珠江三角洲水資源配置工程大直徑深井關鍵施工技術

鐘砥寧，譚榮珊，謝展望

(廣東水電二局股份有限公司，廣州 511340)

1 工程概況

1.1 項目簡介[1]

珠江三角洲水資源配置工程，從佛山市順德區(qū)杏壇鎮(zhèn)的西江水系向東引水至珠江三角洲東部，輸水線路總長為113.2 km，多年平均引水量為17.87億m3，主要向廣州市南沙區(qū)、深圳市和東莞市的缺水地區(qū)供水。該工程A2標段輸水隧洞(2Φ外6.0@12 m)埋深為60.8 m，采用盾構法施工。3號井為2臺盾構機始發(fā)井，Φ外35.9 m，基坑挖深為73.98 m，采用地下連續(xù)墻+內襯墻支護方案。地下連續(xù)墻厚為1.2 m，深為77.3 m，嵌入井底。襯砌后井深為71.38 m，上部Φ內31.1 m(墻厚為1.2 m)、下部Φ內30.5 m(墻厚為1.5 m)，平面布置如圖1所示。

圖1 始發(fā)井平面示意

主要工程量：開挖土方為2.7萬m3，石方為 3.7萬m3，地下連續(xù)墻為0.815萬m2，結構混凝土為1.02萬m3。

1.2 水文地質與工程地質

場區(qū)內地下水類型以孔隙性潛水為主，埋深為1.0～3.0 m，地表水與地下水互為補排，受潮汐影響較大。井身上部沖積層厚約30 m，中、下部為泥質粉砂巖，其中強風化巖(Ⅳ類)厚約19 m，弱風化巖(Ⅲ類)至井底厚約25 m，從上至下各地層參數(shù)見表1所示。

2 施工部署

針對施工期圍護結構變形、地表沉降和施工安全控制等要求高的特點，屬深基坑開挖工程，需采取剛性支護等工程措施[2]。結合井身結構布置，需采取由上而下，每挖完1層，及時施作內襯結構，使地下連續(xù)墻和內襯墻形成聯(lián)合受力體，保障結構施工安全。

開挖擬分為15層，其中，標準層高為4.5 m，采用逆-順結合作法，施工內襯墻[3]。每層開挖與每層結構施工相對應，當前層混凝土強度達到設計值的80%后，方可開挖下1層，如此循環(huán)，逆作法施工至第13層。挖完第14層僅施作圈梁，挖完第15層，順作法施作底板→剩余部分內襯墻及洞門墻。施作工序如圖2所示。

表1 地層參數(shù)

圖2 施作工序示意

3 關鍵施工技術

3.1 地下連續(xù)墻施工

3.1.1成槽工法選擇

始發(fā)井深且大，地下水位高，地層相對復雜，地下連續(xù)墻呈環(huán)形布置，具有成槽深，垂直精度、防滲要求高等特點。結合以往施工經(jīng)驗，分析了抓斗式、沖擊式、銑槽機等設備的特點及適用性(見表2)。

經(jīng)比較，優(yōu)化組合使用成槽機械，采用抓銑組合工法。即上部軟弱層采用液壓抓斗、下部硬巖層采用雙輪銑槽機成槽[4]，能滿足施工成槽深度、垂直精度和進度要求，可適應本工程水文地質條件(如圖3所示)。

表2 成槽設備比選方案

3.1.2槽段間接頭工藝

槽段間接頭，常用管(箱)、工字鋼等，施工工序復雜，接頭處易出現(xiàn)滲漏水。利用銑槽機，在2個已灌注混凝土的Ⅰ序槽段間施作Ⅱ序槽，一銑成槽，形成套銑接頭，并可切割出Ⅰ序槽端部呈齒狀的粗糙面，使得接頭部具有較好的防滲性能，較高的垂直精度[5](如圖4所示)。

3.1.3地下連續(xù)墻施作

地下連續(xù)墻周長為108.958 m，槽段劃為24幅，分兩序施工。先施工Ⅰ序槽，后施工Ⅱ序槽(見圖1)。Ⅰ序槽長為6.3 m，采用抓銑組合工法。其中，1、2銑長均為2.196 m，3銑長為1.902 m(見圖3)。Ⅱ序槽長為2.489 m，采用套銑接頭工藝(見圖4)。

施工時，先進行倒L形導墻施工。選用膨潤土泥漿，相對密度為1.10，以滿足砂卵石層護壁要求。采用循環(huán)使用的泥漿密度、粘稠度較大，利于防止槽壁坍塌。

Ⅰ序槽開挖時，需超出Ⅰ、Ⅱ序槽段接縫中心線10～25 cm。Ⅱ序槽開挖，銑掉Ⅰ序槽段端部超出的混凝土，搭接頭長223 mm。實踐表明，銑槽機破巖能力達 1～2 m3/h，一般沉積巖可達 20～40 m3/h，較之抓斗法工效高2～3倍。

成槽過程中，運用成槽機上的測斜儀隨挖隨測，并用液壓糾偏裝置隨時糾偏，垂直度控制在小于1/300。成槽后，利用銑槽機的泵吸反循環(huán)系統(tǒng)清除槽底沉渣與泥漿，排至地面泥漿池。沉渣厚度<10 cm。

單幅最大鋼筋籠長為77.2 m，寬為6.2 m、厚為1.06 m，重為79 t。結合現(xiàn)場盾構設備吊裝等條件，選取1臺300 t和1臺160 t履帶吊抬吊作業(yè)，分2節(jié)吊入槽內。2節(jié)鋼筋網(wǎng)片對接，采用鋼筋直螺紋套筒連接技術。

單幅混凝土最大為574 m3，采用2導管(Φ250 mm)同時灌注，1次成型。水下混凝土水灰比應不大于0.5，坍落度控制在18～20 cm[6]。

3.2 土石方施工

3.2.1施工布置

地面設1個150 m3的中轉渣池，跨井布置1臺門式起重機(MG60t)用于材料、工器具等吊裝。井口設2臺垂直出(運)渣設備，井內用 2～3臺PC200挖掘機開挖、轉土，隨開挖深度、巖土硬度調整，滿足開挖強度與出渣能力相匹配[7]。

上下井交通設施，主要由附著梯籠、落地梯籠和轉換平臺3部分組成[8]。附著梯籠與內襯墻上預埋件錨固，下端通過轉換平臺與落地梯籠銜接，隨挖深交替延伸至工作面。

基坑降水，每一個開挖層面設1條環(huán)向深0.3 m的截水溝，兩端各布置1個深2.0 m的集水坑，將集水抽排至井外沉淀池[9]。

3.2.2石方開挖方案選擇

如前所述，井內石方開挖深約44 m，屬有限作業(yè)空間。項目周邊環(huán)境復雜，需考慮爆破作業(yè)安全控制等影響，實施前對比分析了鉆孔爆破等方案的特點及適應性(見表3)。

綜合考慮巖性、上部主體結構和施工安全環(huán)境等因素，選擇方案3，用2～3臺PC350挖掘機配破碎錘或劈裂機破巖，可有效降低施工安全作業(yè)風險。

表3 石方開挖方案對比

3.2.3土石方開挖

如前所述，基坑第1～7層為軟土層。第1～4層，坑內用2臺PC200挖掘機開挖、轉土，坑頂利用2臺長臂挖掘機(臂長為21 m，最大垂直挖深為17.0 m，斗容為0.8 m3)垂直出(運)渣。

第5～7層，原坑頂布置的長臂挖掘機不再適應垂直出渣，調整為2臺電動抓斗(最大垂直挖深為65.0 m，斗容為3.0 m3)出渣。挖掘方式同上。

第8～15層為強、弱風化砂巖，用2臺(套)PC350配液壓破碎錘分層開挖(層厚2～2.5 m)，1臺PC200轉土至坑頂抓斗機取土區(qū)域、出渣。其中，第15層(厚約為8 m)渣土，受抓斗機挖深制約，調整為坑頂門式起重機(MG60 t)配17 m3渣斗垂直出運到臨時渣池。實踐表明，標準層石方開挖，單機破巖能力達160 m3/臺班，施工進度、安全作業(yè)環(huán)境可控。

3.3 內襯結構施工

3.3.1壓頂梁施工

壓頂梁呈倒L形布置，開挖至梁底，鑿除地下連續(xù)墻外保護層混凝土，取出預埋筋鋼套筒，與井身段鋼筋(Φ25 mm)連接。墻身下端需開挖深約1.0 m的環(huán)形槽，為安裝止水銅片、搭接下層豎向主筋提供操作空間。豎向主筋安裝時，需預留與下層筋的搭接長度，內側長≤30 cm、外側長≤105 cm，同截面搭接數(shù)量≤50%，滿足鋼筋施工技術要求。止水銅片用托架、卡具定位，回填細砂、壓實，上鋪8 cm厚水泥砂漿(如圖5所示)。梁頂寬為2.4 m，高為2.32 m，采用3.3.2節(jié)組拼鋼模板(高為3.0 m)，用2臺混凝土泵車對稱、分層澆筑。

圖5 內襯墻鋼筋、止水安裝示意

3.3.2內襯墻逆作法施工

按施工部署中的施作工序，首層壓頂梁完成后，組織第2至13層內襯墻施工。

鋼筋制安。人工綁扎，內襯墻鋼筋(Φ25@1 000 mm)與地下連續(xù)墻預埋筋鋼套筒(每層設四道)連接，豎向主筋、止水片安裝與3.3.1節(jié)相同(見圖5)。

模板制安。結合標準層內襯墻、壓頂梁和圈梁施工，選擇2套組拼鋼模板(3.0 m、1.7 m高2種規(guī)格)，由標準塊、斜口塊、拆分塊和豎梁等構成。標準塊頂部設1個呈外挑三角狀的混凝土澆筑口，腰部設2個可關閉的倉門。模塊間用對拉桿和螺栓連接，可通過增減標準塊或斜口塊的個數(shù)，整體拼合成4.7 m高的圓筒(Φ內31.1 m、Φ內30.5 m，如圖6所示)。

圖6 組拼鋼模板示意

安裝時，用坑頂門式機分塊吊入，利用每塊模板豎梁上的定位孔，用螺栓與地下連續(xù)墻預埋筋水平拉接、緊固。

標準層高為4.5 m，厚為1.2～1.5 m，混凝土澆筑方法與3.3.1節(jié)相同。施工時，澆筑層厚≤0.4 m，自由下落高度≤2.0 m，澆筑速度≤0.4 m/h。層間接縫處需預埋注漿管，后續(xù)進行接縫灌漿。

3.3.3圈梁施工

開挖至第14層梁底標高，人工整平基面，鋪設底模，取出地下連續(xù)墻預埋接駁鋼筋、吊筋，與梁鋼筋網(wǎng)連接。梁截面尺寸為2.5 m×1.3 m，采用3.3.2節(jié)組拼鋼模板(高1.7 m)，混凝土澆筑方法與3.3.2節(jié)相同。

3.3.4底板及洞門墻施工

圈梁和地下連續(xù)墻形成聯(lián)合支護后，開挖至第15層建基面，施作底板。底板混凝土厚為4.0～6.5 m，中間深為3.5 m的集水井，受力筋均與地下連續(xù)墻預埋鋼筋連接。夏季施工，為降低澆筑混凝土內部溫度，預埋2層冷卻管，通水冷卻。達到設計強度后，圈梁用繩鋸分節(jié)切割、吊出[12]。

剩余內襯墻(高為8.5 m)分2層施作，模筑方法與3.3.2節(jié)相同。洞門墻高為10 m，寬為20.59 m，人工搭設滿堂腳手架、支護模板和綁扎鋼筋，混凝土分2次澆筑。至此，內襯結構施工完畢。

4 結語

依托本項目大直徑深井施工，地下連續(xù)墻施工采用抓銑組合工法，解決了成槽深、垂直精度要求高的技術難題，大幅度提高了掘進效率。運用套銑接頭工藝，相鄰槽段結合部混凝土密實，形成的止水接頭具有較好的防滲性能。運用液壓破碎錘破巖技術開挖石方，避免了鉆爆作業(yè)對上部結構、施工安全環(huán)境的影響。內襯墻采用逆-順結合作法，確保結構安全的同時提高了綜合施工效率。