1 工程概况

　　长沙冰雪世界项目位于长沙市坪塘镇百米深废弃矿坑(见图1)，矿坑深达100m、长440m、宽350m，岩壁坡度80°～90°，地形地质情况复杂。通过对城市生态修复，并结合推动城市旅游产业的发展，在该矿坑中建立1座冰雪游乐场，该建筑与自然崖壁地势紧密结合，充分利用矿坑特有形态进行设计。

　　长沙冰雪世界主要建设为水乐园与雪乐园相结合的主题乐园，项目建筑架立于矿坑中。主体结构由坑底竖向支撑、重载混凝土平台和钢结构屋盖3部分组成(见图2)。其中竖向支撑为混凝土结构，由高达37～60m 48根墩柱和18道剪力墙组成;重载混凝土平台长220m、宽175m、面积约3万m²，距坑底最深达60m;屋盖为钢结构，承载水上乐园功能，长240m、宽164m，采用主次桁架结构形式，总用钢量约2.1万t。

　　图1 矿坑原始地貌  

　　图2 项目结构体系 

　　2 项目建造重难点分析

　　1)在深矿坑中建造大型公共建筑，其复杂的建设环境导致项目施工部署难度大。

　　2)矿坑岩壁溶洞裂隙较丰富，为喀斯特地貌，重载混凝土平台坐落在岩壁上，对岩壁承载力要求高，需加固破碎岩壁，复杂地质环境加固难度大。

　　3)项目建设需将约8万m³混凝土运输至坑底，而下坑道路狭窄，无法满足车辆运输，如何进行高性能混凝土垂直向下百米输送是一大难题。

　　4)本工程重载混凝土平台距坑底高度约60m，平台梁跨度大，截面为巨型箱形梁和工字形梁，在复杂坑底环境下高支模架设计与施工难度大。

　　5)由于钢结构屋盖承载水乐园，荷载约30kN/m²，结构形式为重型桁架，如何在矿坑中部楼面平台上将巨型桁架安装在40m以上高空是一个难题。

　　6)在长沙亚热带地区建设冰雪游乐园，如何对百万立方米冰窟空间进行保温是建设关键点。

　　3 绿色建造关键技术

　　3.1 深矿坑建造部署

　　1)修建下坑道路为满足下坑交通运输的要求，修建1条下坑主道路，主要顺原有小道沿坑壁环形设置，道路宽度满足双向车辆行走，修建坡度为8%左右，主要利用坑壁爆破至坑底土石方修建。

　　2)矿坑建造塔式起重机布置为满足建筑材料转运，塔式起重机在矿坑环境下的运输作用至关重要，布置型号和位置关系到项目施工效率。项目在矿坑内主要布置6台塔式起重机(见图3)，满足建筑物的全覆盖，其中2台设置在坑底，4台沿周边布置，并综合考虑塔式起重机各阶段起重量的不同需求。

　　3)沿坑壁人货电梯设置人货电梯间接附着于岩壁。先在坑底安装塔式起重机标准节，标准节组装高度超过坑顶高度2m，再将施工升降机附着在标准节上，左右两侧各设置2台人货电梯。根据受力分析选用TC6517塔式起重机标准节，并在标准节上设置2道附臂与岩壁进行拉接，增强其稳定性。

　　4)复杂环境临时堆场建立由于坑底场地狭小，作业面多，利用坑底爆破的土石方，修建1个约2 000m²堆场，满足局部材料堆放，并在坑顶塔式起重机覆盖范围设置4个堆场。

　　图3 矿坑建筑塔式起重机布置 

　　5)矿坑截排水设计冰雪世界坑口面积18万m²，周边大量雨水汇聚至坑底，项目距湘江仅800m，且坑底标高低于湘江水面，有丰富的地下裂隙水渗入。组织坑底截排水对项目实施非常关键，沿着坑壁顶、下坑道路及坑底设置3道截水沟，在坑底设3个不同层级集水井，将水汇集在1号集水井集中抽排。

　　3.2 破碎岩体坑壁加固技术

　　该项目混凝土平台坐落在周边岩壁上，边坡支护设计对岩体微扰动要求高，坡面成型精度控制难度大。矿坑岩壁溶洞裂隙发育严重，存在竖向溶蚀裂隙断层，由于矿坑岩壁需承载平台荷载，需采用超长锚索+格构梁方式对岩壁进行加固处理。

　　1)岩溶地质矿坑岩壁微扰动综合爆破施工技术进行爆破试验、提炼数据，优化爆破方式，预测爆破损伤破坏及影响范围;通过深孔爆破、浅孔爆破及预裂爆破相结合的方式，达到对岩壁的微扰动，并满足边坡成型精度要求。

　　2)基于BIM技术三维地质平台的坑壁加固技术项目坑壁采用3 000余根锚索进行加固，锚索长度20～65m，分布于矿坑岩壁上。由于矿坑岩壁区域溶洞裂隙发育严重，且矿坑边坡有300余根地库桩基，为避免锚索穿越溶洞造成难钻进、塌孔、卡孔、偏孔，并使锚索位置避开桩基位置，通过BIM技术与超前钻数据建立三维地质模型(见图4)，可视化岩壁溶洞及桩基位置，指导锚索施工。

　　图4 锚索与边坡桩位置三维模型  

　　3)复杂岩溶地质超长锚索施工技术先通过现场锚索试验施工，详细了解超长锚索施工工序，针对过程中的重难点进行深入剖析研究。锚索钻进过程中，遇渗水、裂隙、夹层等正常固结注浆施工无法达到二次成孔要求的情况下，及断层破碎带采用固结注浆施工遇大溶洞有填充物、承压水且水系连通时，采用跟管钻进法处理。

　　3.3 高性能混凝土百米向下输送技术

　　本工程混凝土浇筑量大，最大日浇筑量约1 300m³。坑底基础、梁柱采用C60 P10混凝土，质量要求高。从坑顶至坑底只有1条干道通行，大量搅拌车向下行驶会影响材料进出，并降低混凝土施工效率。且下坑底干道坡陡、路窄，混凝土运输车不能满载通行，降低了车辆运输效率。仅靠搅拌车沿道路向下运输混凝土，无法满足施工需求，必须借助管道进行输送。目前国内高性能混凝土向上泵送600m以上已不是难题，但垂直向下输送100m尚未有成功先例可循，前期试验堵管、爆管等问题频发，混凝土离析严重。施工过程须解决混凝土向下输送技术难题。

　　1)采用混凝土大落差溜送+二次搅拌+向下泵送工艺解决了百米深坑大方量高强度等级混凝土输送问题，其中向下溜管长度达82m，垂直落差60m。管道直径为219mm，沿坑壁走势布置，并固定牢固。中部设置两级转换斗，管道采用无纺布包裹，并沿途设置喷淋，保证管道表面温度不过高或过低。

　　2)采取优化骨料级配、优化胶材体系、调整砂率、掺加黏度调节剂等措施改善黏聚性，成功实现混凝土长距离大落差溜送的工作性能。基于混凝土工作性能检测装置制定形成大落差溜送混凝土工作性能指标评价体系。碎石级配曲线如图5所示。

　　图5 碎石级配曲线  

　　3.4 重载混凝土平台高支模体系设计与实施

　　本工程混凝土平台距坑底最大高度达60m，平台梁最大跨度为61m，截面为巨型箱形梁及工字形梁，箱形梁最大截面为2 500mm×5 000mm×500mm×500mm，每延米重达22t。故对支模体系选择和搭设要求非常高，必须保证支模体系承载力与整体稳定性要求。

　　1)通过多次专家论证，在多方案比选中确定支撑体系采用钢管立柱+梁底贝雷梁方式，格构柱采用609×16钢管立柱，由4根钢管立柱组成格构式，格构柱截面中心标准尺寸为6m×6m，并沿竖向设置3道剪刀撑。根据混凝土梁布置设置主、次贝雷梁，贝雷片标准截面长3m、高1.5m，通过销轴组成3m倍数的长度。为确保支撑体系安全稳定，进行大量分析计算，并根据计算结果进行支撑体系构造及用量设计。

　　2)结合混凝土梁叠合施工法进行支撑体系设计。设计过程中通过混凝土梁叠合施工与贝雷架支撑体系共同作用进行分析(见图6)。主梁分3次叠合施工，次梁分2次叠合施工，通过已浇筑混凝土与支撑体系共同受力承担后续浇筑混凝土荷载，解决了巨型主梁极限情况仍不能满足受力的难题;并且通过该叠合设计法节约大量支撑数量，比全部一次承担荷载支撑体系设计节约1/3材料用量。

　　图6 平台梁叠合施工与高支模结合应用 

　　3.5 重型桁架液压提升技术

　　本工程钢结构屋盖顶部承载屋顶水乐园，由于承载力要求高，属于重型钢结构体系。屋盖体系主要由主桁架、次桁架及环桁架组成。主桁架最大跨度78m，单榀最大重约1 480t，环桁架跨度48m，单榀重约300t，次桁架跨度24m，单榀重约100t。由于钢结构屋盖安装场地在矿坑中部平台楼板上，楼板承载力无法满足大型机械设备上楼板作业，桁架安装采用地面拼装、分榀液压提升方法。

　　1)主桁架提升利用已安装好的钢柱作为支撑点，为避免悬臂式钢柱提升过程中水平位移较大，难以满足提升到位后对口精度的要求，在钢柱提升桁架一侧设置2台液压提升器用于提升作业，另一侧设置2台液压提升器进行反向背拉，保证悬臂柱在提升状态下的水平位移在可控范围内。

　　2)环桁架主要通过设置提升塔架进行提升，在钢柱两侧各设置1组提升塔，在横梁上设置提升器。

　　3)次桁架提升利用已安装好的主桁架或环桁架，在桁架弦杆上设置提升器。通过液压提升方式，顺利完成屋盖钢结构安装，并确保安装精度。

　　3.6 百万立方米冰窟保温节能技术

　　冰雪世界空间高度38m，建筑面积约3万m²，整个空间约100万m³。室内温度常年控制在-4℃以下。长沙处于亚热带地区，对于冰窟的保温非常重要。

　　1)利用矿坑天然小环境气候进行保温设计，室内冰雪乐园三面厚实岩体形成1个天然岩体保温场。通过设计屋顶水乐园和坑底水乐园，将雪乐园包裹在2层水之间，从设计上将冰雪乐园处于一个天然保温环境中。

　　2)在冰雪乐园室内采用150mm厚PIR保温板将整个冰窟包裹，形成1个大冰箱。采用超长保温板整板安装、悬挂式浮沉干挂结构体系、吊顶板无托梁设计、全自动打胶等安装方式进行冷热桥阻断处理，减少漏冷点，确保保温效果。

　　4 结语

　　冰雪世界项目为百米深坑内建造的一座雪世界与水世界相结合的主题乐园，复杂的地理环境及特殊的功能要求导致其建造难度大，技术要求高。项目采用新型工艺和创新性技术顺利完成，并取得了高质量科技成果。