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超深基坑逆作施工快速取土技术创新

中建八局第一建设有限公司

印尼一号双塔项目 “航梦海外”QC小组

本工程地下结构共7层高速公路（界河～外环线）五标段盖梁施工组织设计，由于周边建筑环境复杂，地下结构拟采用逆作法进行施工。基坑最大开挖深度为32.2米，裙楼区域开挖深度为23.5米，基坑开挖平面尺寸13000平方米，土方开挖总量约35万立方。

2.2 小组获得荣誉情况

小组成立以来，先后获得上海市QC成果一等奖两项、二等奖一项、局级QC成果两项、中建八局一公司QC成果一等奖两项。

（a）2019年上海市QC成果一等奖 （b）2019年上海市QC成果一等奖

（c）2018年上海市QC成果二等奖 （d）2018年上海市QC成果三等奖

（e）2018中建八局一公司QC一等奖 （f）2017年中建八局一公司QC一等奖

图2.1 小组获得荣誉证书

活动实施初期，小组成员依照PDCA循环，小组成员制定了活动计划表，现场实施能够严格按照活动计划实施。

本次QC活动，小组制定严格考勤制度，安排专人负责考勤。通过考勤统计发现，小组成员出勤率达到98%以上。

1）土方开挖面积大、土方体量大：地下结构土方开挖面积为13000平方米，土开挖总量达到32万立方，土方开挖面积及体量大，现场协调要求高。

2）开挖深度深，堆土取土困难：地下结构共有7层，土方最大深度为32.2米，是目前印尼建筑史上最深基坑，地下结构逆作且采用塔楼区域作为取土口，如何在核心筒区域进行堆土和出土创新，是本课题的研发重点。

3）堆土进入地下室清理难度大：在无防护条件下进行推土，大量土方会进入到地下室内部，后期只能通过人工清理，影响地下室进行施工。

4) 土方作业处于工期关键路线：地下结构采用逆作法施工，土方开挖和垂直驳运处于工期关键路线上，土方开挖效率直接决定整个工程的工期。

5） 项目周边环境复杂：工程处于雅加达中心区域，基坑边界紧邻日本国驻印尼大使馆、Jalan M.N Thamrin路、Plaza Indonesia等重要建筑设施，建筑变形及沉降要求严格，基坑开挖难度大。

（a）东侧为日本大使馆 （b）南侧为已有超高层建筑

图3.1 项目周边环境示意

6）当地生产力水平低：印尼当地生产力水平低，土方开挖机械及工人操作水平均是限制土方开挖的难题，需项目部积极创新施工及现场管理方法。

小组通过中国知网等学术网站查询了有关“超深基坑逆作出土技术”的相关主题，没有一种方法满足现场要求，但通过学习，给与了我们出土方法创新的启发。

结合目前本项目超深基坑逆作法施工条件下土方开挖概况及存在的施工难点，QC小组经过讨论最终确定本次研发课题为：超深基坑逆作施工快速取土技术创新。

图3.2 中国知网课题查新

图4.1 工期及基坑变形目标设定

地下室土方开挖及地下结构施工，印尼平均水平所需时间20个月，业主要求计划完成时间为18个月，本次活动计划通过土方驳运技术创新，将土方开挖及地下结构工期目标缩短为15个月。

通过加快土方开挖效率，减小基坑施工对周边建筑设施的影响，加强基坑及围护结构变形监测，保证变形控制在规范要求范围内。

进行超深基坑逆作法大开洞区域堆土及土方驳运技术创新，总结一套完整的超深基坑逆作法施工快速隔离堆土取土技术。

本次QC活动目标确定后，小组成员从人、机、料、法、环、测等方面对设定目标进行可行性分析：

理由1：本工程为公司进入印尼市场的首个项目，意义重大，公司在技术和现场实施各个层面提供了大力支持。

理由2：项目成立之初，项目部组织技术人员参加国内相关培训，通过培训，奠定了现场技术人员进行相关技术创新研发的理论基础。

理由3：本工程为联合体施工模式，当地建筑企业ACSET可协助进行创新，具备现场设备研发、技术创新的工具及材料资源。

理由4：针对土方开挖导致的基坑边形，项目部在基坑施工前已招标专业测量公司对基坑边形定期进行监测。

通过分析讨论，小组成员一致认为本次QC活动的设定目标是可以实现的。

五、提出方案并确定最佳方案

小组组长组织QC小组成员及设计单位相关负责任人对项目所处位置环境进行考察、勘探，并积极落实周边重要建筑及构筑物的变形要求。

结合现场勘查资料，小组组长多次组织小组成员开展“头脑风暴”讨论会，通过讨论小组成员认为土方垂直驳运是制约当前土方开挖及地下结构施工效率和质量主要问题。

图5.1 小组成员展开头脑风暴法讨论

针对土方垂直驳运，在印尼一号双塔项目部，QC小组开展了讨论，同时借鉴同济大学朱宝良教授“竖向垂直运输理论”及胡中雄教授“垂直隔离理论”提出了两套创新方案。

方案一：永久坡道结构优化兼做出土坡道取土技术

本方案计划在地下结构施工时先施工地下室永久坡道，对坡道结构进行优化设计，使地下室永久坡道能够满足出土车辆载荷等要求。利用永久坡道作为出土道路进行出土。

1）采用大开挖方式开挖B1层土方，南北坡道区域土方开挖至B2层底（每层坡道区域土方开挖深度均比其他区域深一层，满足下层土方开挖能利用坡道向上运土）。

2）施工B1层结构板以及南北塔B2至B1层坡道结构，土方自坡道处向里开挖土方运土车从坡道将B2层土方运输至B1层进而运出场外。

3）施工B2层结构楼板及B3至B2层坡道结构，同时开挖B3层土方，依次循环开挖并倒运下部土方。

图5.2 创新方案一BIM模拟示意图

方案二：模块化钢背楞组合式隔离板支护阶梯堆土转运技术

本方案主要在于研发一种超深基坑土方开挖挡土隔离板，挡土隔离板固定在地下结构的边缘，将基坑土方开挖施工与地下结构施工隔离开来，从而实现逆作法施工条件下的基坑内部大面积堆土作业。

1、组合隔离板可通过隔离板、主次背楞以及固定装置组成，组合隔离板可以固定在已完成地下结构的预埋件上。

2、通过大面积阶梯堆土作业加长了短臂挖机+短臂挖机、短臂挖机加长臂挖机组合的使用时间，从而提高土方驳运效率。

3、本项技术适用于超深基坑逆作大体量土方垂直驳运的工况，且施工操作方便，随着开挖深度可加长隔离板实现整个阶段的堆土及驳运。

图5.3 创新方案二BIM模拟示意图

QC 小组成员结合经济性、时间性、可实施性、可靠性及安全性五个方面对三个方案进行分析对比。通过对比分析，小组最终选定方案三作为最佳实施方案。

结合方案二，QC小组根据最佳实施方案制定了详细的实施流程。

图5.4 方案实施流程图及系统图

结合分析得出的的三项问题，QC小组成员利用头脑风暴法展开讨论并按照5W1H的原则制定了方案对策表，定人、定时间、定措施保证关键问题得以解决。

制表人;秦基辉 审核人：黄翔 完成时间：2017年8月28日

对策实施一：模块化钢背楞组合式支护隔离板设备研发

1、模块化：隔离板采用模块化焊接组合方式，每块钢板尺寸为5*1.5m，模块化保证隔离板能最开挖深度增大逐渐加长。

2、钢背楞：隔离钢板后面焊接采用H型钢焊接形成钢背楞，主次背楞间距均为2m且通过焊接连接，有效保证的隔离钢板的整体性和稳定性。

3、挂件式固定：在地下结构施工时预埋定型化构件，通过在钢背楞上设置L型构件，并挂至预埋构件上实现整个钢板与地下结构有效固定。整个隔离钢板通过挂件系统固定在裙

楼结构上，在堆土及取土机械正常碰撞时不发生倾倒状况。

通过研发模块化钢背楞组合式支护隔离板，有效解决了传统逆作施工出土口堆土对地下结构施工及已完成结构稳定性影响难题。

软基换填施工方案图7.1 组合式支护隔离板示意图

对策实施二：自卸式组装大容量取土料斗研发

本项目筏板基础及坑中坑土方最大开挖深度达到32.2m，而印尼当地出土机械匮乏，且前期由于成本问题仅从国内进口一台抓斗机，但出土效率较低，现场难题表现为：

1、抓斗机容量1.3立方，出土速度相对堆土出土严重下降。

2、抓斗机台班费用高，增加数量将导致土方费用大幅上升。

3、施工处于雨季XXX钢结构展厅施工组织设计方案，长期雨水聚集将导致下部土方承载力减弱。

针对该难题，项目研发了一种自卸式组装大容量取土料斗，取土料斗容量为2方，在料斗底部开设活动门扇，当门扇关闭时实现土方的装载和转运提升；当门扇打开时，土方在重力作用下自动下落，操作简单方便，取土效率高。