上海月星环球商业中心工程逆作法施工
【摘 要】以亚洲最大的商业中心———上海市月星环球商业中心工程为实例，对其施工技术进行了详细分析和介绍。该工程采用了分区分块开挖、超深地下连续墙等施工技术，保证了施工期间相邻的地铁轻轨的安全营运，取得了在周边环境特殊的条件下，超大型地下空间逆作法施工的成功。
【关键词】上海月星环球商业中心工程 逆作法 深基坑 插入比 施工保护
1 工程概况
上海月星环球商业中心工程位于上海普陀区金沙江路北侧、中山北路以东，建设用地面积 66 527 m2。地下部分建筑面积为 166 739 m2，基坑占地面积约为 58 000 m2，整个基坑呈狭长型布置，单边最长达到550 m。该工程为 3 层地下室，裙房部分挖深达到 18 m，主楼区达到 21 m。该工程西邻中山北路高架，东临轨道交通 3、4 号线，南侧与在建中的 13 号线金沙江路车站共墙，属超大、超长、超深基坑，且工程周边环境复杂。
1.1工程地质情况
从本场地各土层的分布规律情况看，除第⑥、⑦层在古河道区变化较大外，其它各土层层位分布较稳定，无明显陡坎。场地南部为古河道区，缺失第⑥层暗绿色硬土层，第⑦层被切割，局部缺失。浅部分布有厚度较大的第②3层粉性土、砂土层，层底埋深一般在 10 m左右，缺失上海地区统编的第③层淤泥质粉质黏土层。
1.2 地下水
工程基地内地下水类型主要有浅部土层的潜水和深部第⑦、⑨、
、
层中的承压水。潜水补给来源主要为大气降水与地表径流，潜水位埋深随季节、气候等因素而有所变化。勘察期间测得地下水埋深约为 0.8 m～1.60 m，相应绝对高程为 2.27 m～1.30 m。由于承压水含水层水位呈年周期性变化，所以承压水位埋深的变化幅度一般在 3 m ～ 11 m。
2 工程难特点
2.1 超大、超长、超深基坑施工
本工程整个基坑呈狭长型布置，周长约1 200 m，单边最长达到 550 m。基坑开挖面积约 58 000 m2。裙房部分挖深达到 18 m，主楼区达到 21 m，土方量达到 1 100 000 m3。如此超大面积的基坑工程，在一次性开挖和土体卸载后极易造成基坑隆起，对周边环境影响将非常大，其影响范围也将远远大于常规基坑。
2.2 超大面积降水施工
本工程基地内承压水位埋深为地面下9.1 m ~ 10.1 m，开挖深度达18 m，因此第⑦层承压水有突涌的可能。同时由于基坑面积较大，大范围承压水下降可能对周边环境造成较大影响。
2.3邻近地铁及高架施工保护
本工程东接凯旋路、轨道交通3、4号线及金沙江路站，规划中的地铁13 号线与轨道交通 3、4 号线在此零转换交汇，西侧为上海城市主干道中山北路和内环高架，周边环境极其复杂。
3 基坑施工技术方案
根据本工程的实际特点，经过顺逆比较，该工程采用了逆作法施工。逆作法分块施工时，分别采用了以下施工技术来解决上述困难。
3.1 基坑分块施工
本工程基坑为超大、超长基坑，为防止基坑跨中变形过大，影响周边环境及轨道交通3、4 号线的安全，针对基坑特点，我们对基坑进行分区分块划分为 6 个大区，其中Ⅰ～Ⅴ区采用逆作法施工，Ⅵ区采用顺做法施工。各区之间增设中间设置800 mm地下连续墙分隔，并考虑到分隔墙在最不利工况下可能承受2 层土层荷载，其深度为底板面下 6 m。我们在逆作法区域，先将Ⅰ区Ⅱ区、Ⅳ区Ⅴ区形成相对独立的基坑，再对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行划分成 3～4 个施工流水段，使每个小区面积内以相对平均的工作量组织流水施工。
3.2 取土口布置及场内交通控制技术
出土口布置应满足结构设计要求及实际过程中施工需要。本工程裙房施工中，考虑到上下同步施工对取土口的布置有一定的影响，所以在布置过程中分阶段对出土口进行了调整。具体施工情况如下：
因在上部结构施工前的整个场地出土较为便利，挖土深度相对较浅，所以我们将出土口布置面积设为100 m3~150 m3（具体大小根据结构形式来定），并考虑挖机作业半径，取土口布置间距考虑在 35 m~ 50 m。同时，还要根据分区平均布置取土口数量，并在边跨位置留设取土口以方便挖除盆边土。整个开挖阶段要考虑布设取土口 65 个，共计11 620 m3，占总建筑面积约 20%。
在裙房上部结构与地下室同时施工时，由于上部结构一层施工排架对出土的速度有一定限制，施工时应进行合理分区，将挖土区与上部结构一层施工错开，并留有一条主通道保持车流环通。上部结构施工后，结构内只保留 6 个大型取土口。为保证挖机作业空间，取土口一跨范围内上部结构暂缓施工，要待挖土完成后再补全结构，这时出土口数量可减少到 46 个，占总面积的 17.8%。
在挖土施工方面，应根据不同深度的土层选择不同型号的挖机，以达到最快出土的要求。挖深 4 m~6 m时可选用1 m3普通反铲挖机；挖深6 m~ 14 m时可选用加长臂挖机；挖深14 m~ 19 m时可选用伸缩臂挖机；挖深 19 m以下时可根据需要选用吊机或超级伸缩臂挖机。我们根据高峰期出土量的情况，在现场设置了6～10个挖土点，并考虑配置4台伸缩臂挖机及6台普通反铲挖机。
在出土施工方面，由于基坑面积大，单日出土量达到2 000 m3~ 3 000 m3时，可考虑配置100～150 辆 40 t 土方车作为出土运输工具。施工时，上下部分结构与分区分块施工应交错进行，并对车行路线进行合理布置。分块时应对场地内部车行路线进行翻交，以保证地下室挖土车行路线。取土口处部分上部结构应后施工，以保证挖土净空的要求。
3.3分块盆式开挖施工技术
通常在逆作法顶板施工前，先将土方大面积开挖至板底下150 mm左右，然后利用土代模进行逆作顶板结构施工。由于采用土代模施工，明挖土方量很少，大量的土方将在后期进行逆作暗挖，因此挖土效率将大大降低；同时，由于顶板下的模板体系无法在挖土前进行拆除，大量的模板将会因为无法实现周转而造成浪费。
针对本工程为大面积深基坑的开挖施工，为兼顾基坑变形及土方开挖的效率，在进行地下1 层施工时，现行形成环带。我们先利用环带内未施工区域，采用盆式开挖，周边土方保留，中间大部分土方进行明挖的方法，这样一方面能控制基坑变形，另一方面增加了明挖工作量，从而增加了出土效率；再对于不同分区，根据实际情况分层开挖，先挖中心区，再挖盆边土，实现分区下降；在抽条挖土时，3、4 号线承台位置应先行开挖，抽条宽度为 6 m，盆边留土 17 m，单块抽条方量约为1 000 m3。我们根据 1 m3挖机出土方量，同时考虑交通及不确定因素下每台班理论出土约500 m3，因需在 16h 内完成挖土施工，故边跨考虑采用厚为 300 mm配筋垫层进行加固。浇注时，我们采用早强混凝土，24 h 内完成垫层，高架一侧应在 36 h 内完成垫层。
3.4 劲型钢梁逆作法施工技术
本工程结构形式为梁内劲性钢梁，钢梁为拼接 H型钢,最大钢梁长 15.5 m，质量约 8 t。
由于本工程采用逆作法施工，钢结构总质量约 800 t，各施工区域均有布置，涉及面广。逆作法施工挖土以“时空效应”及“抽条挖土”为原则，所以钢结构的施工势必会对挖土的进度造成一定影响，从而影响整个施工进度。另外，在梁内劲性钢梁安装完毕后再进行钢梁的帮扎，施工工艺繁琐且不易操作。为解决上述难题，我们在现场根据钢梁位置结合挖土工况，对钢梁位置先行进行开挖施工，并按照安装钢管法兰、柱间主钢梁、次梁的顺序，从北到南进行钢梁安装、高强螺栓施工和焊接施工。
3.5 其他相关施工技术的应用
（1）一柱一桩施工技术
本工程桩基为逆作施工阶段一柱一桩的抗压桩设计。逆作法施工共设钢管一柱一桩 671 根，钢管规格为φ550 mm×12 mm、φ630 mm×12 mm两种，长度约23 m。钢管与钢筋笼进行插接时，钢管应锚入工程桩顶3 m。钢管内混凝土等级同桩身混凝土等级一致，都是C50高强度混凝土。施工要求为：钢管平面位置偏差不大于5 cm，钢管安装垂直度不低于1/400。
本工程一柱一桩施工采用机械调垂方式，机械调垂系统主要由传感器、纠正架、调节螺栓等组成。其具体操作方法为：先在支撑柱上端X和Y方向上分别安装一个传感器，然后将支撑柱固定在纠正架上；支撑柱上要设置2组调节螺栓，每组共4个，两两对称，两组调节螺栓间应有一定的高差，以便形成扭矩；测斜传感器和上下调节螺栓应在东西、南北各设置一组；若支撑柱下端向X正方向偏移，X方向的两个上调节螺栓一松一紧，使支撑柱绕下调节螺栓旋转，当支撑柱进入规定的垂直度范围后，即停止调节螺栓；同理，Y方向通过Y方向的调节螺栓进行调节。
通过现场实际数据表明，机械调垂能有效地将一柱一桩的垂直度控制在1/400 ~ 1/700 之间。
（2）承压水降水施工技术
本工程基坑土质开挖深度范围内分布有较厚的古河道沉积物。该土层黏性大、灵敏度高、含水量大，其中水不易疏干且基坑底面设计标高以下存在第⑦层承压含水层，承压含水层顶面埋深约为地面下 32.0 m，承压含水层厚度为 8.0 m~ 10.0 m。根据计算分析，基坑开挖深度大于 16.72 m时，需要考虑降低承压含水层水位。本工程群楼开挖至 17.40 m时，应降低承压水位到 8.27 m；主楼开挖到 18.40 m时，应降低承压水位到 9.91 m；局部深坑开挖到 20.0 m时，应降低承压水位到12.36 m。
结合本工程地墙深入⑧层 1 m~3 m隔断了承压水层的因素，我们考虑在基坑内布置27 口减压井，其中 2 个主楼区各 2 个。
（3）照明通风施工技术
通风、照明和用电安全是逆作法施工措施中重要的组成部分。这方面稍有不慎，就会酿成事故。对此，我们可以采取预留通风口、专用防水动力照明电线路等手段，并辅以安全措施，以确保施工安全。
在浇筑地下室各层楼板时，应按挖土行进路线预先留设通风口。随着地下挖土工作面的推进，当露出通风口后即应及时安装大功率涡流风机，并启动风机向地下施工操作面送风，清新空气向各风口流入，经地下施工操作面再从2 个取土孔中流出，形成空气流通循环，以保证施工作业面的安全。
我们在地下施工动力、照明线路上设置了专用的防水线路，并将其埋设在楼板、梁、柱等结构中。其中，专用的防水电箱应设置在柱上，不得随意挪动。随着地下工作面的推进，自电箱至各电器设备的线路，均需采用双层绝缘电线，并架空铺设在楼板底。施工完毕后，应及时收拢架空线，并切断电箱电源。在整个土方开挖施工过程中，各施工操作面上均需设置专职安全巡视员，监护各类安全措施并检查落实。
4 实施效果
目前，本工程基坑已基本完成，上部结构施工也已经开始。从现场实施情况来看，实现分块施工能有效地在确保基坑安全的情况下加快施工进度。同时施工监测数据表明，地表最大沉降差为 - 31.3 mm，高架桥墩仅为 4.2 mm，周边的管线沉降也在控制范围之内，轻轨、高架均运行良好。
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