復(fù)雜地層地下連續(xù)墻施工成槽關(guān)鍵技術(shù)研究和質(zhì)量保證措施

婁 寅 王亞鵬 謝汪洋 陳道政

（1 南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司)

(2 中鐵北京工程局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司)

(3 合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院）

1 引言

在很多城市的地下軌道交通建設(shè)中，地連墻施工工法已被成功實(shí)踐，并取得了顯著的施工效果。作為復(fù)雜、軟弱地層地鐵車站的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)方式，應(yīng)用也會(huì)越來越廣。而其中，由于地下連續(xù)墻成槽施工約占整個(gè)工期的一半，因此施工的關(guān)鍵是選擇合適的開挖方法。

本文通過對(duì)復(fù)雜地下環(huán)境中超深連續(xù)墻成槽施工技術(shù)研究，分析并解決困難，保證質(zhì)量，為今后類似工程提供借鑒。

2 工程概況

雨潤(rùn)路站位于南京雨潤(rùn)大街與嘉陵江東街之間，沿著泰山路呈南北向布設(shè)，是在建的7 號(hào)線中第5 座車站。車站的站臺(tái)采用地下兩層島式結(jié)構(gòu)，整體單柱雙跨箱型和局部雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)，柱距為9m，采用明挖法施工。地下一層、二層的站廳和站臺(tái)中心里程為YCK6+110.000；站臺(tái)寬度11m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬19.7m，總長(zhǎng)276.4m。雨潤(rùn)路站采用厚度均為800mm，共計(jì)108 幅的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其中，基本開挖槽段幅寬6.0m，局部和角點(diǎn)位置有適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，幅間豎向接頭采用工字鋼方式連接。地下連續(xù)墻混凝土級(jí)別采用水下C35 級(jí)。雨潤(rùn)路站主體圍護(hù)地連墻成槽深度為64m，正負(fù)偏差2m，墻底入巖1m。

根據(jù)勘察揭示的地下土和地下水條件，雨潤(rùn)路地連墻施工涉及到的地層、土層分布從上到下依次為：松散可塑填土、流塑型粉質(zhì)粘土和粉砂互層、中砂、含礫粉砂質(zhì)泥巖和砂巖以及中密粉砂。施工場(chǎng)地地下水存在分為孔隙中潛水、孔隙中承壓水和基巖中裂隙水。其中，潛水含水層主要分布于長(zhǎng)江漫灘中上部，對(duì)本工程施工有一定影響；而承壓水含水層主要分布于長(zhǎng)江漫灘的中下部，厚度大，對(duì)本工程施工影響大。此外，本場(chǎng)地下伏基巖由白堊系浦口組(K2p)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化巖組成，基巖裂隙處存在少量地下水，但對(duì)本工程施工影響較小。

圖1 220kv 高壓線與地連墻平面位置關(guān)系示意圖

根據(jù)場(chǎng)地所在地理位置坐標(biāo)圖，車站東側(cè)為雨潤(rùn)食品加工園和雨潤(rùn)食品公司，西北方向?yàn)槊骰t(yī)院規(guī)劃醫(yī)療用地，現(xiàn)狀為空地；西南方向?yàn)殡p和園小區(qū)；沿泰山路以東有沙洲東河、220kV 架空高壓線兩回；沿泰山路以西為明基醫(yī)院規(guī)劃醫(yī)療用地，現(xiàn)狀為空地，車站南側(cè)為油坊橋，現(xiàn)已拆除。對(duì)地下連續(xù)墻施工有影響的為220KV 架空高壓線。

3 施工難點(diǎn)

地下連續(xù)墻成槽是施工的關(guān)鍵步驟，采用合理的開挖方法可以顯著提高施工效率，縮短建設(shè)工期。就目前來說，地連墻成槽普遍采用的施工方法是，先采用沖樁機(jī)在槽段兩端沖孔，然后用抓斗挖去孔間的土墻，這種方法操作比較成熟，但也存在一些缺點(diǎn)和改善空間。特別是在本場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境條件中，其適用性受到了很大限制，難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，施工中很難保持槽壁的平整度及成孔質(zhì)量，容易出現(xiàn)塌壁現(xiàn)象。雨潤(rùn)站位于長(zhǎng)江漫灘，地下水豐富，地質(zhì)條件復(fù)雜，此類地層中，泥漿護(hù)壁容易受到外部條件的影響導(dǎo)致在墻體和槽壁接觸面無法生成穩(wěn)定的泥皮，造成局部塌壁失穩(wěn)現(xiàn)象。另外，沖擊錘快速下落也可能加劇槽壁失穩(wěn)，影響成槽效果。其次，由于地下連續(xù)墻過深，成孔垂直度控制和混凝土澆筑質(zhì)量存在較大的不確定性。另外，沖孔樁機(jī)下落過程易受到干擾，比如鋼吊繩搖擺、泥渣阻礙沖擊錘下放導(dǎo)致歪斜等，造成連續(xù)墻外踢或內(nèi)擠等傾斜病害。最后，施工效率受到限制，由于本場(chǎng)地地下條件復(fù)雜，成槽施工過程中，泥漿重度比常規(guī)更大，而且，實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿很大可能會(huì)混入地下土渣，使沖擊錘與泥漿間摩擦力進(jìn)一步加大，損失大量動(dòng)能，降低沖擊破碎效率。

4 地下連續(xù)墻成槽施工方案

4.1 成槽施工準(zhǔn)備

雨潤(rùn)路站主體東側(cè)及部分端頭共計(jì)58 幅地連墻受220KV 架空高壓線影響，傳統(tǒng)成槽機(jī)（高18.5m）作業(yè)時(shí)因侵入高壓線安全距離（6m）無法在高壓線下施工，為實(shí)現(xiàn)此部位成槽作業(yè)需改造成槽機(jī)，項(xiàng)目部委托專業(yè)廠家對(duì)成槽機(jī)高度進(jìn)行改造，成槽機(jī)大臂高度改造至13m，作業(yè)時(shí)距高壓線最低點(diǎn)距離8m，大于安全工作距離能保證正常施工。但由于成槽機(jī)大臂高度降低抓土后無法裝車，項(xiàng)目部用10mm 鋼板焊制渣土箱，渣土箱高1m、長(zhǎng)3m、寬2m，成槽機(jī)抓土后向渣土箱棄渣然后用挖機(jī)二次倒運(yùn)至渣土車上。

地下成槽施工毋庸置疑是地連墻施工的重要工序，因此可以把提高挖槽的效率當(dāng)作縮短工期的關(guān)鍵工作。與此同時(shí)，地連墻墻體質(zhì)量好壞也與成槽施工質(zhì)量密切相關(guān)，成槽精度越高，墻體越是平整。

4.2 成槽施工步驟

4.2.1 單元槽段要求

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，工程整體地下連續(xù)墻槽段寬度6m居多，符合成槽機(jī)施工最小寬度的要求。考慮到成槽結(jié)束后要吊放鋼筋籠，在單元槽段施工前，應(yīng)在槽段的分幅寬度以外左右垂直度偏差擴(kuò)大200mm。槽段開挖先施工1、3、5 槽段，再施工2、4 槽段，即整體施工原則為跳幅施工。

4.2.2 成槽開挖

⑴在成槽機(jī)就位之前，要在開挖好的導(dǎo)墻上標(biāo)記出分的槽段號(hào)，確定抓斗中心線位置，確保每次下放沒有偏差，也能避免抓斗左右搖擺造成施工的誤差；在成槽機(jī)就位之后，根據(jù)前一步標(biāo)記的編號(hào)及放置的標(biāo)記物，保持抓斗能平行于導(dǎo)墻工作。

圖2 地連墻三抓成槽示意圖

⑵開挖前，根據(jù)設(shè)備資料和現(xiàn)場(chǎng)資料，確定成槽機(jī)抓斗打開寬度和槽段長(zhǎng)度，確定先行開挖幅段間隔開挖，這樣可以更好地保證開挖時(shí)成槽機(jī)兩側(cè)邊界受力平衡，以達(dá)到維持槽壁平整垂直的效果。

⑶單元槽段成槽步驟為，先在挖槽段兩頭位置成孔，再挖孔之間的土墻，從兩側(cè)向中間部位施工。這是由于若使成槽機(jī)抓斗兩邊打開后能整體覆蓋住土體，會(huì)讓抓斗兩側(cè)受力均勻，不會(huì)出現(xiàn)一端懸空，另一端嵌入土體的狀況，從而保持槽壁垂直度。另外，為了滿足槽底直線性，當(dāng)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高處時(shí)，應(yīng)繼續(xù)向下開挖一定深度，將由于施工原因?qū)е碌牟鄣装纪共黄秸稀?/p>

在施工時(shí)，有時(shí)在轉(zhuǎn)角處部分槽段上，抓斗沒法一次性將土挖完，或者，能一次性挖完但可能造成抓斗兩邊不受同等的力作用，這時(shí)要特制用來平衡受力的鋼架，根據(jù)實(shí)際情況在一側(cè)下放，來避免槽壁產(chǎn)生左右歪斜的情況。

⑷成槽開挖過程中需要注意以下幾點(diǎn)：首先，抓斗閉合緩慢勻速下落，在接近開挖土體位置后方可打開，每次挖土深度不易過大，否則會(huì)導(dǎo)致泥漿灌入沖擊槽壁造成槽壁局部失穩(wěn)塌落；其次，在澆筑混凝土完成之前，地面重型機(jī)械不允許在槽孔附近移動(dòng)，也可能導(dǎo)致槽壁破壞；最后，挖槽過程中要時(shí)刻關(guān)注成槽機(jī)上的垂直度檢測(cè)儀表,及時(shí)調(diào)整開挖工具的垂直度。

⑸施工開始時(shí)應(yīng)該選擇實(shí)驗(yàn)槽段，通常為劃分的標(biāo)準(zhǔn)幅段。

4.2.3 異型地下連續(xù)墻成槽施工

本工程異型連續(xù)墻包括2 個(gè)“L”型槽段和3 個(gè)“Z”型槽段，在主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，需要格外控制異型墻施工質(zhì)量，具體施工要點(diǎn)為：

⑴抓斗安裝后，懸吊的抓斗主體需要保持垂直，同時(shí)檢查與施工有關(guān)的儀器，也要關(guān)注液壓系統(tǒng)是否有滲漏等。

⑵挖槽機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況開至異形墻導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)，同時(shí)保持抓斗平行于基坑開挖面邊線，讓導(dǎo)板可以不借助人力平行緊靠導(dǎo)墻自然下落，若出現(xiàn)偏角或者旋轉(zhuǎn)情況，要及時(shí)調(diào)整。

⑶成槽過程中，從兩端開始向中間開挖，保持抓斗受力平衡。遇到槽內(nèi)地下水流入情況應(yīng)配備專人時(shí)刻監(jiān)控，攔截水流并加入適量泥漿，觀察變化。成槽結(jié)束后，要及時(shí)檢查槽各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到要求等，滿足后進(jìn)行清槽工作。

5 質(zhì)量保證措施

5.1 成槽作業(yè)技術(shù)保證措施

施工前，務(wù)必進(jìn)行精確測(cè)量，嚴(yán)格遵循復(fù)核制度，要求做到兩人以上獨(dú)立計(jì)算測(cè)量資料，以便加強(qiáng)內(nèi)外業(yè)之間的校核；嚴(yán)格保護(hù)施工控制樁并定期復(fù)核；槽段開挖期間，為防止泥漿質(zhì)量受到流入槽內(nèi)的積水影響，要在導(dǎo)墻外側(cè)設(shè)置止水圍護(hù)；在成槽過程中，開挖不可避免會(huì)遇到不同地層，要及時(shí)調(diào)整泥漿的性能和配合比；最后要嚴(yán)格按照有關(guān)成孔指標(biāo)，清孔、修整、刷壁。

5.2 施工遇到問題的預(yù)防與處理措施

5.2.1 槽壁坍方預(yù)防及處理措施

根據(jù)本工程場(chǎng)地地質(zhì)條件報(bào)告，施工過程將穿越以雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土與粉砂互層、粉砂層為主的地層。地下連續(xù)墻施工成孔后，為了防止孔洞坍落，保持槽壁穩(wěn)定性，可以采取以下幾個(gè)方面措施：

⑴改善泥漿性能：除去泥漿含量、作用時(shí)間等因素，泥漿性能也能影響槽壁的穩(wěn)定性，這是由于更好的泥漿性能可以顯著提高槽內(nèi)壓力，達(dá)到放塌效果。施工時(shí)采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，拌入純堿可以實(shí)現(xiàn)。

⑵降低施工影響：①成槽時(shí)抓斗勻速慢慢下放和提升，以減少抓斗對(duì)槽壁的沖擊；②成槽過程中控制地面大型機(jī)械設(shè)備，確保墻身表面平整，也避免載荷造成土壁塌方；③施工時(shí)，為防止地下水匯入，要保持泥漿液面更高且穩(wěn)定達(dá)到槽段要求位置，否則及時(shí)補(bǔ)充；④各班組之間應(yīng)加強(qiáng)工序間的聯(lián)系，優(yōu)化組織方案，加強(qiáng)銜接配合，盡量縮短工期，有助于降低挖槽過程中意外情況發(fā)生的可能性；⑤下雨天施工要謹(jǐn)慎，當(dāng)雨量大到會(huì)影響施工質(zhì)量時(shí)，暫停施工并暫時(shí)封閉槽口。

此外，成槽過程中及成槽后大型設(shè)備遠(yuǎn)離槽段，降低周圍建筑物沉降和位移給施工帶來的影響，時(shí)刻監(jiān)控并制定相的措施。一旦出現(xiàn)坍方等意外情況及時(shí)采取以下處理措施：①將坍方槽段全部回填并夯實(shí)；②分別在坍方槽段內(nèi)外兩側(cè)每側(cè)打入兩排Φ600@400 高壓旋噴樁，旋噴樁寬度為該槽段寬度加上槽段兩端分別外延的50cm，即L+50+50；③待旋噴樁達(dá)到規(guī)范要求強(qiáng)度后再進(jìn)行該槽段的開挖。

5.2.2 成槽垂直度控制措施

導(dǎo)墻是地下連續(xù)墻施工成槽的前提工作，導(dǎo)墻是否垂直可靠，直接影響著墻體上部的垂直度和平整度，因此必須保證導(dǎo)墻施工精度滿足要求；另外，要優(yōu)選成槽設(shè)備并要按照規(guī)范程序施工；施工過程之中要通過儀表顯示的垂直度及時(shí)調(diào)整抓斗角度精度；成槽后用超聲波設(shè)備檢測(cè)，若有垂直度偏差超標(biāo)等現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行修復(fù)；最后，施工作業(yè)全程保持在堅(jiān)硬地面上進(jìn)行，排除設(shè)備負(fù)重傾斜造成施工誤差。

6 結(jié)束語(yǔ)

地下連續(xù)墻是地鐵工程施工的核心圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量不僅影響整個(gè)工程施工過程，還與地鐵投入使用后的安全性和壽命有著緊密的關(guān)系。通過對(duì)南京地鐵7 號(hào)線雨潤(rùn)路站地下連續(xù)墻成槽施工的研究總結(jié)，更加深刻的理解了超深地下連續(xù)墻施工工法，也明白如何保證施工質(zhì)量，但同時(shí)也碰到了一些難以處理的狀況，包括高壓線桿影響成槽施工、成槽垂直度難以控制等。在施工中通過各方面共同努力，成功克服了上述問題。這也為今后各地復(fù)雜條件超深地下連續(xù)墻施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。