1、 高寒地區大型儲煤槽倉運輸暗道逆作法施工技術 莊厚良 劉建國前言：超大、超深基坑逆作法施工是近年來建筑界關注和研究的重要課題，“逆作法”施工對控制沉降變形是十分有效的。而且能有效的降低工程造價、縮短施工周期。如今越來越多處在鬧市區段的大型基坑工程均采用了逆作法施工。本工程為內蒙古錫林浩特市勝利煤田西二煤礦大型產品煤儲存槽倉，目前全國僅有3家。該工程儲煤槽倉運輸暗道采取了逆法施工，且該工程地處內蒙古較嚴寒的草原地區，沒有類似工程施工經驗可借鑒。1.工程概況1.1建筑概況：該工程為大型產品煤儲存槽，梯形截面，上寬39米,下寬17.5米,深22米，倉體長206米,儲煤量15萬噸；儲存槽倉上部為兩層鋼

2、結構，梯形截面，上寬13米,下寬40米,高20米，上層為產品煤輸入層；底層與槽倉形成一體為儲存空間；儲存槽倉底板以下為產品煤輸出暗道，長206米,凈寬16.3米,凈高4米，暗道底板埋深27米。儲煤槽倉橫剖面示意圖如下：1.2結構概況：鋼結構基礎為樁基承臺，結構樁深33米直徑0.8米，鋼柱梁架截面為900500mm。槽倉護壁為土釘及預應力錨桿噴射混凝土結構。暗道為支護樁及結構樁支撐結構，即暗道兩邊緣支護樁與結構樁交替布置作護壁及支撐暗道頂板的作用；暗道頂板厚2米，臨時跨度17.5米（暗道混凝土剪力墻施工之前），底板厚1米鋼筋混凝土筏板結構。1.3暗道施工概況及環境：暗道為蓋挖逆法施工，即當暗道頂

3、板施工完成后，進行暗道掏土再進行暗道底板及墻板施工。陶土施工時室外環境溫度為零下30度至零下15度（1月至3月），暗道混凝土澆筑時室外環境溫度約零下20度至零下15度（2月至4月）。2.施工技術難點根據該工程自身的特殊性及施工環境的特點，該工程暗道施工具有四大難點：暗道埋深太大，凈高太低，土方蓋挖困難；暗道頂板臨時跨度較大，撓度不易控制；地下水量大，降排水困難；在暗道埋深范圍內主要為粉沙層及沙礫層，防治流沙困難。具體如下：1)本工程暗道埋深27米，且暗道凈高太低僅4米，土方蓋挖時大型機械無法利用，土方外運也困難，運土坡道冬季結冰易打滑。2）暗道頂板臨時凈跨17.5米，在挖土過程中要嚴格觀測撓度

4、變化情況，應制定切實可行的施工方案來確保施工安全。3)地質條件較復雜，整個暗道土層主要為粉沙層及沙礫層，因地下水豐富，防治流沙是確保正常施工的關鍵。4)本工程-16米以下地下水量較大，地下水降排及承壓水的處理問題，在寒冷的冬季較困難。5)如何保證混凝土底板及外墻不滲水，是施工的關鍵工序。6)逆作法地下部分施工時，墻與頂板的交接處不密實性及墻體的不均勻沉降控制，也是本工程實施過程關鍵技術之一。3.施工經濟技術措施在暗道施工方案選擇時，主要提出兩種方法：一是暗道土方采取明挖順作施工方法；二是暗道土方采取蓋挖逆作施工方法。兩者優缺點比較如下：項 目明 挖蓋 挖土方開挖可以投入大型機械。不可投入大型機

5、械。主要施工措施暗道兩邊樁內側各增加鋼梁錨索4道，縱向間距1500mm，每個錨索長平均25米，費用高。無需增加鋼梁錨索，暗道頂板作為支撐。幾乎不增加措施費，僅需頂板地胎模，費用低。安全性支護樁有變形隱患，安全性欠佳。支護樁不變形，安全性好。施工質量順作施工易保證質量逆做施工質量不易控制工期較快、需冬歇三個月較慢費用較高較低周轉料具頂板施工需大量模板、腳手架頂板施工僅做地胎模經上述比較，決定采用方案二，蓋挖逆作施工法，可以節約大量資金；工期的調整方法是原計劃冬休三個月取消，確保工期要求，但需增加冬期施工措施費。4.關鍵施工技術措施4.1暗道頂板混凝土施工技術暗道頂板厚2000mm，混凝土的澆筑應

6、嚴格按大體積混凝土施工方案要求施工，同時應將以下關鍵施工工序作為施工重點： 逆作鋼筋工程：由于暗道逆做法施工，施工頂板后再施工剪力墻，在澆筑頂板混凝土時必須將板下剪力墻預留插筋預埋固定準確。具體做法如下：暗道頂板土方開挖時，在墻體位置局部超挖1000mm左右，（按施工規范要求，豎向構件搭接接頭錯開50%，且距板面高度不小于500mm，兩接頭錯開長度大于35d，故插筋部位應超挖1000mm左右才滿足要求）。在做頂板地胎模時將超挖1000mm部位回填細沙，再鋪150mm厚的聚苯板，將墻體插筋插于聚苯板及沙層內，如圖示。確保鋼筋的級別、數量、直徑、間距、形狀、錨固長度和綁扎位置正確。同時對插入沙層內

7、的鋼筋對其作好保護避免銹蝕。預留混凝土下料孔：由于逆作施工，豎向構件墻體混凝土后澆筑，墻體混凝土的下料及振搗是施工的關鍵，同時考慮到墻體頂部混凝土的密實性，經設計同意在施工暗道頂板時（墻頂部位）預埋150mm鋼管作為下料洞口和振動棒的插入口，間距1500mm，鋼管內封堵沙子，以免混凝土進入鋼管內，如圖示。4.2槽倉暗道蓋挖逆作法降水施工蓋挖逆作法是在煤槽倉護壁施工完成后，土方開挖至-17.1米先澆筑暗道頂板，在混凝土頂板的保護下，在暗道內開挖土方、澆筑暗道底板及墻板混凝土結構的施工方法。槽倉暗道蓋挖法施工，基本分為兩個階段，第一階段為地面以下施工階段，它包括結構樁的施工、槽倉土方明挖及槽倉護壁

8、施工、暗道支護樁、結構樁及暗道頂板結構施工；第二階段為暗道內施工階段，包括土方蓋挖、暗道混凝土底板及剪力墻結構的施工等。根據工程地質報告及以往施工經驗，擬選擇管井降水的方法進行降水。其優點是：一是施工簡便靈活，能迅速有效降低地下水位。二是能有效防止流沙現象，有利于提高邊坡的穩定性。三是水影響范圍大，能保證土方開挖的順利進行。為節約降水經費，我們考慮降水系統設計應本著實用，簡單節約為目的，采用在槽倉基坑內安裝管井降水。即當槽倉暗道頂板施工完成后，在頂板上施工降水管井。暗道頂板設計有兩排60個漏煤口，每間隔一個漏煤口施工一個降水井，因西半部水量較大，適當增加降水井，共計施工降水井35個。 本地區土

9、層含沙礫較多，根據施工經驗，考慮井內沉積因素增加2米沉砂管，管井使用深度不低于10米為宜。管井設計深度12米，降水時井內水位不高于6米，才能有效降低地下水位。為增強井管滲水效果，所選用井管內徑以400毫米為宜。井管應在成孔后立即進行安裝，井管沉放前，應對空內予以清洗，將泥渣排出，井管下放時，應在管壁綁長竹片導向使接頭對正，安裝接頭布，沉管時力求垂直居中。井管安裝完后，應立即在井管與井壁之間填充沙礫濾料，濾料粒徑38毫米，雜質含量不大于3，填充采用鐵锨下料，以防不均勻和沖擊井管，濾料要一次連續完成，從井底填至井口下1米時上部在用粘土封口。洗井應在下完井管，填好濾料封口后隨時進行。防止時間過長，護

10、壁泥皮老化聚結，影響滲水效果。洗井應在井管內排出的水由濁變清后并達到正常出水量時方可停止。潛水泵安裝前，應對其系統做一次全面檢查，確保無誤后方可放入，安裝完畢后應進行試抽水，滿足要求后轉入正常工作。管井使用完畢后進行封井。封井方法 根據工程實際情況，要求降水維持到整個槽倉暗道底板及墻板施工完畢，在確保工程正常施工的情況下，方可停止抽水，并采取可靠的封井措施，抽水設備拆除后，填入級配砂石距井口1.5米改填C40抗滲混凝土搗實，逐個有序封閉，以確保建筑工程質量的完整性。降水沉降防護措施：參考地質資料得知：土壤空隙較大易于液化的特點，因降水對周圍地面所產生的沉降都可能對邊坡造成損害，為確保施工安全，

11、制定如下措施：一是暗道土方開挖后，對暗道支護樁間采用10150鋼筋網片錨噴支護措施。二是根據我們的施工經驗，由于土層砂含量較多，要延長洗井時間，確保成品井質量。三是在確保開挖施工能正常作業的情況下，采取必要的弱降措施，適當降低排量，避免地下水大量流失。四是降水井施工完成后，在-15.1米暗道頂板上面安裝排水管，將地下水集中排至水箱內再抽排至地面（草原），由于室外天氣寒冷，至地面的排水管要保溫處理且包裹電熱帶。如下示意圖：暗道土方開挖過程中，因地下水豐富，降水井降水效果不明顯，需要挖兩道1000 mm400mm200米長排水溝，輔助排水。溝內預埋350鋼管排水管并回填碎石形成盲溝，便及時將地下水

12、排除。待暗道混凝土完成后，為防止地下水滲入暗道，預埋350鋼管內灌注水泥漿（在預埋350鋼管時，間距8米預留一個150mm長1200mm的泄水檢查孔注漿孔，并在注漿孔位置預留400400500深的集水井，以便積水排入預埋鋼管內）。4.3暗道土方蓋挖施工方案一：整個暗道長206米，暗道混凝土結構設計分為四段，三道伸縮縫。在土方開挖時分為八段開挖，即每段暗道混凝土結構再設置一道施工縫（施工縫內安裝橡膠膨脹止水條或鋼板止水帶）。每段土方開挖長度約為25米左右，當每一段開挖完成后及時澆筑暗道底板及墻板混凝土。方案二：根據現場實際情況為加快施工進展，每段土方開挖長度按原設計伸縮縫為界，即暗道土方開挖每段

13、長度約為50米。經綜合分析決定采取第二種施工方法（施工快、不留施工縫），自軸向軸方向開挖（自東向西），每開挖完成一段后，及時進行下道工序施工。由于暗道凈高不足5米，無法利用大型機械開挖，均采用小型挖機開挖，兩臺120履帶式挖掘機及兩輛350裝載機。運輸設備的選擇：方案一:采用4-8輛5T運輸汽車，暗道內需鋪設臨時道路并鋪設鋼板，以便車輛更好的通行。方案二：暗道內架設皮帶運輸機，直接將土運輸至地面。方案二的施工進度快，但投入設備費用高，并且根據當時環境情況，氣溫太低（約-25），土易結冰不利運輸。故采用常規汽車運輸（方案一）。由于暗道蓋法挖土是前進式開挖，如果一次挖至底板底標高，因運土車輛來回行

14、駛會嚴重擾動基底土層，故采取分層開挖法，第一層先“前進”開挖，先開挖深4米（即挖到底板頂標高）；當挖到規定的進深后，再 “后退”開挖第二層，挖深1.1米，即挖至底板底標高處（如下圖示）。由于地下水降低不明顯，致使基底土層含水量大，運土車輛行駛困難，所以在整個挖土過程中均鋪設特制的鋼板作為車輛運輸道路。開挖施工總程序：開挖一段土方；施工一段暗道底板混凝土及剪力墻混凝土。（不得將整個暗道土方開挖完成后再施工混凝土暗道底板）。土方開挖工藝：第一層前進挖土（掏土）、鋼板鋪設道路、外運土第二層后退挖土、修正頂板處余土、外運土、拆除鋼板道路驗槽澆筑混凝土墊層。因天氣寒冷（-25左右），運輸車輛使出暗道后，

15、泥土凍結粘車廂不易卸土，所以車輛在裝土前應先在車上滿鋪一層塑料布，以便卸車。土方外運土時，由于自地下27米處運至地面，要保證運輸車輛安全，運土坡道坡度不得大于10，并且鋪設山皮石。特別是寒冷的風雪天氣，及時用碎石修整道路，下雪天氣必須派專人及時清掃積雪，確保道路不積雪不結冰。蓋挖法施工難點及對策: a、暗道凈高低無法發揮大型機械的工作效率，改用多臺小型機械。b、暗道內土方運輸車輛行走困難，采用鋼板鋪設道路；運輸車輛因凍土卸車困難，車廂內滿鋪塑料布。c、降、排地下水困難，增加排水盲溝。d、支護樁間滲水易塌方，采用自然冷凍使土層表面結冰、樁間支護鐵皮。e、降水井管影響挖土機械回旋，拆除部分井管，改

16、用軟管直接抽水。f、頂板陰角余土凍結不易挖除，搭設活動腳手架人工清除。g、頂板預埋墻體插筋處聚苯板清理困難，噴燈烤燒及稀料（甲苯、二甲苯）融化。4.4暗道頂板撓度控制措施暗道頂板施工完成后，開始開挖暗道內土方，由于暗道兩側支護樁間距離為17.5米，即暗道頂板臨時跨度為17.5米，故在開挖暗道土方施工中，必須保證暗道頂板撓度變化不超過設計要求，具體采取以下控制措施: a、禁止頂板上部堆放任何施工材料及周轉料具。b、機械挖斗、鏟頭等嚴禁撞擊頂板。c、頂板上杜絕施工車輛停放及通行。d、晝夜及時檢測頂板的撓度變化情況，并做好記錄，發現異常及時上報。e、制定專項檢測測量方案專人負責。f、暗道底板施工完成

17、后首先施工中間一道剪力墻。在整個暗道施工過程中，經檢測記錄表明最大撓度為35mm,平均為21mm。沒有異常現象發生，施工安全順利。4.5流沙的治理由于設計沒有要求在開挖基坑前降低地下水，根據地質報告及現場實際情況，暗道范圍內的水量較大，當暗道頂板施工完成后，此時才在暗道頂板上進行施工降水井（漏煤口處），但是由于工期要求緊降水時間短，降水效果不佳，在開挖土方過程中，暗道支護樁間出現大量滲水及流沙現象，采取了如下措施防治：樁間滲水處采用自然冷凍法使土層表面結冰后(因土方開挖時環境溫度-25度左右，土方開挖后土層表面遇滲水易結冰固化，減少了塌方了頻率)，在樁間支護鐵皮。在含有大量砂層處，因滲水出現流

18、沙，在出現流沙處用膨脹螺栓將鋼板固定在支護樁上，然后用干硬性速凝水泥漿封堵，見如下示意圖：4.6混凝土底板排水溝施工改進 原設計在底板兩側留有400*400mm的排水明溝，并且在排水溝部位暗道底板局部下沉，給施工帶來極大的不便，經與設計、業主溝通，將該排水溝改為明暗結合的方式，即在混凝土底板內埋設200mm鋼管排水管作為暗排水溝，原排水明溝由400mm深變為100mm，明、暗溝相連，積水由明溝引入暗溝再排向集水坑。見如下示意圖：4.7暗道墻板施工方法鋼筋綁扎及連接：墻體鋼筋上端必須與頂板內的預留插筋螺栓連接，下端與底板墻插筋綁扎連接，確保連接滿足施工規范要求，綁扎順序為墻體外層立筋-外層水平筋

19、-墻體內層立筋-內層水平筋。模板支設及加固：外墻模板僅單面支設加固，不易加固支撐牢固，產生漲模等質量通病，為保證模板的穩定性，必須在支護樁側打膨脹螺栓焊接對拉螺桿，上下間距400mm一道，模板用14槽鋼作背楞，間距1.5米一道，槽鋼上端與頂板預留墻插筋固定，下端與底板預留墻插筋固定。見如下加固示意圖：混凝土澆筑及振動：暗道墻體混凝土均從暗道頂板上預留150mm下料孔內由汽車泵直接輸入。為了減少墻體水平施工縫，墻體模板不需留下料喇叭口及振搗口，墻體混凝土的振搗也從下料孔內插入8米長得振搗棒進行振搗。 4.8墻頂與頂板結合處施工措施由于逆作施工豎向構件順作，考慮墻體混凝土的密實性，順作墻體與逆作暗

20、道頂板之間由于混凝土收縮存在縫隙，在支設墻體模板前，事先在頂板底面預埋鋼管注漿管（注漿管上鉆噴漿孔300mm，并用膠帶包裹噴漿孔，防止混凝土進入注漿管內，如下圖），如遇到部分注漿管散漿孔堵塞，在墻體剔鑿“V”型凹槽，埋設注漿嘴，間距500mm；將注漿嘴的進漿孔騎縫粘貼在預定的位置上。用環氧膠泥，將槽嵌填密實，進行封縫。.4.9施工縫及墻體防滲水措施暗道底板及剪力墻施工縫預埋膨脹止水條或鋼板止水帶做法如下圖示。暗道外墻墻體為900mm厚混凝土墻體，其模板采用18厚膠結板、鋼管回楞、穿心螺栓固定，每根穿心螺栓都應嚴格加焊止水片。4.10施工通風及照明槽倉暗道206米長，由于暗道頂板有60個漏煤口，

21、能夠滿足暗道內的通風需求，因此在開挖暗道土方時沒有安裝通風設備，機械尾氣及CO經檢測均沒有超標。暗道內照明安裝兩道照明線路，間距20米一盞200瓦防爆燈。5.確保寒冷冬季施工質量的措施槽倉暗道施工在寒冷的冬季（室外最低溫度-40左右），必須做好冬期施工準備工作，根據現場實際情況，總體思路是：當槽倉底板（暗道頂板）施工完成后，槽倉接通暖氣、安裝煤火爐，槽倉內-15.1米暗道頂板作為混凝土攪拌及鋼筋加工場地，冬期施工主要采取措施如下：5.1冬施準備工作及實施 施工現場安裝兩臺1T鍋爐，槽倉鋼結構圍護完成后，在倉內3.4米南北兩走道共安裝108組暖氣片，在-15.1米暗道頂板安裝10組直徑1.2米煤

22、火爐 （如圖示），確保槽倉內溫度在-3以上。同時因冬期寒冷天氣，原材料運輸困難，施工現場必須備足的冬期施工所有原材料：石子4500立方；沙子2700立方；水泥2000噸；鋼筋800噸。為防止沙、石堆放凍結，沙、石堆通入暖氣管道。5.2混凝土攪拌澆筑方法在槽倉內安裝750型攪拌機一臺，地泵一臺（先安裝在西半部，待東半部暗道混凝土完成后，再將攪拌機挪到頂板東半部）。施工東半部暗道混凝土時，將東半部暗道混凝土所需原材料，儲存在槽倉內西半部；當施工西半部暗道混凝土時，將槽倉西半部所有材料挪至東半部，且根據暗道混凝土原材料需要量，隨時從地面備料場供給。冬期混凝土攪拌工藝：原材料備料（應保溫）向槽倉內倒運

23、材料混凝土攪拌混凝土輸送澆筑混凝土保溫養護。混凝土攪拌布置如下圖：槽倉內沙、石均可從地面直接二次倒入，即在適當的位置將采光窗打開，將沙、石二次倒運至槽倉內堆放，或根據使用量隨時供給。見如下示意圖：暗道底板混凝土直接用地泵通過暗道頂板漏煤口輸入澆筑，暗道剪力墻混凝土均從預埋在暗道頂板的鋼管下料孔直接輸入。混凝土地泵管不易直接架設在暗道頂板上，應架設在支護樁頂貫梁上，預防因輸送混凝土振動影響暗道頂板撓度。5.3暗道施工順序 槽倉內施工降水井并降水槽倉內西半部備料、安裝混凝土機械東半部暗道逆做法開挖土方（暗道頂板上禁止堆放任何材料）東半部暗道混凝土結構施工完成將混凝土機械挪至槽倉東半部并備料西半部暗

24、道逆作法開挖土方（頂板上禁止堆放任何材料）西半部暗道混凝土施工完成暖氣拆、除攪拌機械退場。 為加快暗道施工進度，防止暗道頂板撓度變形太大，當暗道底板施工后，首先及時施工暗道中間剪力墻，暗道邊墻可以待暗道土方全部開挖完成后再施工（或者穿插施工）。6.施工監控本工程槽倉暗道地下埋深27米，長206米，槽倉護壁為土釘及預應力錨桿混凝土結構，施工期間對護壁變形及位移要求嚴密監控，業主委托專業公司進行24小時監測。本工程監控項目有: 結構樁的垂直監測，支護樁的水平應力監測，預應力錨桿應力監測，混凝土護壁位移監測，地下水位監測，周邊土體監測，同時在暗道土方開挖時對暗道頂板撓度的監測，暗道內CO的監測等。主

25、要監測結果：結構樁的垂直：最大30mm，平均20mm。 支護樁的水平應力：差異最大不超過設計應力的2%。預應力錨桿應力差異最大不超過設計應力的2.5%。地下水位：在-16.4米左右。混凝土護壁位移： 上部最大27.4mm，平均21mm。周邊土體沉降:南側最大40.4mm，平均32.5mm；北側：最大38mm，平均30mm。暗道頂板撓度：最大35mm, 平均21mm。通過合理有效的監測，掌握護壁及頂板變形規律，通過數據分析從而合理的制定出了施工方案及應急措施。7.結束語本工程作為目前國內最大的儲煤槽倉，暗道采用逆作法施工，對節約成本及如何在寒冷地區做好冬施，所取得的成功經驗必將對今后同類工程的施工起到很好的借鑒作用，特別是為大型地下煤倉綜合體的開發積累了寶貴的經驗。