狭窄空间深基坑施工在工业厂房中应用实例

何 潘

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

昭通某水电铝项目铸造深井液压油缸成孔，采用冲击钻孔与钢护筒相结合，土石方开挖采用水磨钻钻孔劈裂施工技术替代传统爆破技术，支护结构采用钢筋混凝土护壁，成功解决了在铸造车间内施工受限制的问题，并在保证进度、安全、质量的前提下圆满完成施工任务。

1 工程概况

昭通某水电铝项目是国务院支持鲁甸地震灾后恢复重建的一个重点扶持项目，需要保证投产完成生产营收。

项目铸造车间为钢排架结构，基础为钢筋混凝土独立基础，基础、钢柱屋架及铸造深井范围外地坪均已施工完毕，铸造深井位于铸造车间内，液压深井基础深31.06 m，0.8～-16.78 m范围内为7 410 mm×3 820 mm的方井，-16.78～31.06 m段为直径1.94 m的液压油缸；主铸井底板封顶标高为-15.38 m，底板厚为1 400 mm，副铸井底板封顶标高为-15.38 m，底板厚为1 400 mm，铸造井内部设置部分钢筋混凝土隔墙。铸造井下部为直径液压油缸，液压油缸内径1 140 mm，壁厚400 mm，底标高为-31.06 m。液压深井铸造基础位置平面图见图1。

图1 液压深井铸造基础位置平面图Fig.1 Foundation locations of deep hydraulic well casting

场地地质条件相对较好，主要为中风化泥质白云岩和中风化砂质岩，厂房D轴线独立杯基埋深浅且离深井边较近，采用爆破对厂房结构振动大且爆破手续难办理；深井开挖面积小、深度深，机械难以开挖，无法发挥大型机械设备作业的优势。

铸造深井副井-16.78～31.06 m液压油缸井直径1 914 mm，采用人孔挖孔成孔施工速度慢，安全风险较大，需要采取安全、经济可靠的成孔方式进行组织施工。

铸造深井施工时铸造车间厂房内已经有2台设备投产生产铝锭，为了不影响厂房内的生产，必须控制好施工过程的噪声及扬尘。

2 施工特点

采用冲击钻孔与钢护筒结合的成孔方式替代人工挖孔成孔、旋挖钻孔，可在狭窄场地实施，并能保证施工安全。

石方采用水磨钻钻孔劈裂技术，能避免传统爆破开挖所产生的震动、冲击波、和扬尘，有效的保护临近建筑。

钢筋混凝土护壁与土石方开挖同步施工，能有效解决狭窄空间内不能进行地下连续墙、支护桩施工的难题。

3 适用范围

适用于施工场地受限，无法使用大型机械、爆破技术的深基坑施工。

4 工艺原理

4.1 冲击钻孔与钢护筒结合的成孔方式

液压油缸采用冲击钻孔方式成孔，成孔2.2 m，深度为0.5～-33.16 m。-16.78～-32.78 m成孔段安装16.0 m×φ2 000 mm×14 mm外钢护筒，钢护筒底部浇筑1.5 m深C35水下混凝土进行底部封底，外护筒顶部采用20 mm厚钢盖板并用50角钢纵横向各3道设置加劲肋制作封盖，然后对上部负空段土方回填至自然地面标高，后进行竖井土石方开挖。。

4.2 水磨钻钻孔劈裂技术

水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1 cm，高度为62 cm，1个循环可钻60 cm，施工时采用水磨钻机在基坑周边开挖线钻孔取芯，形成一外周临空面，使基坑周围形成空心槽，然后对剩余的中心部分进行分块。分块采用液压劈裂分裂，在中心岩石上按600 mm×600 mm间距用水磨钻钻出劈裂孔，然后插入劈裂棒，在孔内产生向临空面方向的推力，当挤压力大于极限抗拉力和极限抗剪力之和时，岩石被拉裂并从底部发生剪切破裂，然后取出分裂的岩石。依次按照分层取芯、劈裂、取岩块的循环工序作业，最终达到开挖基底标高。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

工艺流程图见图2。

图2 工艺流程图Fig.2 The flowsheet

5.2 操作要点

5.2.1 液压油缸成孔

液压油缸采用冲击钻孔方式成孔，成孔2.2 m，钻孔深度0.500～-33.650 m，冲孔至设计标高后，停钻后开始调整孔内的泥浆指标，及时吊装油缸外护筒以及浇筑混凝土。

安装外护筒：为防止抽取泥浆导致铸造车间基础下沉和桩孔塌孔，冲孔完成后保留泥浆，后制作1个16.5 m×φ2 000 mm×14 mm钢护筒埋入地下油缸段成孔位置，钢护筒重11.39 t，吊装采用2台25 t汽车吊进行吊装，后整体开挖深井基础。

水下混凝土浇筑：钢护筒安装完毕后进行水下混凝土浇筑，浇筑高度为1.5 m，主要用于钢护筒封底。

钢护筒上部盖板吊装：泥浆抽出后进行钢护筒上部钢盖板的吊装，钢盖板用20 mm钢板加工成直径2 100 mm，并用50角钢纵横向各3道。

上部负空段土方回填：钢盖板吊装完成，上部负空段先回填1 m深粘性土或粒径小的土，然后才可以回填大粒径的土石方回填至0.5 m。

5.2.2 竖井土石方开挖

竖井石方开挖顺序：测量放线确定围挡安装位置及基坑开挖边线→0.50～-3.10 m段挖掘机放坡破碎开挖→-3.10～-4.10 m段水磨钻劈裂开挖→锁口及-3.10～-4.10 m护壁施工→-4.1～-16.88 m石方开挖及护壁施工。

水磨钻施工工艺：水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1 cm，高度为62 cm，一个循环可钻60 cm，施工时采用水磨钻机在基坑周边开挖线钻孔取芯，形成一外周临空面，使基坑周围形成空心槽，然后对剩余的中心部分进行分块。分块采用液压劈裂分裂，在中心岩石上按600 mm×600 mm间距用水磨钻钻出劈裂孔，然后插入劈裂棒，在孔内产生向临空面方向的推力，当挤压力>极限抗拉力和极限抗剪力之和时，岩石被拉裂并从底部发生剪切破裂，然后取出分裂的岩石。依次按照分层取芯、劈裂、取岩块的循环工序作业，最终达到开挖基底标高。

除渣：在1、4号深井靠近C轴线护壁外侧中部搭设拔杆吊操作平台，在2、3号深井靠近C轴线护壁外侧两端距离长度的1/4处分别搭设一个拔杆吊操作平台。深井开挖一次单循环施工作用后，将水钻钻出的岩芯进行依次出渣，出渣从深井的一侧进行，开挖出的石方等弃渣装入吊桶，吊桶采用5 mm厚钢板制作，用电动卷扬机提升至地面临时存渣场，每天下班后再采用挖掘机装车运输至现场的弃渣点。

局部垂直度局部达不到要求时，需要人工采用风镐进行立面凿除修直。

5.2.3 护壁施工

深井现浇钢筋砼护壁采用C30砼，护壁厚度为300 mm，护壁水平纵向受力钢筋为双层18@200，竖向钢筋为双层18@200，顶部设置300×800暗梁锁口，拉筋为φ6@200，梅花形布置，2#、3#铸井同时施工。护壁每节高度2 m。

模板使用15 mm后胶合板支设单边模，内龙骨间距200 mm，内龙骨采用50 mm×100 mm木方，外龙骨采用双钢管48 mm×3.0 mm，模板支撑底部以上200 mm处开始每隔400 mm设置1道钢管对撑加固，2个横向的护壁模板采取斜撑加固。混凝土采用商品混凝土，运输至现场后放料至混凝土料斗内，然后采用汽车吊将料斗吊至浇筑位置采用自制溜槽进行放料浇筑，插入式振捣棒捣固。砼强度达到2.5 Mpa时拆除侧模。

6 材料与设备

6.1 根据桁架吊装单元的重量，选择合适的吊车和吊点进行吊升

其中考虑吊车的使用经济和方便，考虑在内场使用260 t履带吊进行主桁架的安装。

6.2 主要施工机械

主要施工机械设备见表1。

表1 机械设备表Tab.1 List of equipment

6.3 主要材料

主要材料见表2。

表2 材料表Tab.2 List of materials

7 质量控制

7.1 采用的规范标准

(1)《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497—

2009；

(2)《建筑深基坑工程施工安全技术规范》JGJ 311—2013；

(3)《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202—2018。

7.2 设置基础开挖临时控制点

基础开挖前跟据轴线控制点设置基础开挖临时控制点，随时检查基坑平面位置、水平标高及坡度。每层开挖后根据临时控制点重新放线，确保开挖尺寸误差达到相关规范要求。

7.3 护壁混凝土工程质量要求

(1)内实外光，无蜂窝、空洞、露筋胀模等质量通病，强度达到设计要求；

(2)实测合格率控制在98 %以内。

8 安全措施

8.1 执行标准

(1)《建筑施工高处作业安全技术规程》JGJ80；

(2)《建筑施工安全检查标准》JGJ59；

(3)《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46；

(4)《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33；

(5)《建筑施工土石方工程安全技术规范》

JGJ180；

(6)《建筑施工安全技术统一规范》GB50870；

(7)《建设工程施工现场消防安全技术规范》

GB50720；

(8)《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》

JGJ276。

8.2 其他需要注意的安全事项

(1)井内操作工人上下使用软爬梯以及防坠器，软爬梯和防坠器分别固定在锁口位置埋设的锚环上。

(2)出渣吊桶吊运过程中下部人员退至边角处并时刻关注吊运过程，以防石渣掉落伤人，桶内石渣高度不能超过桶口。

(3)每天上班前检查卷扬机、钢丝绳，定期对卷扬机、钢丝绳进行维护保养，如发现钢丝绳有断丝情况要及时更新。

(4)挖井至4 m以下时，需用可燃气体测定仪，检查孔内作业面是否有有毒气体，若发现有有毒气体应妥善处理后方可作业。

9 文明施工及环保措施

(1)加强对施工平面图实施管理，严格按照施工平面图进行现场临设工程建设和施工机具布置，保持场容场貌的整洁。

(2)现场设置标志牌，并做好保护工作，现场施工管理人员必须佩戴证明身份的证卡。

(3)现场采取有效措施防止环境污染，现场施工垃圾及时清理出场，现场内禁止焚烧有机物质。

(4)严格按照施工程序和施工顺序安排作业，在施工中加强对施工进度、质量控制、项目成本、劳动力使用、原材料和半成品使用、施工机具使用等方面的计划管理，及时调整各生产要素的投入和调出，减少资源浪费。

10 效益分析

(1)该工法的应用，可在不影响主体结构安全和工业生产的前提下进行施工，不受施工现场及周围环境的影响，突破了传统施工工艺及工序，最大限度的实现了施工与生产互不影响。

(2)采用水磨钻钻孔劈裂施工，减少了土石方开挖与回填的工程量，加快施工进度，节约了人力、材料、设备的投入量。

(3)液压油缸成孔采用冲击钻孔与钢护筒相结合，解决了大型钻孔机械不能进入室内施工的问题，并且与人工挖孔桩相比，缩短了施工时间，降低了安全风险。

(4)铸造深井作为铸造车间提产升级的项目，能在不影响主体结构安全和工业生产的前提下进行施工，不受施工现场及周围环境的影响，突破了传统施工工艺及工序，最大限度地实现了施工与生产互不影响；采用水磨钻钻孔劈裂施工，减少了土石方开挖与回填的工程量，加快施工进度，节约了人力、材料、设备的投入量，同时施工场地得到充分利用，提高了土地的利用率。充分将绿色施工理念贯彻于整个施工过程，符合绿色施工的发展要求。

11 结 语

通过对整个项目深基坑工程的技术策划，以及BIM技术对施工的指导，保证了整个施工工程安全可靠。为今后类似工程的施工积累了宝贵的工程施工经验。在实现工程顺利进行的同时，达到了确保工程质量安全、提高施工效率、促进施工速度、节约经济及绿色施工的效果。