盖挖法灵活铺盖技术研究与应用

作者:江浩 徐佳胤
单位:中亿丰建设集团股份有限公司
摘要:在城区路口建设地下工程,采用明盖挖结合施工,是解决施工和交通、环境冲突问题的有效方案。结合苏州滨河路下穿隧道工程实践,运用工效计算、对比分析等方法,研究明盖挖结合基坑施工中铺盖体系的选择与合理调整、支撑体系的布置与安装、盖板下出土方案等施工关键技术。充分发挥了明盖挖结合法施工的优势,提升施工效率。
关键词:市政工程隧道盖挖法铺盖体系支撑体系施工技术
作者简介:江浩,工程师,E-mail:460276477@qq.com。
基金: -页码-:87-89,94

0 引言

   基坑明挖法出土简单、施工方便、经济,但开放式施工将长时间阻碍中心城区的交通,影响周边商业环境及人们的正常生活。苏州等地的软土、富水地层中如采用暗挖法施工技术难度较大,需采取足够的地基加固措施。盖挖法以其安全、利于交通和适中的施工成本,成为适用于中心城区地下工程的施工方法。但全盖挖法在施工进度、出土效率、交通疏导等方面仍有缺陷,因此采用明盖挖结合法施工,可综合利用盖挖与明挖施工的优势,是解决繁忙十字交叉路口基坑施工问题的有效方案。

   本文以苏州滨河路路口下穿隧道的明盖挖结合法基坑为例,探讨了明盖挖结合法施工的优势,研究铺盖形式的选择和合理调整、支撑布置与安装、盖板下出土方式等施工关键技术。

1 明盖挖结合基坑施工方案

1.1 基坑平面布置

   狮山路综合改造工程———滨河路下穿通道,位于苏州狮山路与滨河路交叉路口,是1条地下人行通道,东、西、南、北有分别设1个出入口。基坑形状呈π字形,共分6个区域:A,B,C,D,E和F。为保证施工期间路口的车辆正常通行,A,B,C 3个区域为盖挖施工,D,E,F区域为明挖施工,基坑布置如图1所示。

图1 基坑平面布置示意

   图1 基坑平面布置示意  

   Fig.1 Plane layout of the foundation excavation

   施工首先在半幅路面上施作盖板,另外半幅路面正常通车。盖板完成后可正常通车,盖板下同时进行基坑开挖和结构施作,另外半幅路面围挡起来进行明挖施工。经过经济技术比较,该方案与全盖挖法相比有以下优势:(1)全程不会中断交通;(2)施工机具可从明挖区进入盖挖区,盖板下的开挖、出土、材料吊运都相对便捷,施工难度低;(3)整体工期缩短;(4)工程造价较低。

1.2 盖挖区基坑断面布置

   A,B,C区盖挖法基坑的开挖深度为10.7m,采用600mm厚钢筋混凝土现浇盖板,在盖板完成后,车辆在盖板上行驶,盖板下进行开挖及主体结构的施作,基坑断面布置如图2所示。

图2 基坑横断面示意

   图2 基坑横断面示意 

   Fig.2 Cross-section of foundation excavation

   基坑围护结构采用钻孔灌注桩,并支承盖板。在钻孔桩的外侧设三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕。盖板作为第1道支撑,基坑内第2道支撑为钢支撑,支护体系如表1所示。钻孔灌注桩技术成熟,施工工艺简单,具有安全可靠、刚度较大和适应性很强等优点,能适应苏州较为软弱的地层条件。与此同时,钻孔灌注桩与水平钢支撑结合的围护结构具有施工进度快、造价低等优点。

   表1 盖挖区支护体系
Table 1 Supports system at cover excavation area  

表1 盖挖区支护体系

1.3 铺盖体系选择

   铺盖形式的选取应当针对建设条件,因地制宜。综合考虑技术难度、施工成本、材料来源、建设工期等因素,选择尽可能节约投资、缩短工期、施工便捷的方式。

   一般盖挖法中盖板用作临时路面,地下结构建好后破除(或移除)。而本工程作为下穿隧道工程,结合地面道路的改造,选取现浇钢筋混凝土盖板。基坑回填后不破除,而是将盖板用作改造后道路的基层。盖板既充当了临时通行路面,又充当了新建永久道路,同时还承担了基坑第1道支撑的功能。并且钢筋混凝土盖板刚度大,变形小,经计算后基坑内不需要设中间桩柱支撑。这一方案既降低了施工成本,又缩短路面改造工期,经济高效。

   在盖板不拆除的情况下,基坑回填密实成为急需解决的问题。工程采用先填部分素混凝土,后用地泵泵入泡沫混凝土至盖板下的回填方法,分仓回填密实。经计算,这种回填方法既可以满足地下结构顶板的承载力和抗浮稳定要求,也避免了地基压实不到位使得上部道路沉降不均开裂的问题。

2 铺盖形式调整

2.1 施工实际问题

   调整铺盖方案后基坑如图3所示,在A,B区域的基坑南端,除已迁改的管线外,还存在给水管、污水管从盖板下穿越,把盖板下3m的净空隔断,小挖机无法进到管线南侧进行开挖作业。且由于这一端远离明挖区,使得从明挖区出土和吊运材料都费时费力,严重影响施工效率。

图3 调整铺盖方案示意

   图3 调整铺盖方案示意  

   Fig.3 Adjustment of paving scheme

   因此,为使开挖、出土作业顺利进行,便于材料吊装与运输,同时也考虑到保证给排水管线的安全,对铺盖系统进行了调整:在A,B区域的南侧端部使用可移动的6m×10m的钢盖板替代现浇钢筋混凝土盖板。钢盖板采用制式贝雷梁和桥面板拼接而成,以满足重型交通通行要求,钢盖板架设在灌注桩围护结构上。即浇筑A,B区域盖板混凝土时南端预留6m宽洞口,用作局部出土。冠梁和周围盖板预留连接筋,基坑回填完成后补浇;夜间打开盖板,明挖施工,解决出土和吊运材料问题,白天盖上盖板供车辆通行,解决交通问题。经过工效计算,该方案能保证对总工期不产生影响。

   但由于原钢筋混凝土盖板还兼具了基坑第1道支撑的功能,改为钢盖板后,盖板与围护结构分离,不再具有整体性,为保证基坑的稳定,需考虑是否要在钢盖板下增加第1道支撑。以下对第1道支撑的布置方案进行分析。

2.2 第1道支撑布置方案

   本工程位于主要交通路口,采用内支撑体系。内支撑体系中常用的是钢筋混凝土支撑与钢支撑。综合考虑受力及变形特征、施工和拆除难易程度、施工现场条件、进度要求等,对钢盖板下的第1道支撑由600mm厚钢筋混凝土盖板兼具第1道支撑改为3种布置方案。

   1)方案1不设第1道支撑。

   2)方案2609mm×16mm双拼钢管支撑,与原有钢筋混凝土冠梁连接。

   3)方案3 800mm×800mm钢筋混凝土支撑,钢筋与原有钢筋混凝土冠梁的钢筋焊接。

   由灌注桩形成的刚性挡土墙在保证基坑稳定中起了主要作用。在围护结构嵌入深度足够且共设2道支撑的前提下,仅第1道支撑布置形式的改变对基坑整体的稳定影响不大。数值模拟验算结果也显示,3种方案均可满足施工期间围护结构位移和地表沉降控制的要求。但方案1变形略大于方案2,3,说明第1道支撑的设置起到了减小基坑变形和地表沉降的效果。

   在3种方案都能满足基坑变形控制要求的前提下,主要从施工角度选择。考虑到下设支撑可支承上部钢盖板,使得在相同交通荷载下,盖板最大弯矩减小,盖板向下传力更均匀,减轻盖板形变,故不采用方案1。由于钢支撑装、拆方便,施工速度快,可周转使用,避免单独设置钢筋混凝土支撑还需单独支模的麻烦。如对基坑变形控制要求高,还可施加预应力来减小变形。

   因此,综合安全、经济性和施工便利性考虑,选择方案2作为钢盖板下支撑布置方案。

2.3 钢支撑安装

   本工程支护结构中主要使用钢管支撑。明挖区与A,B钢盖板区的钢支撑安装可采用汽车起重机在基坑上部进行下料安装,而在钢筋混凝土盖板区的钢支撑无法在基坑上部直接下料安装。需在明挖部位下料后,在基坑内进行水平运输就位后安装。基坑内大型机械设备无法进入,钢支撑等材料通常采用小型机械。

   1)采用小挖机进行吊运钢支撑单根长约10m,需采用2台小挖机进行抬吊,整个安装过程中,单根钢支撑安装需花费40~50min,需2台小挖机及2~3名工人配合,施工效率低。

   2)采用叉车运输安装无需额外人工配合捆绑钢丝绳进行起吊,只需1台叉车在钢支撑中心位置,将叉车臂深入钢支撑下,直接抬起进行运输即可。且叉车运行速度约15m/min,相比小挖机双台抬吊5m/min的运输速度大幅提升。采用叉车运输后,钢支撑每根的安装耗时约20min,施工效率相对较高。

   通过工程实践对比,原采用小挖机安装B区钢支撑,共投入挖机2台、人工3人(不计钢结构专业安装人员),耗时约6h。采用叉车进行A区钢支撑安装,投入叉车1台,辅助人工1人,耗时约3h,提高了施工效率。

3 盖板下出土方案研究

3.1 土方开挖方案

   明挖区第1层土方采用大挖机直接开挖,2,3层土方采用小挖机在坑底打堆后,在基坑顶用长臂挖机掏出基坑外。但在盖挖区土方因盖板的存在,无法采用和明挖法一致的方式,尤其第1层土方开挖困难。针对盖板下第1层土的出土可采取的措施如下。

   1)在钢筋混凝土盖板施工前,采用大挖机将第1层土方预先挖走,挖至顶板标高。之后搭设支架模板到盖板设计高度来浇筑盖板。

   2)先挖除少量土方,以原土面充当模板施作盖板。在盖板施工完成后,先对相邻明挖区域进行开挖,明挖区首层土方挖完成后,从明挖区进入盖板下进行掏挖。

   经计算分析,采用预先开挖并搭设支架浇筑盖板时,因盖板下存在多种市政管线,避让管线搭设支架难度高,进度慢。单个区域模板支架搭设耗费约10d工期,为避让市政管线,支架主梁需额外增加5t[10,增加了施工成本。而先施作盖板后开挖第1层土方,节省了支架搭设的工序,施工进度可节约6d,且没有增加投入。这种出土方式充分反映了半盖挖法施工的优越性。

3.2 盖板下土方运输

   针对盖板下土方无法垂直运输的问题,一般采用小挖机将土方向盖板外运出。但采用单台小挖机在盖板下掏挖并外运,工作效率低,仅为150~200m3/d。工程采取3台小挖机配合工作,将土方接力翻运出盖板区域,提高了出土效率。采用3台挖机联合挖运后,出土效率提高为700~800m3/d,平均每台挖机出土230~260m3/d,配合熟练后,平均每台挖机出土效率可达300m3/d,大大提高了出土效率。

4 结语

   1)苏州滨河路下穿隧道工程采用明盖挖结合法施工,全程不会中断交通;盖板下的开挖、出土、材料吊运都相对便捷,施工效率高,经济适用。

   2)采用现浇钢筋混凝土盖板既作为临时通行路面,又作为新建永久道路,还承担了基坑第1道支撑的功能,降低了施工成本,又缩短路面改造工期。

   3)在盖板下吊装钢支撑,采用叉车施工经济高效;盖板下的挖土采用先原土面浇筑盖板,后开挖第1层土方的方式,节省了先开挖法支架搭设的工序。盖板下运土采用多台小挖机联合翻运至明挖区,发挥了明盖挖结合法的优势。

    

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Research and Application of Flexible Paving Technology in Covered Excavation Method
JIANG Hao XU Jiaying
(Zhongyifeng Construction Group Co.,Ltd.)
Abstract: In the urban area,combination of cover excavation method is a efficient way to solve the conflicting of foundation construction and traffic flowing. Based on the practice of Binhe Road underground tunnel in Suzhou,the key technologies of cover excavation method are studied,such as selection and adjustment of cover-plate systems,arrangement of supporting systems,excavation schemes under cover-plate,etc. The mentioned method has developed the advantages of open-cover excavation of foundation,and improved the building efficiency.
Keywords: urban project; tunnels; cover excavation; paving system; supports; construction
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