鄰近并行高鐵高滲壓地下連續(xù)墻施工技術(shù)

蔣樹磊 楊世鋒 楊令航 師文明 鄒福青 單清紅

(1.中鐵十四局集團大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 210000； 2.青島地鐵集團有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

在地下連續(xù)墻施工中，經(jīng)常會遇到槽壁坍塌這一工程問題，地下連續(xù)墻槽壁的穩(wěn)定性直接關(guān)系到地下連續(xù)墻是否能夠順利施作。實際工程中因槽壁坍塌而導致圍護結(jié)構(gòu)侵界、地下壓力管線爆裂、臨近建(構(gòu))筑物產(chǎn)生不可逆破壞等質(zhì)量安全事故時有發(fā)生[1]。本文以小間距并行京滬高速鐵路，同時穿越湖相深厚軟土地層的蘇州市某快速路工程陽澄西湖隧道湖東段基坑為工程背景，總結(jié)強滲地層高滲壓條件下地下連續(xù)墻成墻技術(shù)，為以后類似工程難題提供借鑒。

1 工程概況

蘇州市中環(huán)城市快速路工程陽澄西湖隧道湖東段位于蘇州旅游度假區(qū)，下穿陽澄西湖，隧道全長1.17 km，采用明挖法施工。本工程處于太湖沖湖及瀉湖相沉積平原區(qū)，場區(qū)內(nèi)各土層上部水平向分布較穩(wěn)定，下部土層穩(wěn)定性較差。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，隧道沿線60.30 m淺土層以黏性土為主，間夾粉(砂)性土。

沿線地表水主要為陽澄湖水，勘查施工期間測得水位標高為1.20 m。工程區(qū)域潛水主要賦存于淺部黏性土層中，勘察期間測得潛水位水頭標高在1.14 m～1.93 m之間。微承壓水主要賦存于③3粉土、④2粉砂夾粉土層中，其水頭標高為-0.67 m。

隧道北側(cè)與京滬高速鐵路丹陽至昆山段小間距并行，兩者最小間距為43.4 m，京滬高鐵丹昆特大橋主要以簡支梁橋跨為主，橋高13 m～20 m，橋梁基礎為鉆孔樁基礎，樁長48 m～62 m不等。兩者相對位置關(guān)系如圖1所示。

地下連續(xù)墻成槽完成后，頻頻出現(xiàn)槽壁坍塌的問題，嚴重影響了施工進度。

2 高滲壓地下連續(xù)墻成槽技術(shù)

在地下連續(xù)墻成槽過程中，連續(xù)出現(xiàn)槽壁坍塌的問題，結(jié)合現(xiàn)場實測及超聲波成孔檢測儀結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：槽壁坍塌處位于③-3粉土層和④-2粉砂層，現(xiàn)場成槽過程中挖出的土為粉砂土，呈灰色、黃色，土體具有較強的流塑性。參考借鑒相關(guān)研究成果[3-5]，采取了加大泥漿比重的應對措施，但塌槽現(xiàn)象仍然無法避免，見圖2。

2.1 槽壁坍塌原因分析

槽壁坍塌前，施工區(qū)域各水頭標高如下：陽澄西湖：+1.40 m；微承壓水：-0.548 m；槽段內(nèi)泥漿：-2.00 m。水力連通前，槽段內(nèi)滲透水頭約為1.5 m。根據(jù)施工記錄記載，圍堰施工時采用湖底取土的方式，推斷可能是因為湖底取土導致土層缺失，進而導致微承壓水層與湖水連通，滲透水頭上升為3.4 m，上升了1.9 m，當成槽至微承壓水層時，巨大的滲透壓力破壞了附著于槽壁上的護壁泥膜，體系穩(wěn)定性被打破，周邊地層中的粉土、粉砂不斷流入槽段內(nèi)，引發(fā)槽壁坍塌。

2.2 槽壁加固技術(shù)

根據(jù)前人研究成果[3-5]，首先采取了增大泥漿比重的措施[6-8]，但槽壁坍塌問題依舊存在，而后采用三軸攪拌樁對槽段側(cè)壁進行加固[9]，以維持槽段側(cè)壁的穩(wěn)定，基本參數(shù)如下。

沿地下連續(xù)墻兩側(cè)槽壁各打設一排三軸攪拌加固樁，規(guī)格為φ650@450，樁體搭接不小于0.2 m，加固樁樁底嵌入下方黏土層1.2 m，以隔斷粉土粉砂層并切斷水流通道。

但通過后續(xù)施工發(fā)現(xiàn)前期打設的三軸攪拌樁出現(xiàn)斷裂、破壞的現(xiàn)象(見圖3)，進而發(fā)生槽壁坍塌，分析認為較高的內(nèi)外水頭差導致三軸攪拌樁斷裂。為確保三軸攪拌樁施工質(zhì)量，在施作三軸攪拌樁之前，輔以小區(qū)域井點降水技術(shù)。

2.3 小區(qū)域井點降水技術(shù)

基本參數(shù)如下：地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)降水井深15 m，井管為鋼管，直徑273 mm、壁厚3 mm[10]，包括鋼實管段(0 m～4 m)、鋼濾管段(4 m到底部1 m)及沉淀管段(底部1 m)，井孔投放的濾料為中粗砂，在平面上，以梅花形方式布孔，井孔間距15 m，地下連續(xù)墻外側(cè)回灌井深度15 m，0 m～3 m為與降水井點管相同的鋼實管，3 m～15 m為外包80密目濾網(wǎng)的無砂混凝土管，混凝土管直徑500 mm，回灌井管中投放的濾料為中粗砂，3 m以上回填粘土。降水運行時采用1寸硬質(zhì)塑料管，每小時降水3.5 m3。

在降水施工前須開展原位井點降水試驗，試驗中水泵功率均設為0.75 kW，井點位置關(guān)系見圖4。

2.3.1第一次降水試驗

啟動遠離高鐵側(cè)SY01，SY03井進行降水，并對SY02，G03進行水位觀測，各降水井點位置關(guān)系見圖4，推斷出本次降水梯度曲線如圖5所示。

由本次試驗可知，采用多個井點將微承壓水頭降至-4.35 m時，地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)坍塌。

2.3.2第二次降水試驗

本次試驗驗證隧道近高鐵側(cè)降水施工參數(shù)，考慮到京滬高鐵結(jié)構(gòu)的重要性，利用隧道北側(cè)距離高鐵約60 m的降水井G02，#N-3開展降水試驗，將微承壓水水頭試探性的控制在-3.2 m～-3.5 m，位于圍堰外高鐵側(cè)的WYGC#1號觀測井微承壓水水位標高降低1.25 m，推算得知，高鐵處微承壓水降低0.5 m，出于高鐵安全性考慮，暫停降水，并以隧道遠離高鐵側(cè)降水試驗代替，近高鐵區(qū)域不得直接進行區(qū)域降水。降水井點位置關(guān)系見圖6。

2.3.3第三次降水試驗

啟動G03，#S-5，#S4-1降水井進行降水試驗，對SY03，SY02，SY01，#S-2，GC#27進行水位觀測，推斷出本次降水梯度曲線如圖7所示。

通過降水試驗可知：降水井微承壓水頭降至-3.5 m時，地下連續(xù)墻能順利成槽，GC#27號井(為觀測井，距離降水井71.81 m)處的微承壓水水位標高降低0.51 m，此處可作為近高鐵側(cè)降水水位變化情況。

2.3.4降水試驗結(jié)論

通過上述降水試驗可知：1)基坑外同時啟動2眼～3眼降水井，以0.75 kW的功率將降水井處微承壓水頭降低至-3.5 m，即可滿足地下連續(xù)墻施工要求；2)直接降水對京滬高鐵高架橋影響較大，因此近高鐵區(qū)域需采取一定的隔離措施，隔斷小區(qū)域井點降水對京滬高速鐵路高架橋的影響。在該側(cè)降水井與高鐵橋墩之間打設一道止水帷幕，止水帷幕采用直徑650 mm、間距450 mm的水泥土攪拌樁形式，止水帷幕樁底嵌入下方不透水土層3 m以上，控制樁體搭接量在0.2 m以上，止水帷幕內(nèi)施作確保槽壁穩(wěn)定的措施。

2.4 其他技術(shù)要點

地下連續(xù)墻施工中，須嚴格把控泥漿質(zhì)量，并結(jié)合土質(zhì)狀況動態(tài)調(diào)整泥漿比重與黏度，根據(jù)相關(guān)規(guī)定[11]，結(jié)合現(xiàn)場試驗，采用如下泥漿參數(shù)：泥漿比重最大為1.19 g/cm3、最小為1.14 g/cm3；泥漿黏度最大為23.5 s、最小為20.5 s。

在開展小區(qū)域井點降水的同時，需要密切關(guān)注基坑外側(cè)高鐵橋墩附近觀測井水位變化情況，若觀測井水位出現(xiàn)較大波動，須立即停止降水并分析原因與處理措施，防止地下水位下降給京滬高鐵帶來附加沉降。

3 結(jié)語

本文基于蘇州市某快速路工程陽澄西湖隧道湖東段地下連續(xù)墻的施作，總結(jié)了鄰近并行高鐵橋墩高滲壓地下連續(xù)墻成墻技術(shù)，具體包括如下：1)沿兩側(cè)槽壁各打設一排三軸攪拌樁，三軸攪拌樁施工前采取小區(qū)域井點降水技術(shù)降低施工區(qū)地下水頭；2)在工程靠近高鐵側(cè)實施降水施工前需將待降水區(qū)域進行隔斷；3)降水施工期間加強相關(guān)監(jiān)控量測，實時監(jiān)測并反饋高速鐵路及圍堰的情況。