超长边邻地铁超深基坑施工技术.docx
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超长边邻地铁超深基坑施工技术
科技研发课题验收工作报告
课题名称：
超长边邻地铁超深基坑施工技术
课题编号：
课题承担单位：
本公司华东公司（沪）（盖章）
课题负责人：
（签字）
二Ο一一年三月
工作报告
一、课题执行情况评价
1.1工作目标
本项目通过对：
1、邻地铁基坑地下水控制技术；2、邻地铁基坑土方开挖施工技术；3、副坑应力补偿系统应用技术；4、邻地铁工程防水施工技术；5、中隔墙拆除施工技术。
五个方面对本基坑进行研究。
为以后类似工程的施工提供一套完善的、经济有效的，可操作性强的综合性施工技术。
2019.1~2020.12：
完成超长边邻地铁超深基坑综合施工技术课题
2019.1~2019.4：
方案阶段
2019.4~2019.10：
主坑基坑施工及数据采集、方案调整
基坑降水施工地下水位监控
坑内素砼隔墙拆除
2019.7~2020.1：
副坑预应力施工及数据采集，应力补偿系统启动
2019.7~2020.3：
地下结构施工及数据采集
2020.3~2020.6：
主副坑中隔墙拆除
2020.3~2020.7：
地上结构施工
2020.3~2020.12：
数据分析及成果总结
2020.12：
总结报告
1.2工作任务
本项目主要对深基坑施工方案确定，现场管理，各项施工技术优化，新型技术应用进行总结，同时对基坑施工各项数据进行整理，总结深基坑施工技术与经验，弥补不足的同时不断完善深基坑深基坑施工，提高自我。
其中主要对以下几项进行研究总结：
1）邻地铁基坑地下水控制技术；
本工程开挖深度为17.15m，本地区地下水头平均高度大约在8m左右，通过计算开挖处于地下水临界状态。
考虑到地下水的抽取会对地铁造成不均匀沉降，设计阶段曾考虑利用地连墙来隔断地下水，但是考虑造价问题并未完全隔断地下水。
但为了尽量减小基坑施工对周边建筑、基坑以及地铁变形，同济设计院结合现场要求设计了疏干井与减压井，根据基坑开挖、地下水与天气情况，在不影响施工的前提下，不断调整降水井工作数量，按需降水。
本工程降水井数量见下表：
名称
数量
孔径mm
井径mm
滤管埋深m
孔深m
坑内减压井及观测井
7
650
273
33-39
40
坑外观测井
2
550
219
33-37
38
疏干井
5
600
273
4-13
14
3
600
273
4-10，12-17
18
23
600
273
4-10，12-16，18-21
22
疏干井采用真空预降水技术，使用真空双滤头过滤器。
本基坑开挖阶段，地下水比较丰富，在土方开挖前20天即开始进行真空预降水，在后期土方开挖施工中，土体干燥程度明显得到较大改善，确保了下道工序正常施工，同时极大地削减了施工难度。
减压井运用动态控制技术。
为了减少承压水对环境的影响，施工中减压井的运行根据基坑开挖的深度增加逐渐降低承压水头，这样不但很好地控制住了承压水头，而且最大程度地降低了施工对周边环境的影响。
2）邻地铁基坑土方开挖施工技术
本工程地铁对地墙控制要求1.5cm，近似于苛刻，基坑与地铁相邻区域长达300m。
且基坑周围被上世纪70~80年代的老房子环抱，相距地铁最近处仅6m，相距老房子最近处仅6m，基坑施工位移控制要求非常高。
本工程分别将两个基坑运用中隔墙分成邻地铁较远的主基坑与邻地铁较近的副基坑，主基坑先行开挖，待主基坑施工完毕且地下室结构出±0.00后再进行副基坑开挖。
主基坑内部又运用素砼分隔墙将主基坑分割成几个稍小的基坑。
主基坑开挖运用分层次跳仓掏槽开挖，主基坑由四道砼支撑组成支撑体系，施工工程中优先形成对撑，基坑开挖以为每条主对撑为一个段，土方有中央区段，分2个工作面向基坑东西两侧推进，充分发挥时空效益，严格遵循采取随挖随撑，确保每根对撑的形成时间。
施工前对每条支撑施工，进行详细的规划，计划到每天、每个小时，基坑施工阶段严格遵循每日计划进行施工，同时根据现场情况不断地调整日计划、周计划，动态施工。
主坑内的素砼分隔墙随每层土方开挖过程中按计划地拆除。
副基坑部分被有筋中隔墙分割成几个，开挖过程中采用跳仓开挖，分阶段进行施工，待各自结构相继完成后再与主副坑之间的中隔墙一起进行破除，对接中隔墙两侧的结构。
副基坑采用首道砼支撑体系，二~四道钢支撑体系，钢支撑体系施工速度快，尽量减少了基坑暴露时间，很大程度上减小了基坑施工对周边建筑、基坑以及地铁的变形影响。
副基坑同时运用应力补偿系统，更好地控制了变形。
基坑自施工开始至结构全部完成，主坑最大变形量仅16mm，邻地铁侧副坑变形量仅14mm，完全满足设计要求。
3）副坑应力补偿系统应用技术
本工程采取主副坑分阶段开挖的形式进行施工，副坑开挖时，主坑已对地铁造成变形，副坑施工将对地铁再次构成影响，为了控制地铁变形，对小坑钢底两层钢支撑，采取应力补偿系统，随时控制钢支撑轴力，将基坑位移控制在最低。
该系统主要分成四个主要部分：
PC人机交流系统、PLC控制系统、油压泵压力系统及钢支撑系统，其中PLC控制系统为整个系统的控制，连接其他三大系统。
PLC将数据反映至PC系统，显示给监测人员；控制油压泵开启关闭，增压保压；接收钢支撑端部千斤顶轴力数据，与设计数据进行比较。
PC系统将设计数据输入转换成视觉可操作平面，油压泵提供支撑轴力支持，支撑直接进行压力输出（施予地连墙），同时通过传感器将实时轴力数据反馈给PLC控制系统。
当反馈回的数据低于设计轴力数据范围时，PLC控制系统输出信号驱动油压泵系统开启工作，油压泵不断输送给钢支撑千斤顶压力，待传感器传回的数据在一段时间（一般5-10分钟）稳定在设计数据之上时，PLC系统输出信号关闭油压泵，油压泵停止工作；当反馈数据在设计数据范围之内时，一切正常继续运行；当反馈数据高于设计数据范围最大值，PLC系统开始报警，进行降压处理（目前降压还是处于手动状态，需要人工对油压泵油管泄压阀门开启）。
除此同时，本工程同时运用人工应变片对支撑轴力进行二次监测，将人工监测数据与应力补偿系统数据进行比较，检验钢支撑轴力与钢支撑前端箱座内的千斤顶轴力之间的差距（理论上应该不存在差距），从而提高钢支撑施工水平。
理论上，钢支撑与前端箱座内的千斤顶同心，轴线重合，力的作用相互，千斤顶的轴力与钢支撑的轴力应该相同。
而实际上，钢支撑与千斤顶安装过程中，钢支撑与千斤顶可能轴线不重合，工作过程中存在偏心等，这些因素均可能导致钢支撑轴力与千斤顶轴力存在差距。
通过人工监测数据与千斤顶数据相比较，确认现场施工造成轴力损失比例，一方面可以为提高施工质量做准备，另一方面可以给应力伺服系统设置轴力控制输出值提供一个标准，由于有损失，可以调节轴力控制输出值，从而使钢支撑轴力值更接近设计规定值，进而更好地控制基坑变形。
经过比较，人工数据相对系统数据低12%左右，即实际支撑轴力没有达到预期；这样后续加压过程中在设置系统轴力数据时，油压泵输出值提高一些保证支撑轴力满足设计要求。
4）邻地铁工程防水施工技术
地铁工程对基坑防水要求非常高，地下室任何漏水，对会对周边的地下水位构成影响，从而影响到处于稳定状态的地铁隧道。
本工程地下室防水采用纳米膨润土防水毯，对地下墙侧壁及底板进行防水。
在现场施工过程中，根据对基坑周边情况以及围护结构质量研究，本工程对膨润土防水毯施工位置进行了优化，保证防水质量的同时也从经济上取得了大量的节约。
本工程通过现场考察以及对周边地下水情况研究，结合自身围护结构质量，发现本工程可能漏水的区域主要集中在最底层的地连墙以及底板与地连墙的交界处（围护质量缺陷地方另作处理），故在最终的施工过程中，本工程仅对最可能漏水的区域进行了纳米膨润土防水毯。
而且，本工程底板垫层设计采用的是聚氨酯防水涂膜2厚三度涂刷进行防水，本工程为邻地铁工程，从土方开挖到底板施工完成有着严格的时间限制，倘若采取此种施工工艺，势必造成基坑变形过大，对基坑安全不利；故在图纸会审时，经过与业主、设计协商，说服业主及设计取消垫层面防水，采取结构自防水。
对底板增加SY-G型高性能膨胀抗裂剂，以增强底板防水效果。
本工程截至目前一年半的时间，整个地下室区域基本没有出现渗漏情况，防水效果较好。
5）中隔墙拆除施工技术
本基坑工程，分为两个地块、2个主坑6个小坑进行施工，主副坑及副坑与副坑之间采用中隔墙进行分割。
主体结构施工阶段，需要对中隔墙进行拆除，完成结构的对接。
然而工程邻地铁，无法采用爆破拆除；且楼板上竖向构件众多，大型机械无法上楼板，只能采用人工拆除的方法进行施工。
由于支撑拆除后，楼板作为主要的传力体系，完全依赖中隔墙作为传力转换带。
中隔墙只能采取分层分段的拆除方法进行施工，拆除完成的工作面楼板要立刻形成对接。
各个工序之间的协调配合，成为基坑变形控制的重点，也是难点。
在施工过程中，本工程结合工程特点前期进行了相关分析，策划，对中隔墙拆除所可能涉及到的内容进行了分析，预留预埋，保证了后续拆除施工快速完成。
主要分为前期结构施工过程中预留预埋，支撑换撑，结构加固；拆除施工过程中平面分区上下分层，合理运用机械与人工搭配快速安全完成拆除；以及后期根据现场进度快速清除渣土，合理处置渣土等。
经过本工程的中隔墙拆除施工工作，我们总结了以下几点经验：
1、中隔墙拆除是一个繁杂的过程，且涉及结构安全与施工安全，是一个较大危险源，故首先必须保证施工安全。
1）、施工作业安全保证，施工人员必须配置安全生产工具，同时在施工过程中现场必须配置专门的安全管理人员与现场指挥工作人员共同监督管理，宣传安全教育，做好现场管理。
2）、施工环境安全保证，拆除过程中会产生大量的粉尘，粉尘对人体伤害很大，拆除过程中必须不断湿润工作面，尽量减少粉尘；同时，结构施工过程中在施工区域附近楼板预留与外界连通洞口，且配制足够的鼓风机，保证空气质量与流通。
2、由于中隔墙的存在，两侧的基坑结构多数处于一端悬挑等不安全状态，故中隔墙的拆除必须保证两侧的结构安全。
结构施工以及后期中隔墙拆除施工过程中，必须采取有效措施保证两侧结构的安全。
3、中隔墙拆除的目的在于将两侧地下室结构衔接成一个整体，故必须保证两侧结构对接质量，尤其是钢筋连接质量控制。
4、中隔墙拆除是整个工程一个重要的承前启后的施工过程，中隔墙拆除之前的结构施工要尽量采取措施减小中隔墙拆除困难，例如施工缝、通气洞口预留，加固型钢、钢板预埋等；同时中隔墙拆除过程中也要考虑后续工作的施工，例如楼板对接、后续工作衔接等。
总之，一切在保证安全的前提下方便施工，减少不必要的施工费用。
5、中隔墙拆除必须较小地影响基坑与地铁变形，拆除顺序应参照隔一拆一原则，楼板对接完成且达到规定强度后才能进行相邻区域中隔墙拆除。
同时，现场应积极采取控制措施将中隔墙拆除对基坑与地铁变形影响降低到最小，保证基坑与地铁运营安全。
本工程针对基坑围护图纸与现场实际情况，在工程施工前期做了相关针对性的研究整理，对中隔墙拆除所涉及的相关工艺流程已经有详细的策划，在前期施工过程中做好了预留预埋等相关准备工作，从而保证了本工程中隔墙拆除顺利完成及缺失结构快速完工，进而确保了整个结构以及地铁运营安全；同时，在保证结构及施工安全的前提下也大大减少了相关措施费，为以后类似工程提供了成功的范例。
1.3工作过程与进度情况
本工程基坑分为主副坑（大小坑）分阶段开挖，邻地铁小坑（副坑）在大坑（主坑）完成、地下室结构施工完成之后开始进行基坑开挖，北Ⅰ-1区域基坑开挖时间：
2019.4.15-2019.7.15，北Ⅱ-1基坑开挖时间：
2019.7.20-9.20，北Ⅰ-2~5、北Ⅱ-2、3基坑开挖时间：
2019.10.25-2019.12.25，至2020年初基坑开挖工作全部完成；待主副坑地下室结构分别施工完成，主副坑之间的中隔墙即进行拆除，同时主副坑结构相互对接，时间为：
2020.03-2020.06，至此，基坑施工工作全部完成。
自2020.06后开始对前期施工技术，管理经验以及各项数据进行整理总结。
自地上结构全部完成，基坑与地铁变形即趋于平稳，整个施工期间，无重大安全事故发生，基坑最大变形量为16mm，邻地铁侧最大值14mm，地铁隧道最大变形不到5mm，均符合设计要求。
二、主要研究结果及成果
2.1关键技术
1.地下水控制技术；
2.应力补偿系统应用技术；
3.深基坑中隔墙拆除技术；
4.深基坑施工技术.
2.2获得成果
1.应力补偿系统应用与深基坑中隔墙拆除技术两篇论文；
2.邻地铁深基坑施工技术总结报告；
3.超长边邻地铁深基坑变形控制获得国家优秀QC成果.
2.3获得效益
合理优化地下室防水，保证了防水质量的同时，创造了经济效益。
本工程针对砼内衬墙侧地连墙的防水问题，原设计采用在内衬墙与地连墙之间满铺膨胀土防水毯进行防水处理；现开挖完成，地连墙外侧基坑开挖前进行了槽壁加固，防水效果较好，地连墙基本上没有出现渗水情况；经过与业主、设计进行协商，最终确定只针对地连墙渗水可能性最大的部位采取膨胀土防水毯防水，即地连墙与地板交界处需要做防水毯防水，地连墙与底板自交界处各铺2m防水毯进行防水。
经济效益：
本措施可以节约大量膨胀土防水毯，取得良好的经济效益。
原设计施工费用（合同价）为：
5.8+19=24.8万，现只需费用2万，节约24.8-2=22.8万。
而且，本工程底板垫层设计采用的是聚氨酯防水涂膜2厚三度涂刷进行防水，本工程为邻地铁工程，从土方开挖到底板施工完成有着严格的时间限制，倘若采取此种施工工艺，势必造成基坑变形过大，对基坑安全不利；故在图纸会审时，经过与业主、设计协商，说服业主及设计取消垫层面防水，采取结构自防水。
对底板增加SY-G型高性能膨胀抗裂剂，以增强底板防水效果。
详见图纸会审会议纪要。
经济效益：
原防水方法费用（合同价）为20.6+50.9=71.5万，现费用约6万；节省71.5-6=65.5万。
本工程在优化防水上共取得经济效益：
22.8+65.5=88.3万。
三、研究成果的经济及社会效益及推广应用前景
1.技术经济效益分析（经济、社会、环境）
本课题是对基坑工程在地铁边上施工的一次尝试，本深基坑项目的成功完成，基坑与地铁变形较小，确保了周边居民建筑的安全和地铁运行安全，获得较好的社会效益，同时为行业同类型工程施工提供了宝贵的理论基础，也为社会提供宝贵的施工经验，为深基坑施工工艺的持续改进，提供参考；同时也是公司持续改进深基坑工艺的一次飞跃，不仅为公司在未来承接地铁工程提供了技术支持，也在基坑持续改进过程中获得技术提升。
通过对基坑方案的不断调整，是方案更加合理化，从而减少不必要的浪费，提高的生产效率。
同时，本工程施工过程中根据各种技术管理优化，取得了很大的经济效益值，上述的基坑地下室防水优化项即产生了88.3万元；而且，本工程运用钢筋等强代换、底板钢筋支架、直螺纹套筒及电渣压力焊等技术以及钢筋成品管理现场合理运用等共产生经济效益119.2万元；两项累计以及其他优化，本项目基坑施工取得经济效益远超过200万元，取得了较好的经济效益。
2.推广应用前景分析（产业化可行性）
从我国乃至世界未来的发展来看，地铁将会被越来越多被城市所利用，而邻居地铁深基坑也将会未来城市建设的一个难点。
本课题完成后，深基坑施工的各项技术、现场管理经验以及各种技术优化措施将为公司提供宝贵的理论基础，也为社会提供宝贵的施工经验，为深基坑施工工艺的持续改进，提供参考。
3.对公司提高经营业绩的作用
本课题的产生，为公司承建邻地铁工程提供理论上的支持。
四、经费决算和经费使用评价
经费预算表
金额单位：
万元
序号
预算科目名称
合计
资助经费
自筹经费
1
一、经费支出（合计）
590.6
100
490.6
2
1、设备费
364.8
100
364.8
3
（1）购置设备费
4
（2）试制设备费
5
（3）设备租赁费
6
2、材料费
115.8
115.8
7
3、测试化验加工费
10
10
8
4、燃料动力费
5
5
9
5、差旅费
5
5
10
6、会议费
5
5
11
7、国际交流与合作费
5
5
12
8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
0
0
13
9、劳务费
70
70
14
10、专家咨询费
5
5
15
11、管理费
5
5
16
12、其他
17
1．设备费——364.8万元
Ø水泵：
单价11000元/台,共6台，共计6.6万元；
Ø高压污水泵：
单价8000元/台，共4台，共计3.2万元；
Ø深井、轻型井点设备与台班：
50万元；
Ø50t吊车：
10万元；
Ø钢支撑应力补偿系统：
单价50000元/套，共48套，共计240万元；
Ø其他小型设备：
共计55万元.
2．材料费——115.48万元
Ø水泥（Po32.5）：
单价390元/吨,用量共300吨，共计11.7万元；
Ø水玻璃：
单价3800元/吨,用量共55吨，共计20.9万元；
Ø快干水泥：
单价3500元/吨,用量共50吨，共计17.5万元；
Ø型钢：
单价9500元/吨,用量共30吨，共计28.5万元；
Ø混凝土：
单价380元/吨,用量共430吨，共计16.34万元；
Ø堵漏王：
单价3000元/吨,用量共15吨，共计4.5万元；
Ø钢筋：
单价5200元/吨,用量共17吨，共计8.84万元；
Ø膨胀水泥：
单价3600元/吨,用量共20吨，共计7.2万元；
Ø其他材料：
39.15万元；
3．测试化验加工费——10万元
在施工过程中，需将部分材料送实验室进行检测，并确定相关配合比等试验，预计测试化验加工费合计10万元；
4．燃料动力费——20万元
预计中试研究与工程应用期间，下列设备需要用柴油：
吊车、挖机、土方运输车、混凝土罐车、混凝土输送泵；
下列设备需用电：
水泵、高压污水泵、高压旋喷桩相关设备、深井和轻型井点打设及运行设备、吹沙回填设备等；
综上，燃料动力费合计20.0万元。
5．差旅费——5万元
在课题研究过程中，预计需要需要20人次出差，所发生的差旅费每人每次0.25万元计算，共计5.0万元。
6．会议费——5万元
在课题执行期间，需要举行一次学术研讨会，按会议时间为2天，参加人员50人，预计花费接待费、会议场地租赁费等会议费5.0万元。
7．出版/文献/信息传播/知识产权事务费
8．劳务费——70万元
课题中试研究与工程应用期间，雇用各种临时工作人员175名，单价100元/人．天，工作时间40天，劳务费共计70.0万元。
9．专家咨询费——5万元
在课题研究过程中，预计要求相关专业专家提供技术咨询，预计专家咨询费共计5.0万元。
10．管理费——5万元
在课题研究过程中对使用本单位现有设备及房屋，日常水、电、气、暖消耗，以及其他有关管理费用的补助支出，预计管理费为5.0万元。
11.其他费用
五、附件（论文、成果、工法、专利等）
1.“邻地铁深基坑钢支撑油压泵应力伺服系统应用”与“邻地铁深基坑中隔墙拆除换撑及墙体拆除施工技术”两篇论文；
2.“超长边邻地铁深基坑变形控制”获得国家优秀QC成果.
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