潛水員在地鐵車站水下開挖工藝中的應用探討

彭祥峰 張真

Application of Divers in Underwater Excavation Technology at Subway Station

摘要： 本文從一個工程實例出發，介紹了在永定門外地鐵車站的建設中，潛水員隊伍在水下開挖中起到的關鍵作用，詳細介紹了潛水員參與水下開挖的施工工法、施工工藝、施工工序以及流程。對地鐵車站水下開挖施工領域具有一定的借鑒意義。

Abstract： This article starts from an engineering example and introduces the key role of the divers' team in underwater excavation during the construction of the subway station outside Yongdingmen. The construction method， construction technology and construction process of the divers' participation in underwater excavation are introduced in detail， which has certain reference significance for underwater excavation construction of subway station.

關鍵詞： 潛水員；水下切割；盲區清淤；水下錄像

Key words： divers；underwater cutting；blind dredging；underwater video

中圖分類號：U231+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）15-0111-02

0 引言

潛水員在工程中的應用主要為港口與航道工程、橋梁工程、沉船打撈等，但在地鐵車站中應用為全國首次。由于工程潛水作業時間長，強度大，對安全的要求較高，工程潛水一般采用水面管供的形式。進行工程潛水需要配備一定技術裝備，有水下錄像設備、水下電焊切割設備、輕重潛水設備、水下分裂混凝土設備等，潛水人員要求要取得專業資格證書，潛水作業經驗，并且對水下作業深度有一定要求。北京地鐵8號線永定門外車站基坑水位線以下土體開挖不做常規降水開挖，使用旋挖鉆機、重力抓斗進行土方帶水開挖。但因主體圍護結構支撐及腰梁導致盲區部位無法開挖，因此需要潛水員進行對盲區進行處理以及其他水下作業。本文通過總結潛水員在水下開挖中應用的施工經驗和技術要點，為北京市地鐵車站及類似地層區域的工程中更廣泛地應用水下開挖施工工法提供技術參考。

1 工程概況與難點分析

1.1 工程概況

8號線三期06標包括1站1區間。車站為永定門外站，區間為永定門外站～木樨園橋北站。車站主體結構為地下四層三跨框架結構，圍護結構采用地下連續墻+內支撐體系，車站總長139.2m，標準段寬24.9m，端頭井寬29m，底板埋深約34/32m。

本次潛水作業施工包括車站承臺基坑地下連續墻水下墻體、剪力槽清理、附著地連墻止漿鐵皮切割去除，腰梁及板撐（陰角）下側土體清理，基坑底部進行清理整平作業。

水下作業環境特點顯著：①水深：最大作業水深17米；②表層水溫：根據潛水員實際下水作業時間確定；③能見度為零。

1.2 水文地質條件

水下開挖區域位于地下水位線標高向下至封底混凝土底標高的卵石⑤層、粘土⑥層和卵石⑦層，該地層含水量高、透水性好，地下水流速大，其中卵石⑤、⑦層極其致密，重型動力觸探值分別為85和115，詳見圖1。

2 水下開挖簡述

永定門外站是北京地鐵8號線3期難度最大的車站之一，該站地下水充盈，如果按照常規施工，車站的日涌水量將達到18萬立方米，既浪費地下水資源，又有極大的安全控制風險。“當年北京南站施工時的日排水量達到13萬立方米，永定門外站水位比南站還深了近6m，常規開挖方法根本無法完成施工。

為了解決這個技術難題，施工單位決定參照在建設南京緯三路過江通道時水下開挖的方式，提出永定門外站水下開挖施工的初步設想。

水下開挖是一種跨江河橋梁深水墩基礎施工工藝，而修地鐵和橋梁不一樣，從圍護體系、開挖方式到作業環境都不一樣，將水下開挖運用到地鐵施工中，在國內尚屬首次。

施工單位將車站分為16個倉進行開挖，并采用了超厚地連墻、貝雷鋼架平臺作業、旋挖鉆車站水下取土、潛水員水下作業等軌道交通建設中極少見到的設備和工藝。

3 潛水員在水下開挖中的應用

3.1 潛水員施工內容概況

水下開挖過程中，主要涉及工程范圍為封底混凝土范圍內地下連續墻（圍護結構）墻壁清理、地下連續墻剪力槽清理、止漿鐵皮清理、腰梁及板撐（陰角）下側土體清理、分倉墻吊筋切割、基坑底面整平、淤泥清理以及拍照攝像的檢測工作，如圖2所示。

3.2 潛水員施工準備

①潛水員采用TF-12型通風式重裝潛水裝置，該裝置主要由380V外接電源、0.9m3空氣壓縮機、潛水膠管、頭盔、潛水服、壓鉛、腰節閥、潛水鞋、對講機等組成。②水上作業平臺：由于施工在地連墻圍護體內，施工船舶無法進入，故水上作業平臺采用浮箱現場拼裝，選用單體浮箱尺寸為3m×3m。③吊籃：從基坑頂到水下作業面高差約22m，為便于潛水員從地面到達基坑水中，故采用吊機配合吊籃配合潛水員上下。吊籃設計為1.5m（長）×1.5m（寬）×1.2m（高），吊籃骨架采用5×5角鋼焊接，內鋪木板，一側采用移動門，方便潛水員進出吊籃，吊籃用履帶吊或汽車吊著上下。

3.3 潛水員水下施工

①腰梁及板撐（陰角）下側土體清理。當開挖到腰梁下段水線下時，停止開挖，由潛水員使用高壓槍清理腰梁及板撐（陰角）下側土體，配合抓除清理物。當開挖到剪力槽上端平面時，停止開挖，由潛水員使用高壓槍清理腰梁及板撐（陰角）下側殘余土體，配合抓除清理物。②水下混凝土澆筑范圍內的圍護結構墻壁（地下連續墻）、陰角處的卵石及殘留土由潛水員水下沖、吸，隨開挖進度進行清理。潛水員著裝下水，操作10個立方的空氣壓縮機進行陰角處理，卵石及殘留物水吸排到倉中，備于抓斗作業清除，清除后由潛水員下水使用鋼刷作業，鋪排式刷除清理圍護結構墻壁（地下連續墻）的粘物，并進行刷除后的檢查，以后再用高壓水槍沖洗，確保墻體清潔到位，不留附著物。③剪力槽清理。當開挖到剪力槽下1m時，停止開挖，由潛水員下水，清理剪力槽，并檢查剪力槽的清理效果。潛水員著裝下水，手帶鋼釬潛到剪力槽部位。潛水員探摸確定剪力槽下口，把鋼釬從下口插入向上扳起，使充填泡沫受到損壞并脫開。然后用手或鋼釬撬出，直到泡沫清理干凈為止。剪力槽泡沫清理完畢后，潛水員潛入水下，用水下風槍把水泥漿清除干凈，探摸并檢查剪力槽的清理效果。完畢后，聯系水面工作平臺人員，上浮出水。

3.4 割除地連墻止漿鐵皮外露墻平面部分

①切割設備介紹：電焊機選用硅整流300直流焊機，輸出電壓為5-35V。水下切割工具型號：SGⅢ型水下氧弧割炬，配用專用水下電割條。②工作原理：割刀利用電和氧氣進行切割，電弧放電溶化金屬，同時赤熱的金屬與氧發生氧化反應，放出大量的熱，又在氧氣流的作用下，吹去液態金屬，達到連續切割目的。

3.5 對基坑底部進行清理整平，清理地連墻側壁

完成上述水下作業后，潛水員對水平面以下墻體清理情況、墻體止漿鐵皮切割情況、剪力槽槽口內清理情況進行水下自檢。自檢并確認上述作業符合要求后，潛水員水下配合進行基坑底部清理整平。基坑封底前，由于抓斗在抓取基坑底部時所產生的凹凸面必須由潛水員水下實施整平作業，整平后，底部平面產生的淤土，包括墻體水平面以下清理沖洗后的沉淀物，用專用潛水泥漿泵倒拔抽吸干凈，確保達到基坑混凝土灌漿封底技術要求。

潛水泥漿泵選用：潛水泥沙泵NSQ250-35-55參數，泵流量250m3/h，揚程35m，功率55kW，轉速980轉/分，泵的出口150mm，最低作業水位126cm，最深作業水深不超過20m。最大通過顆粒36mm，工作電壓380V，50Hz。

3.6 拍照及攝像

完成基坑內所有潛水作業內容，潛水員著裝下水，攜帶水下錄像設備對作業面進行拍照、攝像存檔作業，完成后出水。施工水域因基坑開挖所致形成泥漿混合型水質，能見度為零，我部水下拍照及攝像作業將根據實際情況采取凈水措施，待具備水下攝像、拍照作業條件后，由潛水員水下操作施工。

3.7 出水檢查歸位

潛水員出水卸裝完畢后，把所有器材、工具、物品放回原處并清洗整理。潛水員與潛水工程師及時整理檢查第一手資料。

4 影響

八號線三期永定門外站作為全國首例水下開挖地鐵車站，對日后國內的地鐵修建有著重大的意義。許多因水文地質條件而困擾的地域，以永定門外站為先例，能夠更好地開展軌道交通建設，而潛水員作為水下開挖的重要組成，對于整個水下開挖有著必不可缺的意義。潛水員的參與及首例水下開挖的開創，多次吸引十幾家媒體前來參觀采訪，在業內也廣為流傳。

5 結論

八號線三期永定門外站作為全國首例水下開挖地鐵車站，開創了軌道交通施工建設的先河，解決了富水致密砂卵石地層條件下地下水處理難、風險高的施工問題，潛水員在其中的應用對于水下開挖起到了關鍵性的作用，解決了水面以下普通人員、機械無法處理的難題，加快了施工的進度，保證了施工的質量，值得在軌道交通領域進一步推廣。

參考文獻：

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