CN102561390A - 逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，包括以下步骤：(1)在软土地区采用抓铣结合的地下连续墙成槽施工技术；(2)采用自主研制的一柱一桩智能调垂装置；(3)针对超深地下连续墙，采用H型钢接头形式，并在H型钢的顶部、底部和两侧配以相应的防溢、防绕流措施；(4)开挖地下室到一定深度；(5)掌握抽水参数，合理布置坑内外的疏干和减压井；(6)采用大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统及适用于地下建筑逆作法施工的施工升降机装置。与现有技术相比，本发明具有节约土地资源，减少支撑爆破，有效控制深基坑变形，扬尘、噪声和废弃物的排放少，效率和准确性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及逆作法工艺的应用，尤其是涉及逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用。
背景技术
近年来，随着上海的发展，上海全市最高用电负荷以年均约10％增长率快速增长，全市电力供需不平衡的矛盾日益显现，特别是浦西中心城区更甚；2010年世博会已经在上海举办，场址定在中心城区的黄浦江两岸，除新增供电需求外，对中心城区的供电可靠性也提出了更高的标准；架空线路入地等政策的要求对上海电网的发展也提出了新的要求。2002年底，从上海电网发展的角度，战略性地提出了500kV变电站深入市中心的设想；经过一年半左右时间的酝酿，确定结合上海雕塑公园建设深入市中心的500kV静安(世博)地下变电站。
据统计，我国建成的高层建筑累计已超过1.3亿平方米，高度超过100m的超高层建筑已超过200幢。高层建筑最深的地下室基坑为6层，深度-26.2m。国外已达13层。深基坑支护方法很多，而且有的方法尚在不断发展之中，每一种基坑支护都有各自的适用条件和一定的局限性。所以，对施工方案的选择应慎之又慎，否则一旦出现深基坑支护倒塌事故，不仅给工程造成重大经济损失，还对周围环境造成不良影响。逆作法就是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。它是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。
逆作法施工就是指具有一定深度的多层地下室，利用先施工完成的地下连续墙，(即地下室的外墙)，作深基坑施工时挡土、止水、防渗的围护体，而各层的梁、板、柱、墙等，在施工过程中作为围护体的支撑体系，如此由地面分层向下逐层施工，直至底板钢筋混凝土完成，若上部有建筑工程，则在完成地面结构层后，同时向上进行楼层的逐层的施工，逆作法施工比传统的敞开式顺作法具有减少基坑变形、节省支撑费用、缩短施工工期的优点，是一种节能、环保的绿色施工方法。
逆作法可以分为全逆作法、半逆作法、部分逆作法、分层逆作法。它的工艺特点为：
(1)可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。
(2)受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。
(3)施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。
(4)最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。
(5)一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。
(6)由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。
逆作法作为一个新兴的一项施工技术，还是存在的诸多的不足：如逆作法支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。由于挖土是在顶部封闭状态下进行，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱和降水用井点管，目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械，使挖土的难度增大。
国外在多层地下结构施工中已广泛应用，收到较好的效果，如日本的读卖新闻社大楼，地上9层、地下6层。采用逆作法施工，总工期只用22个月，与日本采用传统施工方法施工的类似工程相比，缩短工期6个月。美国75层、高203米的芝加哥水塔广场大厦的4层地下室，就是用18米深的地下连续墙和144根大直径钻孔灌注桩做中间支承柱，以逆作法进行施工的，当该工程地下室结构全部完成时，主楼上部结构已施工至32层。目前逆作法设计理论和施工工艺方面研究较多的是日本、美国和英国，在工程应用方面，日本、美国、英国、法国、德国、加纳等国和台湾地区都有应用。
我国城市地下空间开发利用始于防备空袭而建造的人民防空工程。随着国民经济的飞速发展，人防设施实行“平战结合”，与城市建设相结合，特别是在城市交通的改善方面，地下空间的开发利用发挥了积极作用。北京、上海、天津、广州、南京、大连、西安、哈尔滨等国内主要大城市都兴建了大量的地铁、隧道和大型地下商场。这些地下空间的利用大幅度提高了城市环境容量，开发了宝贵的地下资源，使城市地下、地面的空间利用更优化。随着地下空间开发利用的发展我国在20世纪90年代将逆作法正式用于多层地下室。我公司在1990年首次在陕西路地铁采用逆作法施工工艺获得成功，1995年在恒积大厦首创高层建筑深基坑逆作法施工技术，此后，陆续在明天广场、住业金沙大厦、上海城市规划展示馆、机场城市航站楼、兴业大厦等工程应用推广。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能、环保的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在软土地区采用抓铣结合的地下连续墙成槽施工技术；
(2)采用一柱一桩智能调垂装置，利用高灵敏度的传感器和电脑监控相结合，解决超深基坑逆作法施工中超长临时支撑立柱的垂直度控制的难题；
(3)针对超深地下连续墙，采用H型钢接头形式，并在H型钢的顶部、底部和两侧配以相应的防溢、防绕流措施；
(4)地下室开挖到一定深度，大底板正处于典型的承压水层；
(5)通过现场非稳定流抽水试验，掌握抽水参数，合理布置坑内外的疏干和减压井，并通过全过程的严格的控制性抽水监测，确保了周边环境的安全，并将抽起的承压水进行循环利用；
(6)采用大功率离心风机，形成空气循环，改善深层地下施工通风环境，采用红外线自动控制冲水系统，高效、节约地解决车辆进出的冲洗问题，采用适用于地下建筑逆作法施工的施工升降机装置，高效地解决了超深地下室的人货垂直运输问题。
步骤(1)中所述的地下连续墙成槽施工技术为对7层以上土体采用真砂机抓斗成槽，对7层以下的坚硬砂土层采用液压铣槽机铣削。
所述的槽的周围设有槽壁，该槽壁垂直度为1/600-1/1000。
步骤(2)中所述的一柱一桩智能调垂装置的调垂精度为1/1000。
步骤(3)中所述的多项技术措施包括槽段划分、接头空腔的小碎石回填和控制性的水下砼同步浇捣。
步骤(4)中所述的一定深度为35.25m。
应用所需的技术包括超深地下连续墙施工技术、逆作法超长支撑柱施工技术、复杂地下综合体逆作施工技术、深埋高水位全地下变电站承压水降水施工技术、施工全过程对周边环境影响控制技术。
与现有技术相比，本发明合理地选择逆作法结构形式和相应的逆作法施工工艺，达到了节约土地资源、减少支撑爆破、有效控制深基坑变形的目的，同时，大大减少了施工现场的扬尘、噪声和废弃物的排放，成为同类工程中首个设计与施工有机结合的节能、环保的绿色工程。采用地下连续墙成槽施工技术，有效地解决了超深地墙的施工质量难题；采用自主研制的一柱一桩智能调垂装置，提升了超深地下空间开发逆作法施工的核心技术水平；针对本工程超深地下连续墙，创新地采用H型钢接头形式，有效地解决超深地下连续墙接头施工难题，提升了超深地下连续墙的施工工艺水平；通过现场非稳定流抽水试验，合理布置坑内外的疏干和减压井，确保施工基坑和周边环境的安全，取得了特别环境下超深基坑降承压水技术的突破；采用大功率离心风机，形成空气循环，改善深层地下施工通风环境；采用红外线自动控制冲水系统，高效、节约地解决车辆进出的冲洗问题；采用专门研制开发了“一种适用于地下建筑逆作法施工的施工升降机装置”，高效地解决了超深地下室的人货垂直运输问题，从而形成一套更加完备、先进的逆作法施工作业环境系统；采用全过程的信息化监控技术，对指导施工提高效率和准确性，这也发展了相关的信息化技术，为以后的工程提供了宝贵的借鉴意义。
一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积。此外，围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替，省去大量支撑费用。而且楼盖结构即支撑体系，还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的布置支撑的困难，并是受力更加合理。由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑，采用逆作法施工具有明显的经济效益。一般可节省地下结构总造价的25％～35％。
逆作法在环境效益的贡献上也是很大的：
(1)噪音方面：由于逆作法在施工地下室时是采用先表层楼面整体浇筑，再向下挖土施工，故其在施工中的噪音因表层楼面的阻隔而大大降低，从而避免了因夜间施工噪音问题而延误工期。
(2)扬尘方面：通常的地基处理采取开敞开挖手段，产生了大量的建筑灰尘，从而影响了城市的形象；采用逆作法施工，由于其施工作业在封闭的地表下，可以最大限度的减少扬尘。
施工时对周边环境的影响减小了很多：
(1)由于逆作法的采取表层支撑，底部施工的作业方法，故在城市交通土建中大有用武之地，它可以在地面道路继续通车的情况下，进行道路地下作业，从而避免了因堵车绕道而产生的损失。
(2)+0.00层平板结构先完成，可以利用结构本身作内支撑。由于结构本身的侧向刚度是无限大的，且压缩变形值相对围护桩的变形要求来讲几乎等于零。因此，可以从根本上解决支护桩的侧向变形，从而使周围环境不至出现因变形值过大而导致路面沉陷、基础下沉等问题，保证了周围建筑物的安全。
(3)地下连续墙与土体之间粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，而且还可充分利用它承受水平风力和地震作用所产生建筑物底部巨大水平剪力和倾覆力矩，从而大大提高了抗震效应。我国是个地震多发区，对地震的防治是必不可少的，从建筑业角度来说，采用适宜的施工工艺便可将地震带来的危害降低到最小，逆作法施工便具有这样的优点，所以在深基坑支护中大量运用逆作法具有广泛的社会效益。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，包括以下几个方面：
(1)超深地下连续墙施工技术
上海地区超深地下连续墙的施工设备采用液压抓斗式成槽机和卧式双轮铣成槽机两种成槽设备。本工程引进铣槽机，采用“抓铣结合”施工工艺进行成槽。利用卧式双轮铣成槽机小于1/600的垂直度控制技能，在成槽施工时保证槽段的垂直度小于1/600。施工过程采用泥浆护壁，确保地连墙的质量和稳定。根据地下连续墙的特点，电力进出口隧道与本体连接处地墙采用T字型地墙。在电力进出口隧道和地连墙的接口中，据连通道的具体位置及宽度和高度对相应位置进行预加固和后加固两种组合措施；防水措施采用变形缝防水构造做法，比较适合通道接头防水这种特殊的情况，保证电力隧道与地下变本体接口位置连接的整体性、止水可靠性，确保施工质量。
(2)逆作法超长支撑柱(一柱一桩)施工技术
在超长钢管支撑柱垂直度(1/600)控制技术的研究中，在工作平台胎模上进行钢管构件组装，以确保对接(焊接)的准确性与垂直度。本工程一柱一桩采用Φ950钻孔灌注桩和Φ550钢管柱。在本工程中，由于工期紧，垂直度要求高，钢管柱数量多，采用钢丝绳把钢管柱与钢筋茏连接起来，这种方法加快了施工进度，效果良好，这种方式在上海地区还是首次使用。
(3)复杂地下综合体逆作施工技术
为了模拟分析本工程的施工后对环境可能造成的影响并评估施工的安全性，对本工程做了结构模型的有限元分析计算，整个圆筒形连续墙体的变形呈中间大，两端小的分布，最大侧移为32.1mm，发生在深度27.5m处。在深度方向上，轴力呈中间大，两端小的分布规律，最大值为17779kN，发生在-26.5m处。在三维有限元计算中，圆环的拱作用得到充分发挥，外部侧向土压力很大部分由连续墙的环向拱作用来承担，而沿竖向传递的荷载变小。开挖土体时，利用土体的时空效应特点，分成了7个区段进行开挖，按“分层、分区、分块、”的原则，限时、对称、平行开挖。
(4)深埋高水位全地下变电站承压水降水施工技术
由于本基坑工程的特殊性，减压降水工程要求很高。在基坑开挖阶段，为了减少降水对坑外含水层的影响，主要考虑开挖深度所对应的安全水头，实行按需降水。为此，制定了详细的降水方案和降水施工措施并加强降水时对坑内、坑外环境的监测，降水井的施工工艺也做了特殊的安排。
(5)施工全过程对周边环境影响控制技术
工程周边环境比较复杂，为了最大限度的减少工程对周边环境的影响，从桩墙施工阶段、逆作施工阶段到基坑降水施工阶段的全过程对施工时对周边环境的影响进行了研究，加强施工阶段的控制，保证施工的质量。并在基坑工程开挖期间建立了全过程、全方位的监测系统。包括维护结构的监测、支柱和立柱体系的监测、周边环境的有关监测、建筑物使用阶段结构的监测等。监测数据表明各项变形均在允许值之内，这也说明了设计的合理性，表明工程的实施是非常成功的。
本发明所需的技术包括超深地下连续墙施工技术、逆作法超长支撑柱(一柱一桩)施工技术、复杂地下综合体逆作施工技术、深埋高水位全地下变电站承压水降水施工技术、施工全过程对周边环境影响控制技术。
Claims (7)
1.逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在软土地区采用抓铣结合的地下连续墙成槽施工技术；
(2)采用一柱一桩智能调垂装置，利用高灵敏度的传感器和电脑监控相结合，解决超深基坑逆作法施工中超长临时支撑立柱的垂直度控制的难题；
(3)针对超深地下连续墙，采用H型钢接头形式，并在H型钢的顶部、底部和两侧配以相应的防溢、防绕流措施；
(4)地下室开挖到一定深度，大底板正处于典型的承压水层；
(5)通过现场非稳定流抽水试验，掌握抽水参数，合理布置坑内外的疏干和减压井，并通过全过程的严格的控制性抽水监测，确保了周边环境的安全，并将抽起的承压水进行循环利用；
(6)采用大功率离心风机，形成空气循环，改善深层地下施工通风环境，采用红外线自动控制冲水系统，高效、节约地解决车辆进出的冲洗问题，采用适用于地下建筑逆作法施工的施工升降机装置，高效地解决了超深地下室的人货垂直运输问题。
2.根据权利要求1所述的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，步骤(1)中所述的地下连续墙成槽施工技术为对7层以上土体采用真砂机抓斗成槽，对7层以下的坚硬砂土层采用液压铣槽机铣削。
3.根据权利要求2所述的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，所述的槽的周围设有槽壁，该槽壁垂直度为1/600-1/1000。
4.根据权利要求1所述的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，步骤(2)中所述的一柱一桩智能调垂装置的调垂精度为1/1000。
5.根据权利要求1所述的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，步骤(3)中所述的多项技术措施包括槽段划分、接头空腔的小碎石回填和控制性的水下砼同步浇捣。
6.根据权利要求1所述的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，步骤(4)中所述的一定深度为35.25m。
7.根据权利要求1所述的逆作法工艺在地下变电站结构施工中的应用，其特征在于，应用所需的技术包括超深地下连续墙施工技术、逆作法超长支撑柱施工技术、复杂地下综合体逆作施工技术、深埋高水位全地下变电站承压水降水施工技术、施工全过程对周边环境影响控制技术。
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