支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻施工技術(shù)研究

夏明錟

（中鐵十一局集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430061）

1 引言

隨著城市地下空間的發(fā)展，對地下空間的使用要求越來越高，因此建造地下大空間成為工程技術(shù)人員必須面對的課題。目前地下大空間明挖法和蓋挖法施工主要采用矩形框架平頂結(jié)構(gòu)，受結(jié)構(gòu)形式限制結(jié)構(gòu)跨度一般小于10 m，且施工過程中需要大剛度的圍護(hù)體系滿足環(huán)境和施工安全要求。因此，已有結(jié)構(gòu)和施工方法無法滿足地下大空間安全建造要求，必須提出新的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和配套施工方法。支護(hù)結(jié)構(gòu)一體化將支護(hù)與結(jié)構(gòu)合為一體同時施作，增加支護(hù)剛度，既滿足大斷面空間要求，又可以很好地控制地表和周圍建（構(gòu)）筑物變形。一體化結(jié)構(gòu)可以減少開挖支護(hù)步序，可以減少傳統(tǒng)大斷面地下空間施工過程中的臨時支護(hù)，節(jié)約投資。

隨著城市地下空間向深層發(fā)展，必然出現(xiàn)更多的超深基坑。為了加強(qiáng)地連墻的隔震、防水等效果，目前地連墻多采用復(fù)合墻和疊合墻的型式［1］，但對于超深地連墻若仍采用復(fù)合墻或疊合墻的結(jié)構(gòu)型式，工序復(fù)雜且效率較低。因此，超深超厚單層地連墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念是：單層地連墻在施工期間作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，承受全部水土壓力；在運(yùn)營期間兼作為結(jié)構(gòu)外墻，成為主體結(jié)構(gòu)的一部分，還可承受地震力等偶然荷載。支護(hù)結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)具有十分顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果，在國內(nèi)外大量深基礎(chǔ)工程中得到應(yīng)用和發(fā)展［2－4］。本文結(jié)合杭州機(jī)場軌道快線工程西湖文化廣場站工程對超深超厚地連墻的施工關(guān)鍵技術(shù)以及施工期間對臨近既有線的影響進(jìn)行分析，為支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻工程提供參考。

2 工程概況

杭州機(jī)場軌道快線工程西湖文化廣場站位于中山北路、河?xùn)|路與文暉路交叉口東側(cè)，沿文暉路東西向設(shè)置，作為機(jī)場快線與地鐵1、3號線換乘站，其中地鐵1號線已于2012年運(yùn)營，3號線正在建設(shè)。車站為地下五層島式車站，雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，主體基坑總長170 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬26.9 m，盾構(gòu)端頭井段寬31.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度34.3 m，盾構(gòu)端頭井段基坑開挖深度36.3 m，圍護(hù)采用厚度1.5 m地連墻，墻底插入中風(fēng)化凝灰?guī)r，墻深40～54 m。車站周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 西湖文化廣場站平面圖

由于采用支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻，墻體厚度深度均大于常規(guī)只作為支護(hù)的地連墻，穿越地層包括砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土等多種地質(zhì)土層。施工過程中高效經(jīng)濟(jì)的成槽設(shè)備選型、泥漿對槽壁的穩(wěn)定性控制、大尺寸鋼筋籠的分段方式與吊裝、大體積混凝土的水下澆筑質(zhì)量控制、地連墻接頭的防水質(zhì)量控制均是本工程施工的技術(shù)難點(diǎn)問題。

3 支護(hù)與結(jié)構(gòu)一體化地連墻施工工藝

支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻采用各種類型成槽設(shè)備，充分利用泥漿的護(hù)壁作用保持槽壁的穩(wěn)定性，在地下挖出窄而深的溝槽，并澆筑防水材料，從而形成具有防滲、擋土或承重功能。施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

地下空間開發(fā)的需求快速增長，對地連墻的支護(hù)能力和施工效率的要求也越來越高。隨著基坑工程的開挖深度越來越大，對應(yīng)的地連墻墻體深度、支護(hù)荷載也會急劇增大，設(shè)計的墻體厚度也必須增大，因此，超深超厚墻體范圍內(nèi)穿越的地層情況也更為復(fù)雜，其施工中的槽壁加固施工、鋼筋籠吊裝及接頭防水設(shè)計更為重要［5－6］。

3.1 成槽設(shè)備選型

地連墻施工時，成槽工法主要分為4種，即抓斗式成槽、沖擊鉆成槽、垂直回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)成槽、水平回轉(zhuǎn)式銑槽機(jī)成槽，其中沖擊鉆機(jī)成槽質(zhì)量較差。抓斗機(jī)成槽精度較高，但挖掘深度有限，遇堅實(shí)地層時不能單獨(dú)成槽，需配合其他設(shè)備；液壓銑槽機(jī)的成槽精度高，但設(shè)備昂貴，施工成本高；多頭鉆成槽機(jī)成槽垂直度好，施工效率高，但在礫石卵石層中成槽效率低［7］。因此，對于復(fù)雜地層下的超深地連墻成槽施工，應(yīng)綜合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、施工環(huán)境、設(shè)備能力、地下墻的結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量要求等因素選擇合適設(shè)備，多采用成槽機(jī)、引孔鉆機(jī)、旋挖鉆、銑槽機(jī)等成槽設(shè)備組合的形式，方能實(shí)現(xiàn)快速成槽、提高施工效率的目標(biāo)。

本項(xiàng)目為減小地連墻成槽施工對周邊環(huán)境的影響，現(xiàn)將近地鐵側(cè)地連墻槽壁加固至基坑底部。地連墻穿越地層上部為填土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化巖，下部為中風(fēng)化硬巖，綜合考慮巖石強(qiáng)度、施工功效等因素，整體采取“抓銑結(jié)合”的方式，即上部土體采用抓斗式成槽，下部硬巖采用銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工。連續(xù)墻幅間接頭采用工字鋼，并預(yù)埋接頭注漿管。鋼筋籠單次起吊最重的籠長44.65 m，吊裝幅寬6 m，重量為110.27 t（含兩邊十字鋼板）吊放，采用450 t履帶吊作為主吊，200 t履帶吊作為副吊。成槽設(shè)備如圖3所示。

圖3 地連墻成槽設(shè)備

3.2 槽壁穩(wěn)定與泥漿配比

通過對地連墻成槽的施工過程和槽壁失穩(wěn)機(jī)制分析發(fā)現(xiàn)，地面超載、開挖機(jī)械、施工工藝、土體和泥漿粘聚力、重度、地下水位等是主要影響因素［8－10］。針對以上不同類型影響因素，施工中可采用以下針對性措施：減小地連墻槽幅長度；采用輔助工法對槽壁土體進(jìn)行加固處理；開展泥漿配比試驗(yàn)，適當(dāng)提高泥漿密度；設(shè)置高導(dǎo)墻；抬高泥漿液面或降水以加大槽內(nèi)外的液面高差；縮短成槽至混凝土澆筑的時間間隔；在保護(hù)對象和地連墻槽壁之間設(shè)置隔離樁，實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)考慮多種方式同時配合進(jìn)行，防止成槽施工中的槽壁失穩(wěn)導(dǎo)致影響周圍環(huán)境的安全和施工進(jìn)度。

針對杭州地區(qū)粉質(zhì)黏土地層～全風(fēng)化凝灰?guī)r地層條件，綜合考慮泥漿的護(hù)壁穩(wěn)定性、渣土沉積能力、攜渣能力，配制膨潤土泥漿護(hù)壁，泥漿性能指標(biāo)如表1所示。

表1 泥漿性能指標(biāo)

3.3 大尺寸鋼筋籠分段與吊裝

西湖文化廣場站地連墻鋼筋籠籠長44.65 m，吊裝幅寬6 m，重110.27 t（含兩邊十字鋼板）。鋼筋籠的制作及吊裝，主要包括制作前準(zhǔn)備、鋼筋籠加工、吊裝連接三個方面。制作開始前，應(yīng)對加工場地和制作平臺進(jìn)行平整處理。鋼筋籠制作時，根據(jù)設(shè)計圖確保鋼筋型號、位置、鋼筋間距及根數(shù)。鋼筋籠加工制作長寬允許偏差分別是－100～100 mm、－20～0 mm。通常鋼筋籠制作根據(jù)配筋圖和單元槽段的劃分而定，做成整體或分段制作，吊裝設(shè)備吊起后安裝連接?？紤]吊裝設(shè)備及場地條件等因素，優(yōu)先采用整體吊裝，減小鋼筋籠連接，提高鋼筋籠整體性及施工效率。對于超深超厚地連墻的鋼筋籠而言，可采用分段制作與安裝。鋼筋籠吊裝如圖4所示。

圖4 大尺寸鋼筋籠吊裝

鋼筋籠吊裝過程中，嚴(yán)格控制鋼筋籠變形，不允許產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形。吊裝設(shè)計中需對吊裝設(shè)備選取、吊點(diǎn)布置、起吊方式、吊裝加固、吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換及吊裝過程控制措施等進(jìn)行分析，并進(jìn)行吊裝驗(yàn)算。從表2所列的吊裝設(shè)備參數(shù)可以得出，主吊、副吊機(jī)都可以進(jìn)行長度30 m以內(nèi)的鋼筋籠吊裝。地連墻吊裝中，考慮吊裝效率和設(shè)備成本，建議分2節(jié)吊裝長度大于50 m、分3節(jié)吊裝長度大于100 m的鋼筋籠。起吊前應(yīng)檢查、確保回轉(zhuǎn)半徑600 mm無障礙物，開展試吊工作。鋼筋籠對接后，檢查頂部高度，確保鋼筋籠能順利入槽，如果不能順利入槽，應(yīng)重新吊出，查明原因。

表2 吊裝設(shè)備類型及參數(shù)

3.4 接頭防水

地連墻的接頭包括剛性接頭與柔性接頭2種類型，均需從受力和結(jié)構(gòu)防滲要求進(jìn)行設(shè)計。常見的接頭形式有鎖口管接頭、“H”形鋼接頭、十字鋼板接頭、“V”形接頭以及銑接頭、承插式接頭等［11］。

“H”形鋼接頭、十字鋼板接頭在接頭處放置帶孔鋼板，接頭處設(shè)穿孔鋼板，滲水路徑增長，相對鎖口管半圓弧接頭而言，顯著提升了墻體的防滲漏性能和抗剪性能。但這兩種鋼板接頭，工序多、施工復(fù)雜，難度較大；刷壁和清除側(cè)壁泥漿有一定難度，抗彎性能差，用鋼量較多、造價高。兩種接頭從結(jié)構(gòu)上可滿足超深超厚地連墻設(shè)計要求，但在實(shí)際選用中仍需要綜合考慮施工難度以及造價情況。

預(yù)制鋼筋混凝土接頭強(qiáng)度與地連墻基本一致，同時滲流路徑也較長，其整體性及抗?jié)B漏性能較好，工廠化預(yù)制后縮短了現(xiàn)場混凝土澆筑時間、提升了墻體混凝土質(zhì)量，同時剛接頭與地連墻結(jié)構(gòu)一起，不需拔出再次利用，簡化了施工工序，減低了施工難度。由于墻體連接在整體澆筑完成后進(jìn)行，對槽壁垂直度和吊裝設(shè)備能力提出更高要求，需要綜合考慮現(xiàn)場設(shè)備、場地和地下水情況進(jìn)行分析，對預(yù)制式的接頭形式進(jìn)行設(shè)計。

3.5 一體化地連墻支護(hù)效果分析

為了深入研究支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻的支護(hù)效果，加強(qiáng)施工期間對周邊環(huán)境的保護(hù)，對地鐵1號線右線（上行線）、地鐵1號線左線（下行線）的水平位移、道床沉降位移、收斂變形進(jìn)行自動化監(jiān)測。地連墻距離既有1號線左線25 m，距離右線15 m。監(jiān)測斷面布置在K16＋411～K16＋620，共46個監(jiān)測斷面，其監(jiān)測結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 地鐵1號線右線監(jiān)測結(jié)果

圖6 地鐵1號線左線監(jiān)測結(jié)果

由監(jiān)測結(jié)果可知，地鐵1號線右線隧道最大水平位移－4.2 mm，隧道整體表現(xiàn)為向西偏移；右線隧道最大道床沉降－3.2 mm，下沉變形，右線隧道最大水平收斂－2.7 mm。左線隧道最大水平位移－3.62 mm，隧道整體表現(xiàn)為向西偏移；左線隧道最大道床沉降－5.3 mm，左線最大水平收斂2.2 mm。對比《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50911—2013）中要求［12］，以上變形均在控制值范圍內(nèi)，施工期間地鐵1號線運(yùn)營安全。

4 結(jié)論

（1）超深超厚地連墻施工成槽中穿越土層條件復(fù)雜，從成槽機(jī)、引孔鉆機(jī)、旋挖鉆、銑槽機(jī)等設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性及施工效率綜合考慮。針對上軟下硬地層，建議采取“抓銑結(jié)合”的方式，即上部土體采用抓斗式成槽，下部硬巖采用銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工，充分發(fā)揮各工法及設(shè)備在適宜土層的優(yōu)勢。

（2）針對杭州地區(qū)粉質(zhì)黏土地層～全風(fēng)化凝灰?guī)r地層，建議采用黏度19～30 s、比重1.05～1.2、泥皮厚度小于3 mm的泥漿，保障地連墻槽壁穩(wěn)定性，避免土渣沉積。

（3）超深地連墻施工中，應(yīng)分析吊裝設(shè)備性能，建議分兩節(jié)吊裝長度大于50 m的鋼筋籠，分三節(jié)吊裝長度大于100 m的鋼筋籠。