装配式钢管混凝土内支撑在盾构竖井深基坑工程中的应用学习体会

一、文献概况与工程背景

本文由郭雪源等人发表于《兰州理工大学学报》2020年第46卷第6期，依托华北理工大学与北京工业大学的产学研合作，以北京地铁17号线某盾构竖井深基坑工程为背景，提出了一种装配式钢管混凝土（PCFT）内支撑结构，并在工程实践中进行了应用验证。该研究针对盾构竖井深基坑工程中出土作业面小、基坑深度大等施工难题，提出了一种创新性的内支撑解决方案。

从钢管技术专家的角度审视，PCFT内支撑是一种将钢管与混凝土组合优势与装配式施工方法相结合的创新结构形式。其核心构件是双肢矩形钢管轻集料混凝土构件，通过高强螺栓与锚固件装配连接。这种结构形式既发挥了钢管混凝土的承载力和刚度优势，又通过装配式施工方法解决了盾构竖井空间受限、施工难度大的问题。

1.1 盾构竖井深基坑的特殊挑战

盾构竖井是连接地面与地下盾构隧道的关键节点，其深基坑工程具有以下特殊挑战：

• 出土作业面小：竖井空间受限，传统大型施工设备难以进入。
• 基坑深度大：竖井深度通常较大（可达30~50米），围护结构受力复杂。
• 周边环境复杂：竖井通常位于城市道路或建筑物附近，对变形控制要求严格。
• 施工工期紧：地铁工程工期紧张，需要高效的施工方法。

二、PCFT内支撑结构体系

2.1 结构组成与构造

PCFT内支撑结构由以下主要构件组成：

2.2 装配式施工方法

PCFT内支撑的装配式施工方法是其核心优势之一。与传统现浇混凝土内支撑相比，装配式施工具有以下优点：

• 施工速度快：构件在工厂预制，现场仅需组装，大幅缩短工期。
• 质量可控：工厂预制构件的质量控制比现场施工更容易保证。
• 空间适应性强：构件尺寸可根据竖井空间定制，适应狭小空间施工。
• 可重复使用：部分构件可回收再利用，降低工程成本。

从钢管制造工艺角度，PCFT内支撑用钢管的制造需要注意以下几点：

• 矩形钢管的制造：矩形钢管通常采用冷弯成型或焊接成型，需注意角部圆角半径和壁厚均匀性。
• 钢管与混凝土的界面处理：钢管内壁应进行粗糙化处理（如喷砂、开孔）以提高与混凝土的粘结强度。
• 钢管的防腐处理：钢管外壁应进行防腐处理（如镀锌、涂漆），内壁可根据需要设置防腐涂层。

三、基坑支护设计与监测

3.1 支护设计要点

PCFT内支撑的基坑支护设计需要考虑以下关键因素：

• 支撑轴力计算：根据基坑开挖深度、围护结构变形、地层条件等计算支撑轴力。
• 围护结构变形控制：根据周边环境影响确定围护结构的最大允许变形。
• 支撑间距确定：根据支撑轴力和构件承载力确定支撑间距。
• 节点设计：支撑与围护结构的连接节点需传递轴力、弯矩和剪力。

3.2 信息化监测体系

本文对支撑轴力、围护桩变形、桩顶位移和地表沉降进行了信息化监测，这是现代基坑工程的标准做法。监测数据为验证设计假设、调整施工方案提供了重要依据。

四、工程实践总结与技术启示

本文通过北京地铁17号线某盾构竖井深基坑工程的实践，总结了PCFT内支撑的设计与施工经验，得出了以下重要结论：

• PCFT内支撑架设施工技术简便易行，适应盾构竖井空间受限的特点。
• 在有效控制基坑稳定和周边环境安全的基础上，极大地提高了盾构竖井深基坑工程施工安全性和便利性。
• 信息化监测数据验证了设计假设，支撑轴力和围护结构变形均在控制标准范围内。

从钢管技术专家的角度，PCFT内支撑的应用为钢管混凝土结构在深基坑工程中的应用提供了新的思路。在实际工程中，建议注意以下几点：

• 钢管选型：建议采用Q345或Q420矩形钢管，壁厚根据支撑轴力要求确定，建议壁厚不小于10mm。
• 制造工艺：矩形钢管建议采用冷弯成型或焊接成型，严格控制尺寸公差和焊缝质量。
• 连接节点：高强螺栓连接节点的预紧力控制至关重要，建议采用扭矩法或转角法保证预紧力。
• 防腐与耐久：钢管外壁应进行热浸镀锌或环氧涂层防腐处理，内壁可根据需要设置防腐涂层。

本文的研究为装配式钢管混凝土内支撑在盾构竖井深基坑工程中的应用提供了宝贵的工程实践经验，但在推广应用中仍需结合具体工程条件进行详细设计和施工优化。