筑面积67910 m2，顶板厚450～500mm，覆土2.0m左右，结构埋深约13.5～15.0m，负一层层高4.75～4.8m，负二层层高为5.45～6.65m，平时作为商业零售、餐饮和小型汽车库，战时具有二等人员掩蔽和战略物资储备功能。

1.2  工程特点、难点

（1） 工期紧张

本工程为市重点工程，是海南省第一个单建式地下人防工程，根据建设单位要求必须在道路全封闭后50日内恢复道路通车，工期紧张。

（2）  施工组织难

由于工期非常紧张，施工条件又受限，支护墙、灌注桩、H型钢制安、土方等都是同时施工，因此前期需要非常大量的钢筋工、力工等工种、材料量大、大型机械多，施工组织难。

（3） 地下管线布置复杂

地下原有管线纵横交错，特别复杂，其中包括污水管、雨水管、给水管、电信、网通、铁通、军用光缆等弱电管线、燃气管道，电缆，管径大小不一、埋深错综复杂，增加了施工难度。为了确保本工程顺利进展，在施工前我项目部做了大量的查勘复核工作。在进行土方开挖时，大量的管线暴露出来，同时又要进行中间桩代柱施工、运输车辆的通行。地下管道及地上杆线的保护非常重要。

（4） 地下施工突发状况多

地下施工中可能的突发状况较多，综合以往的经验本工程尤其需要关注的重点即为土方开挖过程，常遇到的有围护桩渗漏水、地下管涌、有毒气体吸入、基坑坍塌等。需要做好提前的应对应急措施，保证施工及人员安全。

（5） 施工缝较多，处理要求高

在墙、板上都要留置大量施工缝，对施工缝的处理工作量很大，质量要求也较高，同时又是地下漏水的控制重点，必须要有切实可行的措施，既要满足规范的要求，又要考虑到施工的方便。

1.3  施工方案的确定和选取

由于开挖面积较大，为保证对该区域内的交通压力影响降到最低程度，确保早日恢复交通，把影响时间降到最短，根据工程实际情况，本工程采用的是“盖挖逆作法”进行施工。“盖挖逆作法”是先在地面向下做基坑的围护结构和中间起支撑作用的桩柱，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板底面标高，利用未开挖的土体作为支撑，上面铺模板施工顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形。顶板施工完成后进行土方回填、管道、道路基层、道路面层等施工，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。

2  地下土方开挖应具备的条件

地下土方开挖除要施工方案、应急预案审批交底完成等技术条件满足、机械设备材料等资源准备齐全的情况下，更为重要的是顶板混凝土强度、围护墙强度、钻孔灌注桩强度均要达到要求。

3  地下土方开挖施工要点

3.1 出土口部的选择

本工程利用口部做为地下逆作法出土的临时出土口，待土方完成后再施工口部楼梯等混凝土结构，形成正式的人行出入口。本地下人防共设有29处人行出入口，施工现场分四个工区，根据工期、土方量、机械配置等综合考虑，每个工区设置4个出土口，用作出土口的有16个口部。出土口的设置根据交通行车方向、土方开挖工程量、地下土方运输距离就近等因素综合考虑布置。地下土方量共有40万m3，按平均每天10个出土口出土计算，满足进度要求。

3.2 挖土机械选择

    挖土机械选择分两部分，一部分是从口部坑底提升出土装车机械，选择360反铲挖掘机和220伸缩臂抓斗挖掘机；另一部分是在结构内挖土和倒土机械，选择60挖掘机挖土，由30铲车倒土到出土口部。

3.3 出土口部土方开挖

首先将出土口部土方分层分段开挖，分别施工口部侧墙和不小于1.5m宽的底板踏脚板基础，形成口部的稳固体系，确保结构顶部挖掘机和土方车长期站位的安全性。

3.4 形成两口部之间的通道

为了保证工事内的空气流动性，要形成两个口部之间的通道，便于通风。主体通道开挖底口宽度2.5m,土方开挖上口线不超过5m(通过设计计算确定顶板最大悬空跨度确定)，高为从顶板底标高下3.2m。

通过已成型的口部竖井，分层分段开挖主体侧墙土方，配合有效的顶板悬挑支撑措施，保障主体外墙土方开挖的施工安全。在顶板覆盖下充分利用未扰动原土胚、已成型柱及侧墙作为板的临时支撑，保障主体内部土方开挖时的施工安全，保证工程的顺利进行。

采取“短开挖”即通过设计计算确定顶板和下返墙的最大悬空跨度，控制每次侧墙纵向开挖长度和顶板下开挖平面尺寸；“勤测量”即通过监测观测记录及时调整盖挖的开挖平面尺寸和顺序；“先挖侧墙，后挖柱”即先形成顶板两侧的支撑体系和形成开挖通道；“柱交替开挖”即在顶板覆盖下充分利用未扰动土体和已成型柱、侧墙作为板的临时支撑；“短开挖空间形成后立即施工此段的主体结构”即最大限度减少基坑暴露时间的控制性挖土方法，在保证竖向支撑体系不完善时盖挖的施工安全的同时，保证工程的顺利实施。

3.5.1口部通道两侧垛墙施工，形成底板踏脚板基础

口部通道形成后，由口部通道进入主体相邻边墙施工，但不宜同时两侧开挖，先开挖一侧，侧墙纵向开挖长度通过设计计算的下返墙的最大悬空跨度确定，然后分两次浇筑形成墙板及底板带1.5 m踏脚板结构，再反向开挖口部相邻另一侧墙板土方，随后再形成边墙及底板1.5 m踏脚板结构。

3.5.2 主体工事内通道、侧墙土方开挖

口部之间的通道形成以后，再分成三个通道的形式向两侧同时开挖宽2.5m,高为从顶板底标高下3.2m的通道。但侧墙土方开挖应分层分段开挖，严禁超长、超高开挖，每隔3跨跳仓施工。开挖过程中若出现塌方、渗漏等情况应立即停止土方开挖，及时进行施工处理。

3.5.3主体结构底板及柱帽土方开挖

两侧墙对称形成一段后，开挖墙柱间土方，连同柱帽一并带出，施工底板。底板施工的同时，从中间通道暗挖到三跨以后，转向两侧外边墙，施工外边墙区域，形成边墙支撑体系。以此类推向前施工。

3.5.4 主体工事内土方挖运

主体工事内所有土方都是用60挖掘机挖土，由30铲车倒土到最近的出土口部，之后由360挖掘机或220伸缩臂抓斗挖掘机从出土口部底部提升装车。

3.5.5随着土方开挖的进行，逐渐完成中板直至形成整体的负一层结构。

3.5.6地下主体结构负二层土方也分两板完成，施工方法同负一层。所有结构施工，要在挖土24h内及时施工完毕，以形成正式支撑结构，遵循“强支护、短开挖、快浇筑、工序紧跟”的原则。

4  施工过程中的监测

地下工程开挖过程中，按照国家规范的要求，对周围建筑物，土体和地下结构本身进行监测，人防地下结构的沉降监测点设于柱间跨中结构板顶及每根柱子上。每次测量后，将原始数据及时整理成正式记录，剔除一些明显的人为误差的数据，进行资料整理。对测量点的测量结果进行分析，绘制测量数据的沉降曲线图，推算最终的沉降变化规律，并判断人防地下结构的安全性。当监测数据超过应急预警值时，应马上采取应急措施，对地下盖挖的开挖宽度、开挖长度及开挖速度进行控制，并加强临时支护、临时钢管支撑，平时必须准备适当数量的应急材料，做好应急预案。

5 逆作法地下土方开挖施工的几点注意事项

5.1 逆作法施工的监控测量

逆作法施工过程中，对本建筑及邻近建筑进行变形监测，以便于及时验证和修正设计以及指导施工的顺利开展，对本工程实施全程观测。

主要的监测项目有：路面沉降监测，水位水量监测，工程口部位移监测和顶板沉降监测，周边临近建筑物监测。

5.2 地下降水工程

本工程基坑降水采用管井（深井）降水法，共设置148口降水井，降水井均设置在道路两侧绿化隔离带里，井间距约15m，降水井深度20m，钻孔井径￠500mm,采用￠325*3.5mm的桥式钢管滤管, 外包两层密目网（80目）滤布，外填￠2~4mm细砾石。降水采取分层降水法，层层递进，在相对的时间内尽量减少基坑侧翼压力，增加基坑的稳定性。本次基坑内降水依次分为三个阶段，第一阶段为顶板施工前降水：提前降水至顶板以下2m左右，即降至路面以下4.5m。第二阶段为负一层施工前降水（顶板结构已完成）：提前降至负一层中板以下1.5m左右，即降至路面路面以下9m左右。第三阶段为负二层施工前降水（负一层结构已完成）：提前降至负二层底板以下1.0m左右。降水效果满足施工需要。

5.3 工程桩代柱未施工区域

由于管线及地下未知障碍物等原因，无法施工超流态灌注桩的地方，采用下接柱的方式施工。当开挖这些区域的土方时，必须及时在柱基四周增加临时支撑，支撑材料及支撑体系稳定性计算必须满足施工要求。

5.4 通风

在“逆作法”施工期间，由于地下施工时间较长，工期要求紧，施工过程中人员、机械相对比较密集。顶板封闭后，地下的空气质量较差而且空气稀薄，不利于作业，且不利于施工人员的身心健康，为了保证施工期间空气质量，需要较好的通风设施来保证空气的质量，为此，必须合理的布置通风系统，从地面采风，由鼓风机通过管道送风至工作面，空气自然回流，循环较好。同时项目部配备可燃气体检测报警器，安排专人每天对地下土方开挖的区域进行检测，空气质量达标后才能允许作业人员进行施工。

5.5围护桩渗漏水、管涌等问题的处理

5.5.1 围护桩渗漏水

（1）围护桩微渗漏水，采用快速水泥封堵，引流管引流，待水泥硬化后，把引流管完成堵漏。

（2）围护桩微漏水含沙颗粒较多，除采用上述方法之外，部分位置采用焊钢板加固、采用变径堵漏法，根据现场需要把钢板焊在型钢上然后埋管引水，清理渗漏基面并把注浆管安装好，采用高压注浆机双液体或多液处理等办法。

（3）围护桩漏点孔洞较大时，采用钢板（1~2cm厚）封堵、浇混凝土封堵、堆土袋封堵等，在坑外用高压旋喷或双液注浆进行封堵和加固。

发现围护墙有渗漏时立即停止挖土，经处理后快速完成混凝土侧墙，待混凝土达到一定强度后再继续向下挖土。

5.5.2管涌

个别位置的降水井由于渗透系数及其它原因导致其出水量不够，承压水头未降到设计规定的水位，基坑挖到坑底以后，因水压力比土压力大造成坑底涌砂，无法浇筑垫层、底板。工程中出现此种情况时采取了及时覆土，加设深井，增加抽水量，最终降低承压水头，问题顺利解决。

5.6土方开挖过程中的安全注意事项

（1）不允许在中板上堆土和重型车辆行走。

（2）开挖中板、底板土方时严禁扰动原状土，确保模板支撑牢固不变形，保证混凝土结构外观质量。

（3） 确保口部结构稳定性，保证结构顶部挖机及土方车长期站位的安全性。

6  结语

本工程采用“短开挖”即通过设计计算确定顶板和下返墙的最大悬空跨度，控制每次侧墙纵向开挖长度和顶板下开挖平面尺寸；“勤测量”即通过监测观测记录及时调整盖挖的开挖平面尺寸和顺序；“先挖侧墙，后挖柱”即先形成顶板两侧的支撑体系和形成开挖通道；“柱交替开挖”即在顶板覆盖下充分利用未扰动土体和已成型柱、侧墙作为板的临时支撑；“短开挖空间形成后立即施工此段的主体结构”即最大限度减少基坑暴露时间的控制性挖土方法，保障了竖向支撑体系不完善时盖挖的施工安全，满足逆作法施工规范的规定，取得了很好的施工效果。

参考文献：

1、GB50134-2004《人民防空工程施工及验收规范》；

2、JGJ165-2010《地下建筑工程逆作法技术规程》；

3、JGJ 311-2013《建筑深基坑工程施工安全技术规范》；