1、3-2-15 地鐵蓋挖逆作法施工技術1 前言1.1 蓋挖法原理蓋挖法施工技術是用連續(xù)墻、鉆孔樁等形式做圍護結構和中間樁，然后設置蓋板，在蓋板、圍護、中間樁保護下進行土方開挖和結構施工。蓋挖法結構施工有逆作與順作兩種施工方法。逆作法是指按土方開挖順序從上層開始往下進行結構施工；順作法是指在土方全部開挖完成后，從底板開始結構施工。1.2 蓋挖逆作法的技術特點 對圍護結構和中間樁柱的沉降量要求嚴格，以免對上部結構造成不良影響。 中間柱如為永久結構，安裝就位困難，施工精度要求高。 為了保證不同時期施工的構件相互間的聯結達到設計的狀態(tài)，各種施工誤差要控制在較小范圍內，并有可靠的聯結構造措施。 除在非常軟

2、弱的地層中，一般不需再設置臨時橫撐。 由于是自上而下分層建筑主體結構，故可利用土模技術。 挖土和出土往往是決定工程進度的關鍵工序。1.3 蓋挖逆作法的優(yōu)缺點 蓋挖逆作法的優(yōu)點 由于結構本身用來作為內支撐，所以它具有相當高的剛度。這樣使圍護結構的應力和變位減小，提高了工程施工的安全性，也減小了對周邊環(huán)境的影響。同時施工是在頂板和圍護結構保護下進行的，安全可靠，不受外界氣象條件的影響。 適用于任何不規(guī)則形狀平面或大平面。 已作結構的自身荷載由立柱直接承擔并傳遞至地基，減少了開挖時卸載對持力層的影響，降低了地基回彈量。 蓋挖逆作法的缺點 需要設臨時立柱及立柱樁，增加了施工費用。且由于支撐為建筑結構本

3、身，自重大，為防止不均勻沉降，要求立柱具有足夠的承載力。 混凝土的澆筑在逆作法施工的各個階段都產生先后交接處，這不僅給施工帶來不便，而且出現結構、防水等問題。1.4 蓋挖逆作法的適用范圍蓋挖逆作法的采用要從周邊環(huán)境條件、地質條件、工期、造價、安全性、建筑物規(guī)模形狀等多方面進行探討研究。以下情況可采用蓋挖逆作法。 大平面的地下工程一般說，對開挖平面的一邊邊長超過100m的大面積工程，由于平面為大跨度，內支撐長度將超過其適用界限。 大深度的地下工程大深度開挖時，由于卸除了大量的土重，基底會產生回彈現象，這將使建筑物在工后出現中央下凹的現象。采用逆作法，逆作結構的重量置換了卸除的土重，因此它能有效地

4、控制這種現象。隨著開挖深度的增加，側壓也就隨之增大，對內支撐的強度和剛度要求就會很大。而逆作法是以結構本體作為支撐，具備了相當大的剛度。 復雜形狀的地下工程當平面形狀是一種復雜的不規(guī)則形狀時，內支撐的壓力傳遞就很難進行。采用逆作法，結構本體就是與平面形狀相吻合的鋼筋混凝土或型鋼鋼筋混凝土支撐體系，大大提高了安全性。 周邊狀況復雜、環(huán)境要求高的工程當在要求圍護結構變形量特別高時，采用逆作法施工，逆作結構作為結構本體，本身具有很大的剛度，能有效地控制整體變形，從而減少了對周圍環(huán)境的影響。2 蓋挖逆作法施工工藝流程2.1 工藝流程先施工基坑的圍護結構和中間樁柱，圍護結構多采用地下連續(xù)墻或帷幕樁，中間

5、支撐則多利用主體結構本身的中間立柱。開挖表層土至主體結構頂板底面標高，可利用未開挖的土體作為土模澆筑頂板。頂板同時作為一道強有力的內支撐，防止圍護結構向基坑內變形，待回填土后將道路復原，恢復交通。以后的工作都是在頂板覆蓋下進行，自上而下逐層開挖并建造主體結構直至底板。施作圍護結構及中間柱土方開挖至頂板標高頂板地模頂板結構鋼筋混凝土待頂板砼達到設計強度后開挖下層土石方至中板標高中板地模中板結構鋼筋砼待中板砼達到設計強度開挖下層土石方至基底施作底板墊層砼底板結構鋼筋砼施作站臺層側墻施作站廳層側墻。兩層雙跨結構施工順序參見圖2-1。圖2-1 施工順序圖2.2 土方開挖及運輸2.2.1 明挖層土方施工

6、第一層采用機械一次性分幅開挖。2.2.2 蓋挖土方施工 開挖方法一般利用兩端風道作運輸坡道，小型機械開挖，小型運輸車輛裝車外運土方。有作業(yè)條件時采用挖掘機放坡開挖，直接裝車運輸；放坡不能開挖部分采用機械臺階后退法開挖，汽車外運；端頭剩余部分采用小型機械開挖，人工配合，垂直起吊，再裝車外運。 臨時道路為向車站內進料出碴，在兩側分別設置一條運輸坡道，坡道縱坡根據現場條件一般為812%，設單側排水溝。由于坡道使用時間較長，并且為蓋挖施工生命線，道路需進行硬化處理。 放坡開挖段施工施工時從兩端引入臨時施工便道至開挖層底部。然后用小型機械將土方挖除，作為會車場地和材料臨時存放場所。再從兩端向中部掏槽開挖

7、至分層底部，然后利用挖掘機開挖兩側土方，澆筑結構混凝土。如此層層循環(huán)至基底。 臺階法開挖段施工不能放坡開挖部分采用臺階法施工，由一端向另一端分臺階后退法施工。 端頭垂直提升段土方施工端頭不能直接用機械開挖外運的土方采用小型挖掘機配合人工挖裝到提升斗內，垂直提升轉運。2.3 中間樁柱施工中間柱的施工是逆筑法施工的關鍵工序，中間柱是車站施工階段主要受力構件，其單柱設計承載力達1000t以上。因此，鋼管柱加工及安裝精度和混凝土質量等要求很高，施工工藝復雜，技術難度大。中間柱常采用挖孔工藝。挖孔穿越流塑狀淤泥時，采用縮短進盡、超前插打護壁鋼筋、循環(huán)進尺控制在0.3m等技術措施，以順利通過軟弱地層。在通

8、過流砂層時采用縮短進盡、控制作業(yè)時間、在超前插打的鋼筋背后采用填塞稻草、加速凝水泥堵塞等措施，保證挖孔施工順利通過流砂層。 中間柱的施工測量挖孔精確定位，測量嚴格執(zhí)行“三級”復核制，精確測定樁心十字線。鋼管柱加工時將鋼管的中心十字線標定于鋼管上，定位基座先和鋼管柱試拼裝，并將鋼管柱的十字線標定于基座上。鋼管柱安裝時用鋼管的十字線對基座十字線。 鋼管柱安裝操作程序 挖孔至設計標高后吊放中樁鋼筋籠、連接中樁和中柱的小鋼筋籠，準確定位后采用臨時固定措施固定。 灌注中樁基混凝土至略低于基座底，并在混凝土初凝前預留基座固定螺栓孔。 待中樁混凝土達設計強度70以后，安裝定位基座，埋設固定基座的螺栓孔，用水

9、泥砂漿找平基座，并用1.0m水平尺檢查其平整度，要求控制在2.0mm以內，找平砂漿采用M30高強砂漿。 吊放安裝鋼管柱，柱底直接和基座焊接，柱頂以下1.0m對稱用可調式支撐固定。 灌注施工縫至樁基頂部位的混凝土，然后灌注鋼管內微膨脹混凝土。 安裝預留柱頂與頂板連接的鋼筋籠并固定，安裝柱頂鋼蓋板，焊接固定后壓漿成柱。 鋼管柱混凝土灌注中間樁基采用普通混凝土竄筒溜放灌注，人工下到孔底搗固。鋼管柱采用高拋無振搗自密實混凝土灌注，灌注技術措施如下。 鋼管柱采用微膨脹混凝土灌注，坍落度1518cm，粗骨料粒徑為15mm。 采用混凝土運輸車運輸灌注混凝土，每大于0.7m3拋落灌注一次。為充分排出鋼管內混凝

10、土中的氣泡，用小型振搗器對稱振搗鋼管外壁；柱頂拋落高度小于3.0m處始用插入式振搗捧充分振搗。2.4 地模施工2.4.1 地模施工工藝 基坑開挖至頂板結構底面以下2030cm，將局部的淤泥挖除并換填碎石。 按板底結構形狀整平基坑底面，回填第一層30cm厚6的水泥石粉墊層，用小型打夯機壓至密實，現場以機械夯壓至此層無明顯下沉和隆起時為止。 按頂板施工時的結構輪廓尺寸放線開挖溝槽并砌磚加固。 養(yǎng)護后，回填第二層約20cm厚6的水泥石粉，夯壓至無明顯下沉和隆起時止。 按結構底面尺寸放出輪廓線和控制線，并沿圖中所示的位置精確施作控制砂漿帶，其余部分則依據砂漿帶找平成型，并在初凝前提漿壓光，砂漿厚度控制

11、在25cm。2.4.2 地模施工技術措施 土模施工及板混凝土施工期間，將地下水控制在土模最低處墊層底以下0.5m左右。 機械開挖盡量一次成型，避免二次開挖擾動原狀地基，增加換填工程數量和施工難度。 為防止混凝土施工時，土模兩端土體隆起，土模墊層向頂板施工分段外延伸2.0m以上，并將墊層作成臺階形，以利土模穩(wěn)定。 土模按板底預留沉降量，并沿縱向和橫向設置預留上拱度，為保證車站凈空，頂板施工時將凈空尺寸適當加大。 土模表面在砂漿初凝前二次提漿、壓光，并在上鋼筋前均勻涂刷高級乳化油脫模劑，以防止土模與混凝土的不分離。2.5 頂板、中板及底板施工逆作法車站由于采用了地膜施工技術，其結構頂板、中板、底板

12、的施工就和明挖結構的底板施工相類似，故不再贅述。2.6 內襯墻施工 樁間填平圍護結構是車站結構防水的第一道防水屏障，圍護結構的防水質量與效果直接影響內襯墻的防水質量及施工。圍護結構的填平及防水處理措施如下。 主體土石方開挖時，隨開挖隨鑿除侵入襯墻范圍的圍護結構。 采用快速凝結水泥砂漿或注漿等治水措施封堵圍護凹槽滲漏水處，難于達到防水效果處可先采取埋管排水處理。 采用噴射混凝土填補平整。 內襯墻鋼筋施工襯墻上下接口預留了襯墻鋼筋，將預留的鋼筋焊接起來即可。 內襯墻模板支撐為避免內襯墻穿墻拉桿處滲漏水，內襯墻模板采用水平支撐方案。 混凝土澆筑及接口處理 鑿除內襯墻預留接口處襯墻的松散混凝土，并將施

13、工縫修鑿直成一條水平線，接口處修鑿成斜坡開口狀，按設計要求安裝止水條。 混凝土澆筑前清洗上下接口并用高壓風吹干墻內積水，襯墻采用泵送混凝土從澆筑窗口或從接口處直接入槽澆筑，插入式搗固器搗固。 接口處采用微膨脹混凝土澆筑，并且接口處混凝土初凝前進行二次搗固震搗，以確保接口處混凝土密實。3 關鍵技術要點3.1 中柱垂直度控制 讓鋼立柱懸空，用目測確認其垂直度。 懸掛長的鉛垂來確認其垂直度。 用傾斜計測定安裝在鋼柱中心的測定管的傾斜度，來確認其垂直度。3.2 結點施工在整個主體結構形成框架以前的施工階段，車站結構頂板、中板及底板均通過圍護和中間柱受力，所以逆筑法施工的結點施工質量非常重要，關系到逆筑

14、法及整個車站施工成敗。3.2.1 頂板與中柱、圍護樁結點頂板與中柱、圍護樁的結點連接措施詳見圖3-1所示。圖3-1 頂板與中柱、圍護連接示意圖頂板結點施工方法及技術措施如下。 圍護樁施作時預留樁頂鋼筋，在圍護樁頂設置圈梁，頂板鋼筋伸入到圈梁中，頂板與圍護樁通過設置在樁頂的圈梁連接成一個整體。頂板施工時，清洗及鑿毛樁頂和預留鋼筋并保護好該預留鋼筋；先綁扎圈梁鋼筋再安裝頂板鋼筋，以確保板鋼筋在圈梁中的錨固長度。 頂板與中柱的連接則通過設置在柱頂的中縱梁連成整體。頂板鋼筋綁扎前，先清理中柱預埋鋼筋，再綁扎中縱梁鋼筋，而板的鋼筋則通過中縱梁。 結點處混凝土同頂板混凝土一同澆筑，并用插入式搗固器加強搗固

15、，確保結點處混凝土質量。 中板與中柱、圍護樁的結點逆筑法施工方法中中板受力復雜，為確保中板安全，往往在中板結點處采用了多種綜合技術措施，其結點構造如圖3-2所示。暗梁 中板鋼筋 中板 施工縫 牛腿 鉆孔樁 預埋在鉆孔樁鋼筋籠上的鋼套箍 鉆孔樁鋼筋 鉆孔樁內預埋鋼筋中板與排樁結點焊縫 梁頂通長筋 梁底通長筋 焊縫hf=10mm 下腹板 下加強環(huán) 板橫筋 連接鋼筋 上腹板 上加強環(huán) 鋼管柱中板與中柱結點圖3-2 中板與圍護樁、中柱連接示意圖中板結點施工方法及技術措施如下。 中板與圍護樁結點 孔樁鋼筋籠上精確設置與中板接駁的預埋鋼筋及預埋鋼套箍，并采取定位、加固及保護技術措施確保中板接駁預埋件水平及

16、方向正確。 中板土模施工前，將結點處孔樁混凝土保護層鑿除搬出預埋鋼筋至水平接駁位置，并將接口樁身鑿成10cm的臺階。 中板鋼筋施工前清理預埋鋼套箍并焊接圍護樁支撐牛腿鋼板；先按設計要求綁扎暗梁鋼筋，再綁扎板鋼筋，并將水平橫向鋼筋與預埋鋼筋焊接，不能焊接的預埋鋼筋則按設計要求搬入襯墻接口暗梁中。 中板與中柱結點中板與中柱的連接結點是通過在鋼管柱上焊接鋼牛腿，鋼牛腿設置中縱梁，板鋼筋穿過中縱梁形成受力整體。鋼牛腿直接焊接于鋼管柱身，縱梁鋼筋焊接于鋼牛腿環(huán)板上，結點施工時采取以下措施控制焊接質量。 施焊前對焊接構件處中柱鋼管用鋼刷進行除銹，除污處理。 用電焊機分段分層施焊腹板與環(huán)板。鋼牛腿結點板與鋼

17、管柱連接全部為焊接，長、厚焊縫分段分層施焊。焊接時鋼管柱已承受較大荷載，因此，所有構件均對稱施焊，以避免焊接時產生大量的熱量引起鋼管柱不均勻變形。 牛腿焊接完成檢查驗收后，再將中縱梁鋼筋與結點板焊接，綁扎中縱梁鋼筋。 結點處混凝土同中板混凝土一同澆筑，并用插入式搗固器加強搗固，確保結點處混凝土質量。 底板與中柱、圍護樁結點底板與中柱、圍護樁的連接結點與中板類似，底板與圍護樁連接僅依靠設置在鉆孔樁樁身的預埋鋼筋。底板結點施工方法及技術措施同頂板、中板結點。4 勞動力組織和機具設備配置4.1 勞動力組織勞動力根據具體工作量、工作面情況、工期等要求配備。參見表4-1。表4-1 勞動力配備表序號工種數

18、量序號工種數量1起重工127電焊工302鋼筋工258木工103汽車司機209架子工84混凝土工810普工205電工411機械工86測工412領工員44.2 機具設備配置機具設備配備僅供參考，參見表4-2。表4-2 機具設備配備表序號設備名稱數量序號設備名稱數量115T自卸汽車208電焊機142濕噴機295T電動葫蘆23卷揚機410指揮車14測量儀器1套11PC-220挖掘機45HD-550挖掘機212PC-60挖掘機16鋼筋加工機械2套13混凝土運輸車67輸送泵25 安全注意事項5.1 施工現場安全措施 施工現場的布置符合防火、防洪、防觸電、防雷擊等安全規(guī)定的要求，現場的生產、生活用房、倉庫、

19、材料堆放場、修配間、停車場等臨時設施，應按總平面布置圖進行統(tǒng)一布署。 施工場區(qū)內的地坪、道路、倉庫、加工場、材料場、水泥堆放場、基坑四周均采用砂漿或砼進行場地硬化，危險地點懸掛警示燈或警告牌，有人經過的坑、預留孔洞設防護圍欄和明顯的色燈警示。在醒目的地方設置固定的大幅安全標語及各種安全操作規(guī)程牌。 根據國家頒布的安全規(guī)程，結合工程實際，編印通俗易懂的安全防護規(guī)程手冊。 具體制定各項安全施工規(guī)則，經常檢查安全施工執(zhí)行情況，對職工進行安全教育，組織有關人員學習防護手冊，并進行安全作業(yè)考試，考試合格的職工才準進入施工作業(yè)面作業(yè)。 重視水文、氣象資料，根據氣象特點制定防洪預案，若發(fā)現有可能危及人身、工

20、程和財產安全的災害預兆時，立即按防洪預案實施和采取切實可行的防災害措施，以確保人身、工程和財產的安全。 定期舉行安全會議，適時分析安全工作形式，指定有關管理人員，隊長和安全員參加，并做好記錄，各作業(yè)班組在班前班后對該班的安全作業(yè)情況進行檢查和總結，并及時處理安全作業(yè)中存在的問題。 加強安全檢查，建立專門安全監(jiān)督崗，實行安全生產責任制。遇有特別緊急的事故征兆時，停止施工，采取措施確保人員、設備和工程結構安全。 施工現場的生產、生活區(qū)按消防法有關規(guī)定，設置消防池和配備足夠的消防設施，明確消防責任人。 住房、庫棚、料場、修理間等消防安全距離應符合消防法有關規(guī)定。 氧氣瓶不得沾染油脂，乙炔瓶安裝防回火

21、安全裝置，氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，隔離存放的距離應符合有關安全規(guī)定的要求。5.2 施工機械安全控制措施 車輛駕駛員和各類機械操作員持證上崗，對駕駛員、機械操作員定期進行安全教育。 機械設備在施工現場集中停放。 起重作業(yè)嚴格執(zhí)行建筑機械使用安全技術規(guī)程和建筑安裝工人安全技術操作規(guī)程中的有關規(guī)定和要求。 使用鋼絲繩的機械，定期進行保養(yǎng)，發(fā)現問題及時更換，用鋼絲繩起吊、拖拉重物時，現場人員要遠離鋼絲繩。 設專人對機械設備、各種車輛定期檢查、維修和保養(yǎng)，對查出的隱患要及時進行處理，并制定防范措施，防止發(fā)生機械傷害事故。5.3 施工用電的安全技術措施施工現場臨時用電，嚴格按施工現場臨時用電安全技術規(guī)范中

22、的有關規(guī)定辦理。 現場臨時用電線路的安裝、維修、拆除由取得特殊工種上崗證的專職電工進行操作。 所有電線路采用“三相四線制”，機電設備按“一機一閘一漏電”設保護裝置。架設的電力線路符合有關規(guī)定要求。 變壓器設置圍欄，設門加鎖，專人管理，懸掛“高壓電危險、切勿靠近”的警示牌；變壓器設接地保護裝置，其接地電阻不大于4歐姆。 室內配電柜、配電箱前設絕緣墊，并安裝漏電保護裝置。各類電器開關箱和電器設備，按規(guī)定設接地保護裝置，電源開關箱加鎖。 檢修電器設備時停電作業(yè)，電源箱或開關握柄上懸掛“有人操作、嚴禁合閘”的警示牌或派人看管，嚴禁帶電作業(yè)。5.4 高處作業(yè)安全措施 高處作業(yè)人員戴好安全帽、系好安全帶、

23、穿防滑鞋。 禁止其它無關人員進入施工現場。 在基坑邊緣0.8-1.2m處，設置防護圍欄，圍欄高度不小于1.2m，要求牢固、結實、可靠。 從事架子、起重作業(yè)人員，定期檢查身體，持證上崗。 作業(yè)平臺上的腳手板采用滿鋪，且平順、牢固、無探頭板。施工搭設的梯道，腳手架、防護欄、安全網等防護設施符合安全要求，經安全員檢查合格后方可投入使用，工程施工應嚴格執(zhí)行建筑施工高處作業(yè)安全技術規(guī)范和建筑安裝安全技術操作規(guī)程有關規(guī)定。 基坑內施工的人員上、下班設專用的斜道或梯道。 高處作業(yè)面上用的料具放置穩(wěn)妥，小型工具、材料隨時放入工具袋內，傳遞料具安全可靠。 拆除建筑物自上而下進行，并注意防止其它部分坍塌；拆除建筑

24、物的欄桿、樓梯、模板、腳手架等，要和整體拆除程度相配合，不能先行拆掉，建筑物的承重支柱和橫梁，要待其所承擔的全部結構拆除后方可拆除。 夜間作業(yè)保持良好的照明，基坑周圍懸掛醒目的安全警示牌和警示燈。 高處作業(yè)使用的各種機電設備，鋼絲繩等設備按有關規(guī)定、要求辦理，并指定專人負責檢查，發(fā)現問題及時更換、處理。6 工程實例6.1 工程簡介廣州地鐵一號線農講所車站全長247.10m，位于廣州市繁華商業(yè)區(qū)的中山四路南側，平行中山四路橫跨德政路道路面下，東側為毛澤東農民運動講習所舊址，東南為省實驗中學和JY8物業(yè)開發(fā)地塊、西北為明珠購物世界和JY6地塊。西南為JY7地塊。其站址環(huán)境相互關系如圖6-1。圖6-

25、1 站址位置示意圖車站處于3單坡直線段，雙層雙跨島式站臺，標準段結構寬度19.2m，由于盾構過站要求東端結構寬度為26.7m，西端結構寬度為23.2m，車站平均挖深16.0m，圍護結構采用1.25m的鉆孔樁和在鉆孔樁之間作旋噴樁的聯合圍護結構。鉆孔樁間距400mm，旋噴樁樁徑為800mm，共計鉆孔樁334根，旋噴樁334根，車站主體結構頂板厚800mm，中板厚400mm，底板厚900mm，側墻厚600mm，砼設計標號均為C25、S8。根據工程地質勘察報告，該站地質情況復雜，地層自上而下分層大致為：（1）雜填土層，厚1.3m7.0m，直接覆蓋于淤泥層上。（2）淤泥層，厚1.5m10.30m，軟塑

26、流塑狀，平均天然孔隙比為e=2.03；壓縮系數a=2.23Mpa；屬高壓縮性土；（3）砂層呈透鏡狀分布，層厚1.5m4.0m；（4）粉質粘土層，厚1.5m4.0m；（5）粘土層，厚1m5m。（6）巖層：有強風化及中風化，層厚度不等，頂面埋深718.5m。地下靜止水位在地表以下0.9m2.8m。車站設計埋深，頂板全部位于流塑淤泥層中，中板部份位于淤泥層中，此層系典型的高壓縮性軟土。不宜作為天然地基。本站為地下雙層雙跨矩形鋼筋混凝土結構，中間設Ø700mm單排鋼管柱，柱間標準間距為8.0m。農講所車站是廣州地鐵一號線唯一采用全蓋挖逆作法施工的車站。6.2 施工情況本站采用蓋挖逆作法施工。圍護結構鉆孔樁采用一