大型地下空间与地铁工程同步施工关键技术研究*

田 勇，田 周，骆发江，马 冲，孟 锦，张 波，陈生杰

(中建三局集团有限公司，陕西 西安 710065)

1 工程概况

“西安市幸福林带建设工程”规划范围为北起华清路，南至新兴南路，东起幸福路，西至万寿路，规划长度5.85km，平均宽度200m，其中林带宽140m，市政道路改造宽60m，总占地面积1 755亩(1亩 =666.67m2)。其中，一工区(WS K0+000—WS K1+830)全长1 830m，区段范围为西影路至共青团路北220m。

一工区区域包含两区间及一车站，区间为等驾坡站—万寿南路站区间及万寿南路站—韩森路站区间，车站为等驾坡车站。地铁西侧为万寿路管廊，两者间水平距离为1～5m，采取放坡开挖。地铁东侧为地下空间，地下1层作为商业连通使用，两者结构间水平距离仅为0.3m，对于两者结构高差3m以上的，采用共建支护桩垂直支护且视为空间筏板的加强段。地下空间与地铁剖面位置关系如图1所示。

图1 地下空间与地铁剖面位置关系

2 关键问题及对应的技术措施

2.1 地下空间与地铁同步共建进行土方开挖与基坑支护施工

1)措施对策1 对于高差<3m 的地下空间与地铁工程，可采取垂直开挖，挂网喷浆支护。

2)措施对策2 对于高差>3m 的地下空间与地铁工程，可采取以支护桩作为筏板封边加强段进行施工，支护桩埋深≥3.5m，悬臂高度≤5m，>5m的高度需进行锚索加固。共建支护桩冠梁顶标高与高处地下空间结构底部标高一致。随着土方分层开挖使支护桩侧面逐渐露出，开始进行挂网喷锚施工(见图2)。支护完成后进行底部地铁施工，以保证地铁与地下空间同期施工。

图2 共建支护桩剖面

2.2 地下空间与地铁进行结构隔离墙体施工

地下空间与地铁工程共建施工中，外墙间距仅为0.3m，不能进行双侧支模施工。因两者的功能不同、使用年限不同，所以必须使用砖胎模将两者结构分开。

措施对策为：本工程采用砖墙提前插入施工，墙体两侧同时施工单侧支模预铺反粘防水卷材，施工完毕后两者同时进行主体结构施工的方法(见图3)。

图3 共建墙体(单位：m)

具体施工方法为：在较深结构位置设置C15混凝土基础，宽400mm，深350mm。砖墙采用MU5砖，用M7.5水泥砂浆砌筑。构造柱水平间距3m，构造柱截面尺寸为240mm×300mm，主筋保护层厚25mm。构造柱、圈梁混凝土强度等级C30。沿墙高每3m设置沿墙全长贯通的钢筋混凝土圈梁。圈梁高≥120mm,配筋：纵筋≥6φ10mm，箍筋φ6@250mm。砖墙完成后，进行单边支模防水施工，并注意斜撑间细部处理。斜撑与地面夹角45°～60°,斜撑水平间距3m连接构造柱。竖向斜撑间距3m，每隔1道圈梁连接1道。圈梁及构造柱浇筑时提前预埋斜撑连接钢筋φ20。斜撑在板上预埋的钢筋与主体结构单边支模一致。

由于现浇砖墙不承受侧压力，只是起分离、保护、饰面作用，所以地铁与地下空间混凝土浇筑须同时进行，且分层浇筑高差≤300mm，避免单侧浇筑对砖墙形成侧压力。混凝土浇筑至斜杆底部300mm处可取出斜杆。

2.3 地下空间与地铁共建进行外架施工

对于地下空间与地铁工程共建施工，采用传统的先地下后地上进行“甩胯”的施工方法，为加快现场施工进度，项目部采用可拆卸的一体式悬挑脚手架施工工艺，保证两者施工同步实施。

措施对策为：项目在地铁中板结构以上部位使用悬挑架，悬挑架搭设完成效果如图4所示，本工程脚手架设计荷载标准值为2kN/m2。

图4 悬挑架实例

可拆卸的一体式悬挑脚手架施工顺序为：地铁侧墙施工时在中板处预埋悬挑架，然后拆除地铁外架，进行地铁与地下空间之间肥槽回填，施作地下空间筏板、导墙。由于高度原因，地下空间侧墙部分在筏板、导墙施工完成后继续施工，并不得超过预埋件底部。待地铁侧墙全部施工后，拆除悬挑外架，施工剩余地下空间主体结构(见图5)。

图5 剖面示意

悬挑脚手架须等到中板混凝土达到设计强度后方可搭设。

可拆卸的一体式悬挑脚手架施工方法如下。

1)高强螺栓预埋 ①地下2层主体结构外墙合模施工时应根据悬挑定位预埋M30高强螺栓。②高强螺栓预埋高度根据地铁与地下空间高差决定，开始先预埋三脚架上部螺栓，下部螺栓与上部螺栓向下间距850mm，且上、下部螺栓均预埋在同一竖向平面内。③螺栓螺母一侧朝向外墙外侧，外露长度约5cm(含螺母长)；预埋时可先预埋两侧螺栓，再拉通线进行剩余螺栓预埋，保证在一个水平面上。④预埋螺栓水平方向间距为 1 500mm；遇转角部位为满足架体搭设需要，预埋螺栓间距及数量应做适当调整。

2)脚手架杆件搭设要求 脚手架宽900mm，内立柱离建筑物400mm，步距1 800mm,纵距 1 500mm，外侧立杆中部设置腰杆间距600mm。

3)三角型钢悬挑架固定以及悬挑架上部立杆固定 ①立杆与悬挑架连接采用如下做法：在型钢上立杆固定的相应位置预先焊接150mm长φ25钢筋，焊缝要求饱满且符合相关规范要求；②悬挑架固定高强螺栓连接副应由1个螺栓、2个螺母和2个垫圈组成(见图6)。

图6 立杆与型钢连接

4)其余施工同正常脚手架施工。

2.4 地下空间与地铁共建进行整体防水施工

因地下空间与地铁工程均为地下工程，且地下1层全为商业使用，存在多个连通口，所以本工程防水施工时，除考虑各结构的自防水外，还增设加强防水处理措施，避免二者结构间发生互渗及顶板向隔墙渗、漏水现象。

1)措施对策1 在与地下空间的底板防水层同标高处，地下空间与地铁间砖墙上增加1层4mm厚SBS改性沥青卷材防水层(其下为20mm厚1∶3水泥砂浆找平层)，卷材与地下空间的底板防水卷材和地铁外墙的防水层两边搭接宽度500mm,卷材上为20mm厚1∶3水泥砂浆保护层，再在保护层上砌墙(见图7)。

图7 结构间底板加强防水做法

2)措施对策2 地下空间顶板与地铁顶板标高不齐平时，两结构的阳角要增加1道玻璃丝布和水乳型氯丁橡胶防水涂料，范围为各500mm。地下空间顶板与地铁顶板标高齐平时，地下空间和地铁顶板两边再铺设3mm厚SBS改性沥青卷材防水附加层搭接相连，搭接宽度每边各500mm，砖墙上用20mm厚 1∶3 水泥砂浆找平。此处应为找坡层的最高点，左、右1m范围内坡度>1%(见图8)。

图8 结构间顶板平齐时加强防水做法

3)措施对策3 地下空间顶板与地铁顶板结构平面不紧邻处(如地下通道、空间各段连接通道)的南北两端的砖墙竖向上增加20mm厚1∶3水泥砂浆找平层和1层4mm厚SBS改性沥青卷材防水层，卷材与地下空间的外墙防水卷材和地铁外墙的防水层两边搭接,搭接宽度200mm，防水层外50mm厚聚苯板保护(见图9)。

图9 地下1层连通口两侧侧墙防水加强做法

2.5 地下空间与地铁共建高质量回填施工

地下空间与地铁工程结构施工完成后，需对2个结构工程进行肥槽回填。由于均为地下工程，回填土的质量至关重要，将直接影响主体结构的安全稳定性。对于2个墙厚不相同、功能不相同、使用结构年限也不相同的结构，如何进行同步分层、对称回填，以及如何选择更优质的填料施工，成为本工程的重、难点。

1)设计方案1 使用素土回填，素土回填易发生沉降、坍塌、透水等现象，不能很好地保护主体结构，压实度难以保证。而且回填土出现下沉会导致防水卷材撕裂，影响结构防水性能，后期维修次数增多，维修费用高。

2)设计方案2 使用1∶6水泥土。水泥土为柔性结构，可应对竖向沉降，也可在水平方向应对结构水平位移。但水泥土需添加大量水泥，而且水泥土核心为配合比控制，若配合比存在偏差，会影响整体水泥土的强度及耐久性。现场水泥土回填需大型机械配合，且边角部位需人工处理，导致工效降低，在节约费用及缩短工期方面效果都不明显。

措施对策为：通过黄土、水、水泥、外加剂的组合，配制满足回填要求的黄土基混凝土，使其具有一定的流动性、强度及抗渗性。通过1套搅拌、制浆、泵送的机械设备，灌注填充预定的回填区域，完成回填作业，同时检测试件满足要求。

回填土工艺流程为：配合比试配→现场调试机械→回填施工准备→泵送回填黄土基混凝土→留设试块及检验→回填完成，现场清理。

1)回填施工准备 ①肥槽基底清理 肥槽基底表面在回填前应检查基层并清除基底的腐殖土、垃圾、施工材料等；②测量放线 确定回填边界尺寸、标高，计算相应材料需求量，配置相应的人力、机械，确定相应的回填计划、工期等；③端头封堵加固 对预定回填的肥槽区域端部进行封堵加固，防止回填黄土侧流。

2)泵送回填黄土基混凝土 ①输送 提前准备好相关拌合材料，设备启动后，由人工进行水泥、水、外加剂添加，小型挖掘机配合进行黄土筛送添加；调节各材料的泵送速率，使之位于30～40m3/h，使各材料掺量符合试验配合比。②浇筑 回填高度>3m时，采取分层浇筑作业，每层浇筑高度≤2m；待下一层浇筑凝固后，再进行上一层浇筑；使混合料凝固且密实度、内部散热达到要求。

3)留设试块及检验 回填浇筑完成后，按混凝土试件的取样制作相关规定留置试件。经检测，黄土基试块强度达到0.2～0.4MPa，满足要求。

4)回填完成现场清理 回填完成后，及时移动或拆除相关回填机械设备，清理现场剩余材料及相关工具。

黄土基混凝土施工采用自卸汽车取土运输、固定设备搅拌及小挖掘机上土作业的自密实回填施工方法。土料优先采用基坑中挖出的优质黄土，不得含有机杂物，严禁采用冻土、膨胀土、盐渍土。应先过筛后使用，其颗粒粒径≤15mm，含水率<20%。可采用P·O32.5级及以上水泥。

综上所述，使用黄土基混凝土进行肥槽回填，施工速度快、施工安全性好、回填质量优、成本低、绿色环保。通过固定机械拌合、流态浇筑，保证了回填密实，消除了黄土湿陷性，同时强度满足回填要求。由于黄土基混凝土需大量土方且无需大型机械设备，不仅实现对土方的就地消纳再利用避免水土流失，同时在回填施工时大大降低了施工噪声及扬尘，对节能环保有着积极促进影响。

3 监控测量

为确保各主体结构安全稳定性，回填期间及回填完成后需对主体结构变形进行监测。做到监测数据指导现场施工，确保工程施工安全。

1)监测项目 本工程结构施工、回填施工、回填完成后对涉及范围内的主体结构进行监测，监测项目包括结构沉降、位移。

2)测点布置与监测精度 测点布置原则为：按设计原则沿结构侧墙及顶板设置沉降及位移监测点(见表1)。

表1 监测点布置原则

3)监测频率及数据分析、反馈 根据JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》以及设计要求，将测量的数据绘制成监测时程曲线，如图10所示。

图10 沉降与位移监测时程曲线

监测数据统计结果表明，观测期间无异常发生。地下空间与地铁主体建筑监测期间沉降量及沉降速率较小，总沉降量及差异沉降量均不大，符合规范要求的总沉降量25mm,变化速率3mm/d。监测期间沉降均匀，未出现异常沉降现象。地下空间与地铁主体建筑监测期间位移量及位移速率均满足设计要求的总沉降量30mm,变化速率3mm/d。

4 安全、质量保证措施

4.1 共建支护桩施工质量保证措施

4.1.1砂层中成桩质量控制

本工程局部支护桩成孔过程中会穿过夹砂层，为确保成桩质量，桩基施工前先打试孔，试孔施工过程中或静置48h后若出现塌孔现象，则应采取泥浆护壁成孔措施，保证成孔质量。为保证护壁质量，场地内砌筑泥浆池(3m×3m×1.5m)，现场配制泥浆，储备的泥浆量能保证每天成孔施工的需求量。

制备泥浆是回旋钻机能否顺利成孔的关键，泥浆过稀时不能浮渣，影响钻进；过稠时泥浆附在孔壁和钢筋上，影响桩基混凝土质量。泥浆材料选用膨润土或黏土，制备泥浆在泥浆池内进行，每立方泥浆需膨润土450～500kg，加入4%碱或5%纤维素可有效提高泥浆稠度，经实践证明，这样的泥浆黏土颗粒悬浮均匀，沉淀少，性能稳定，可有效预防塌孔，满足钻孔需要。

4.1.2混凝土坍落度控制

混凝土进入现场要测试坍落度，以便确保混凝土和易性、流动性符合浇筑要求。混凝土是桩体质量重要一环，混凝土的配合比、首灌量及导管埋深对混凝土质量影响很大，在每次浇筑时都要认真检查。

4.1.3孔深及沉渣厚度控制

孔深应符合要求，允许偏差为+50mm，在钻进过程中要严格控制。沉渣厚度对支护桩成桩质量有很大影响，沉渣厚度≤200mm。

4.1.4混凝土灌注量控制

理论计算为几何尺寸计算，实际浇筑量/理论计算量=充盈系数，充盈系数根据土质情况一般控制在1.1～1.4，本工程控制在1.3左右。

4.2 共建墙体安全保证措施

1)每日砌筑墙体高度不能太高，宜≤1.5m。

2)由于现浇砖墙不承受侧压力，地铁与地下空间混凝土浇筑须同时进行，且分层浇筑高差≤300mm，避免单侧浇筑对砖墙形成侧压力。

3)共建墙体施工时，脚手架上堆放的砖块不得超过2层。

4.3 地下空间与地铁共建的外架施工质量安全保证措施

1)项目部在架体搭设前做好安全技术交底，过程中应严格按要求组织现场验收，由项目安全部牵头，技术部、质量部、工程部参与，各方联合验收通过后方可进入下一道工序。

2)作业层每1m2架面上实际的施工荷载(人员、材料和机具自重)≤2kN/m2。

3)作业人员在架上的最大作业高度应以可进行正常操作为度，禁止在架板上加垫器物或单块脚手板以增加操作高度。

4)在作业中，禁止随意拆除脚手架的基本构架杆件、整体性杆件、连接紧固件、安全网和连墙件。确因操作要求需临时拆除时，必须经主管人员同意，采取相应临时加固措施，并在作业完毕后及时予以恢复。

5)脚手架搭设人员必须经考试合格，上岗人员定期体检，体检合格者方可发上岗证，凡患有高血压、贫血病、心脏病及其他不适于高空作业者，一律不得上脚手架操作。

4.4 共建防水施工质量保证措施

1)材料、半成品必须有合格证或材质证明、检验报告，经甲方和监理工程师核验确认后方可使用，不允许不合格产品投入工程使用。

2)严格质量检查验收，各班组在自检、互检基础上进行交接检查，上道工序不合格决不允许进行下道工序施工。

3)开工前施工负责人组织对现场操作人员进行技术及进度交底，做到对工程操作及进度心中有数。

4)严格按操作规程、技术方案施工，对施工过程中出现的技术问题及时处理。

5)所有参加本项目防水施工人员必须经过技术培训，操作人员应持证上岗。

6)落实岗位责任制。认真落实各种责任制，使各级管理人员及全体施工人员职责分明，做好工序交接工作，上道工序要对下道工序负责，下道工序要对上道工序进行复核，上道工序不合格，下道工序不施工，使工程质量始终保持在优良状态。

4.5 黄土基混凝土肥槽回填质量安全保证措施

1)进场的水泥、外加剂、机械设备等物资应有相应的材质、机械设备证明文件，且应满足现场施工进度要求。

2)黄土选用颗粒松散的土质。黄土输送时，提前进行筛选，去除过大的土块、石头、砖渣、垃圾等。

3)施工用水必须采用自来水，严禁含酸性物质的水掺入其中，以免产生反应，影响回填效果。

4)黄土基混凝土回填浇筑过程中，严格控制各掺合料的输送速率，并保证供料连续，使其满足试验配合比，保证回填浇筑质量。

5)肥槽回填浇筑前，检查端头封堵加固模板的平整度、垂直度，保证回填效果。

6)机械设备定人、定岗，机械操作工等特种作业人员必须持证上岗。

7)施工前对各班组及操作工人做好安全技术交底，使安全工作达到标准化、规范化，并应设专职人员进行检查，排除安全隐患。

8)现场回填机械装置需设置相关安全防护，防止出现触电、机械伤害等。

9)肥槽、基坑周边需设置临边防护设施，防止现场人员失足坠落。

5 结语

本工程通过采取共建支护桩、共建墙体和使用可拆卸的一体式脚手架、加强防水措施、黄土基混凝土回填等施工手段，对大型地下空间与地铁工程同步施工关键技术进行总结，很好地解决了2种不同业态间同步共建的施工难题。同时，该技术在满足项目施工需求的基础上，极大程度上加快了施工进度，降低了施工成本。