綜合管廊綜合井超硬陡巖含孤石地質(zhì)地下連續(xù)墻施工技術(shù)

邱永欽

（廣州市第三市政工程有限公司 廣州 510060）

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展，城市地下空間利用越來越受重視。在城市地下工程開發(fā)建設(shè)過程中，地下連續(xù)墻作為深基坑支護(hù)的形式之一，因其防滲性能好、剛度大、安全可靠度高而被廣泛采用。但是因地下連續(xù)墻在很軟的淤泥質(zhì)土、含孤石的沖積層、超硬巖石等一些特殊的地質(zhì)條件下，施工難度大，使得地下連續(xù)墻施工在進(jìn)度、質(zhì)量上難以保證［1］。同時(shí)由于城市建筑物密集，對施工過程的振動(dòng)控制和位移沉降要求高，故對地下連續(xù)墻施工提出了更高的要求。

1 工程概況

廣州某地下綜合管廊H8 綜合井為盾構(gòu)管廊的吊出井，為配合盾構(gòu)機(jī)出洞，施工工期只有200 d，工期緊，以滿足盾構(gòu)達(dá)到的節(jié)點(diǎn)要求為標(biāo)準(zhǔn)。地質(zhì)條件復(fù)雜，地層中含有多層孤石，且孤石和基巖為平均90 MPa的超硬巖，基巖面傾斜角度大；周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑距離重要變電站的最近距離僅為12.0 m，變電站要求允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度≤0.5 cm∕s；施工場地狹小，平面尺寸為37.7 m×13.5 m。在此復(fù)雜施工環(huán)境和地質(zhì)條件下，能夠選擇的施工工藝及方法少，效率低下，在進(jìn)度和質(zhì)量控制方面存在較大的不確定性［2］。

2 本施工技術(shù)的工藝特點(diǎn)和原理

2.1 工藝特點(diǎn)

2.1.1 成槽震動(dòng)有限元分析

采用計(jì)算機(jī)輔助BIM 建模技術(shù)及仿真有限元分析，建立高精度地質(zhì)、地形模型，分析施工過程的震動(dòng)影響，為孤石定位、場地布置及安全評(píng)估提供理論依據(jù)［3］。

2.1.2 孤石預(yù)處理

采取注漿及超前鉆對孤石進(jìn)行預(yù)處理，鉆孔布置形式采用孔徑108 mm，間距為300 mm 的菱形布置，以經(jīng)濟(jì)有效的方式固定孤石并破壞孤石整體性［4］。

2.1.3 旋挖鉆機(jī)加銑槽機(jī)組合工藝

旋挖鉆機(jī)加銑槽機(jī)組合工藝，充分發(fā)揮不同類型機(jī)械的特點(diǎn)，在保證成槽質(zhì)量的同時(shí)，控制施工震動(dòng)，提高成槽效率［5］。

2.2 工藝原理

2.2.1 加密地質(zhì)補(bǔ)勘和地質(zhì)與場地建模

利用加密詳勘點(diǎn)數(shù)據(jù)及各土層面標(biāo)高形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Civil 3D 生成地層曲面，地層曲面間圍合成地質(zhì)實(shí)體，通過Dynamo轉(zhuǎn)換成revit模型。

2.2.2 孤石注漿預(yù)處理

通過注水泥漿使孤石與周圍土體固結(jié)成整體，減少孤石的自由度，降低成槽時(shí)孤石與周圍土體的強(qiáng)度差，避免因孤石移動(dòng)或軟硬不均造成的偏孔及卡機(jī)問題。

2.2.3 孤石鉆孔預(yù)處理

用超前鉆在有孤石位置處按一定間距以菱形布置方式形成10～12 cm 孔洞，破壞硬巖整體性，有效提高成槽效率與質(zhì)量。

2.2.4 旋挖機(jī)加銑槽機(jī)組合成槽

用旋挖機(jī)大塊取芯形成等距先導(dǎo)孔，保證垂直度，同時(shí)在巖體上形成臨空面，在雙輪銑槽機(jī)銑齒的作用下，巖體容易出現(xiàn)片狀剝落，增加了銑輪與巖層的接觸面積，在避免爆破等大的沖擊震動(dòng)和保證成槽質(zhì)量的情況下，有效縮短成槽時(shí)間［6］。

3 施工流程及施工方法

3.1 施工流程

具體施工工藝流程如下：加密地質(zhì)補(bǔ)勘?地質(zhì)與場地建模?成槽震動(dòng)有限元分析?導(dǎo)墻施工?孤石注漿預(yù)處理?孤石鉆孔預(yù)處理?旋挖導(dǎo)孔施工?雙輪銑槽機(jī)成槽?鋼筋籠安裝?水下混凝土澆筑［7］

3.2 施工方法

3.2.1 加密地質(zhì)補(bǔ)勘

⑴鉆孔依據(jù)基坑邊線及角點(diǎn)方格網(wǎng)布置，縱橫間距約為5.0 m，外圍孔比基坑外邊線擴(kuò)大一個(gè)孔距。

⑵孔深不得小于基坑深度的2 倍或進(jìn)入結(jié)構(gòu)底板以下中（微）風(fēng)化巖至少5.0～8.0 m［8］。

⑶取樣要求：取土鉆孔分層采取原狀土樣，間距為2.0 m，如土層較均勻且厚度較大，取土間距可適當(dāng)加寬。巖樣按風(fēng)化程度和巖性分別采取，帶厚＞3.0 m，上、下各采1組；帶厚＞5.0 m，上、中、下各取1組。

3.2.2 地質(zhì)與場地建模

⑴將地質(zhì)加密補(bǔ)勘個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入至EXCEL，如表1 所示，把不同地質(zhì)層面的三維數(shù)據(jù)（XYZ）抽取出各另存為CVS文件，以便Civil 3D識(shí)別導(dǎo)入。

表1 點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入ExcelTab.1 Point Data Input into Excel

⑵打開Civil 3D 添加點(diǎn)文件，指定點(diǎn)文件格式為ENZ，選定整理好的CVS 文件，將花崗巖面三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入Civil 3D，自動(dòng)生成花崗巖曲面，如圖1、圖2所示。

圖1 生成花崗巖曲面Fig.1 Generate Granite Surface

圖2 導(dǎo)入三維坐標(biāo)Fig.2 Importing the 3D Coordinate

⑶選擇已生成曲面，點(diǎn)擊從曲面提取實(shí)體，根據(jù)地質(zhì)加密補(bǔ)勘鉆探深度，在固定高程處輸入花崗巖底面標(biāo)高，創(chuàng)建花崗巖實(shí)體地質(zhì)模型，如圖3、圖4所示。

圖3 輸入巖底標(biāo)高Fig.3 Input Rock Bottom Elevation

圖4 創(chuàng)建花崗巖模型Fig.4 Create the Granite Model

⑷利用revit 插件Dynamo 導(dǎo)入由Civil 3D 生成的實(shí)體花崗巖并生成對應(yīng)族，其中由Select Model Element節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入Civil 3D創(chuàng)建的實(shí)體模型，如圖5、圖6所示。

圖5 Dynamo節(jié)點(diǎn)Fig.5 Dynamo Node

圖6 花崗巖族Fig.6 Granite Family

⑸場地模型尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)圖紙一致，基坑與場地相對位置應(yīng)與實(shí)際一致。導(dǎo)入花崗巖模型后地質(zhì)模型與場地模型相對位置方向需一致，如圖7所示。

圖7 場地模型Fig.7 Site Model

3.2.3 成槽震動(dòng)有限元分析設(shè)計(jì)

⑴采用有限元軟件Midas∕GTS 仿真分析兩種施工工況（分別為圓形樁錘沖孔和方錘沖擊引孔后的巖面）對周圍環(huán)境的動(dòng)力響應(yīng)，對比施工現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，驗(yàn)證有限元分析結(jié)果，確保施工過程震動(dòng)控制滿足毗鄰變電站的要求［9］，如圖8所示。

圖8 工況模擬Fig.8 Working Condition Simulation

⑵為保證有限元分析的準(zhǔn)確性，總體模型計(jì)算區(qū)域?yàn)椋阂曰油馑较驇缀纬叽缛』娱_挖深度的3～5 倍以上，豎直向取基坑開挖深度的2～4 倍以上，以減小邊界效應(yīng)影響。

⑶邊界應(yīng)取Midas∕GTS內(nèi)部提供的吸收邊界-地面曲面彈簧，避免沖錘沖擊時(shí)產(chǎn)生波的多次反射，與現(xiàn)實(shí)中土的半無限空間體效應(yīng)不符。

⑷在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行落錘沖擊混凝土試驗(yàn)得出沖擊力時(shí)程曲線，在模擬分析時(shí)簡化為三角形荷載模型，以此確定模擬時(shí)落錘沖擊力［10］，如圖9所示。

圖9 沖擊荷載時(shí)程曲線Fig.9 Time-history Curve of Laboratory Impact Load and Model Impact Load

3.2.4 導(dǎo)墻施工

⑴嚴(yán)格控制導(dǎo)墻施工精度，確保內(nèi)墻面與地墻縱軸線平行度誤差為±10 mm，內(nèi)墻面垂直度0.5%，導(dǎo)墻內(nèi)墻面平整度為3 mm，內(nèi)外墻凈距允許偏差±10 mm，導(dǎo)墻頂面平整度±5 mm。

⑵導(dǎo)溝開挖要求槽底平整度不超過±20 mm，同時(shí)不能擾動(dòng)槽底土層，要求導(dǎo)墻坐落于原狀土上。

⑶鋼筋綁扎要求主筋間距誤差≤±10 mm，綁扎不得漏綁少綁，導(dǎo)墻混凝土要求密實(shí)，不得有蜂窩、麻面、孔洞。

⑷ 導(dǎo)墻模板拆除后立即用方木對導(dǎo)墻進(jìn)行對撐，確保導(dǎo)墻軸線不變形走樣，且支撐僅在槽段開挖時(shí)才拆除，確保導(dǎo)墻垂直精度。

⑸導(dǎo)墻未達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度禁止重型設(shè)備接近，不準(zhǔn)在導(dǎo)墻上進(jìn)行鋼筋籠的制作及吊放。

3.2.5 孤石注漿預(yù)處理

⑴施工前在現(xiàn)場取各層土樣，在室內(nèi)按不同的含水量和配合比進(jìn)行試驗(yàn)，利用超前鉆及抽芯檢查，檢測固結(jié)體完整性及與孤石的緊密性，最終選定參數(shù)二，如表2 所示，在剩下的含孤石槽段以此參數(shù)噴漿作業(yè)。

表2 高壓旋噴樁試樁參數(shù)Tab.2 Test Parameters of High-pressure Jetting Piles

⑵鉆機(jī)移動(dòng)到施工點(diǎn)，對鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對中，調(diào)整孔洞的垂直度，保證鉆桿與孔洞一致，偏差應(yīng)在10 mm 以內(nèi)，施工時(shí)噴管的允許傾斜度小于1%。

⑶高壓旋噴樁施工水泥采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，設(shè)計(jì)要求水泥摻量不小于250 kg∕m，通過試樁確定水泥摻量為250 kg∕m，水泥漿水灰比選用1∶1。

⑷水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比制作，制備好的漿液不得離析，停置時(shí)間不得超過2 h，若停置時(shí)間超過2 h，不得使用。

⑸旋噴注漿后，水分很快向樁體的底部和四周滲透，水泥土漿靠自重作用不斷往下沉，因此在水泥土漿終凝前要及時(shí)補(bǔ)充漿液，同時(shí)用振搗棒上下振搗，直至填滿。

⑹注漿至花崗巖頂部10 cm處結(jié)束施工，漿液凝結(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開始超前鉆施工。

3.2.6 孤石鉆孔預(yù)處理

⑴根據(jù)補(bǔ)勘報(bào)告，在含孤石硬巖區(qū)域布置超前鉆機(jī)鉆孔施工，如圖10所示，鉆孔孔洞以間距300 mm菱形分布，直徑控制在108 mm，采用移動(dòng)方便的GXY-1B型鉆機(jī)配上金剛鉆鉆孔施工。

圖10 超前鉆施工布置Fig.10 Construction Layout of Advance Drilling （mm）

⑵施工平臺(tái)的平面尺寸應(yīng)按鉆機(jī)數(shù)量和鉆機(jī)底座平面尺寸、鉆機(jī)移位要求、施工方法以及其他配合施工機(jī)具設(shè)施布置等情況確定。

⑶施工前鉆機(jī)架立牢固，支座穩(wěn)固，鉆桿豎直；鉆進(jìn)過程中，保證鉆桿的垂直度，鉆探過程應(yīng)防止出現(xiàn)斜孔，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)矯正；同時(shí)采用泥漿護(hù)壁，泥漿比重在1.2～1.4 之間，采用膨潤土和純堿配合造漿，防止鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)塌孔。

3.2.7 旋挖導(dǎo)孔

⑴旋挖導(dǎo)孔位置根據(jù)銑槽機(jī)施工時(shí)銑輪大小位置確定。導(dǎo)孔中心與銑輪中心應(yīng)豎直對齊，兩導(dǎo)孔距離即為雙輪銑槽機(jī)兩銑輪的距離。

⑵鉆機(jī)就位必須做到對中、水平、穩(wěn)固，天車中心、轉(zhuǎn)盤中心與設(shè)計(jì)孔中心必須保證“三點(diǎn)一線”。

⑶旋挖鉆機(jī)配備有電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆桿的垂直度，同時(shí)在鉆桿的兩個(gè)側(cè)面均設(shè)有垂直度儀，在鉆進(jìn)過程中，要經(jīng)常檢查鉆機(jī)平整度，主動(dòng)鉆桿垂直度，并及時(shí)校正。

⑷密實(shí)堅(jiān)固傾斜地質(zhì)施工時(shí)旋挖鉆機(jī)容易卡鉆偏孔，需定期按時(shí)檢修鉆具，如鉆體底口邊緣部位磨損狀況、彈簧彈力，傳動(dòng)裝置連接銷軸、螺母，掛環(huán)焊接等，發(fā)現(xiàn)磨損應(yīng)立即修復(fù)或更換，始終保持傳動(dòng)裝置掛鉤與掛環(huán)的緊密結(jié)合。

⑸鉆進(jìn)震動(dòng)劇烈硬巖地質(zhì)，將動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速降低，減輕軸壓，降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過操控降低鉆進(jìn)振動(dòng)，穿過硬巖地質(zhì)后恢復(fù)常規(guī)壓力速度。

⑹鉆孔發(fā)生彎孔縮孔時(shí)，一般可將鉆頭提到偏孔處進(jìn)行反復(fù)掃孔，直到鉆孔正直，如發(fā)生嚴(yán)重彎孔和探頭石時(shí)，采用小片石或卵石與黏土混合物，回填到偏孔處，待填料沉實(shí)后再鉆孔糾偏。

3.2.8 雙輪銑槽機(jī)成槽

⑴雙輪銑槽機(jī)定位需準(zhǔn)確垂直，確保銑槽機(jī)滾輪中心與旋挖鉆機(jī)兩鉆孔中心豎直對齊，加快銑槽機(jī)成槽效率［11］，如圖11 所示，每一槽段按先槽段兩端再到中間順序進(jìn)行成槽施工。

圖11 旋挖機(jī)加銑槽機(jī)施工布置Fig.11 Construction Layout of Rotary Excavator and Slot Milling Machine （mm）

⑵槽孔銑削開始前要在槽口放置導(dǎo)向架，并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整好銑削進(jìn)給速度。

⑶使用X、Y兩個(gè)方向的糾偏板進(jìn)行方向糾偏，糾偏過程中的各種方式均通過DMS 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。被記錄的參數(shù)及圖示可作為文件顯示出開挖點(diǎn)、段的垂直度值，經(jīng)常檢查孔斜情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

⑷ 孔斜超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)，需回填孔斜段后重新銑孔，回填材料可用較堅(jiān)硬的塊石或低標(biāo)號(hào)混凝土。

⑸重新銑孔時(shí)需向與孔斜相反的方向適當(dāng)移動(dòng)銑孔中心，并注意輕打慢放，隨時(shí)檢查修孔效果，直至滿足垂直度要求，利用液壓銑槽機(jī)的測斜糾偏裝置進(jìn)行糾偏。

⑹停止銑削時(shí)需將銑削機(jī)頭提出孔外，至少提離孔底2 m，及時(shí)處理孔內(nèi)的漂石、孤石或障礙物，銑削作業(yè)進(jìn)給速度不要過快，保持孔形垂直和規(guī)則，檢查銑刀架的形狀和尺寸是否存在變形，必要時(shí)進(jìn)行修整。

⑺當(dāng)有塌孔跡象時(shí)，要盡快將銑削頭提出孔口，以防卡阻或埋頭。

3.2.9 鋼筋籠安裝

⑴鋼筋籠制作過程中，預(yù)埋件等位置要準(zhǔn)確，并留出導(dǎo)管位置（對影響導(dǎo)管下放的預(yù)埋筋、接駁器等適當(dāng)挪動(dòng)位置），鋼筋保護(hù)層定位塊用4 mm 厚鋼板，作成“〔”狀，焊于水平筋上，起吊點(diǎn)滿焊加強(qiáng)［12］。

⑵由于接駁器及預(yù)埋筋位置要求精度高，在鋼筋籠制作過程中，根據(jù)吊筋位置，測出吊筋處導(dǎo)墻高程，確定出吊筋長度，以此作為基點(diǎn)，控制預(yù)埋件位置。在接駁筋后焊一道水平筋，以便固定接駁筋，水平筋與主筋間通過短筋連接。

⑶接駁器或預(yù)埋筋處鋼筋籠的水平筋及中間加設(shè)的固定水平筋按3%坡度設(shè)置，以確保接駁器及預(yù)埋筋的預(yù)埋精度。

⑷地連墻開槽施工前確保有1～2 幅鋼筋籠已經(jīng)成形。

⑸鋼筋籠中桁架和骨架必須按設(shè)計(jì)要求制作配制，鋼筋籠尺寸符合設(shè)計(jì)圖要求。鋼筋籠吊點(diǎn)位置設(shè)置φ32（主筋為φ28 的鋼筋籠，加強(qiáng)筋采用φ28）加強(qiáng)環(huán)筋以保證鋼筋籠起吊的穩(wěn)定性并阻止其發(fā)生變形。

3.2.10 水下混凝土澆筑

⑴施工時(shí)采用C30，P10，碎石級(jí)配5～25 mm，選用中粗砂，摻減水劑和UEA 膨脹劑，坍落度控制在18～20 cm。澆筑施工前必須進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)、進(jìn)行強(qiáng)度、抗?jié)B、耐久性等試驗(yàn)，選取理想的配合比。

⑵各節(jié)導(dǎo)管之間應(yīng)尺量采用絲扣連接，連接處應(yīng)加設(shè)橡膠墊圈密封，下導(dǎo)管前必須對連接好的導(dǎo)管進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)，壓力控制在0.6～0.7 MPa。

⑶導(dǎo)管要求內(nèi)壁表面光滑，導(dǎo)管接頭密封良好，便于安裝，并具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

⑷在“—”型和“┐”型槽段設(shè)置2套導(dǎo)管，在大于6.0 m 長的槽段設(shè)置3 套導(dǎo)管。導(dǎo)管水平布置距離應(yīng)不大于3.0 m，距槽段端部不宜大于1.5 m。

⑸多管同時(shí)同步灌注時(shí)，通過測繩下吊測錘測量兩端混凝土面高度，混凝土面應(yīng)呈水平狀態(tài)均勻上升，澆灌速度控制在3～5 m∕h，兩管處的混凝土面高差不宜大于0.5 m，導(dǎo)管埋深始終控制在1.5～3.0 m之內(nèi)。

⑹整個(gè)灌注過程必須連續(xù)進(jìn)行，中斷時(shí)間不得超過30 min，灌到墻頂位置要超灌0.3～0.5。首斗灌注混凝土量必須保證埋管深度大于50 cm，灌注過程中上下振搗導(dǎo)管，以保證混凝土在較大截面上順利擴(kuò)散，使網(wǎng)片、孔壁與混凝土結(jié)合緊密。

⑺ 地連墻接頭處理如圖12 所示，在鋼筋籠工字鋼上沿鋼筋籠長度方向設(shè)置2 根定位木條，其空隙采用泡沫塑料填充，外部填充粘土包塞滿空隙，有效防止混凝土繞流。

圖12 地下連續(xù)墻接頭處理Fig.12 Processing of Underground Diaphragm Wall Joints

4 結(jié)論

本文介紹了廣州某地下綜合管廊H8 綜合井基坑地下連續(xù)墻的施工技術(shù)，現(xiàn)場通過有限元軟件Midas GTS 分析模擬成槽施工全過程對變電站的振動(dòng)響應(yīng)，對超硬孤石采取注漿固定及微孔預(yù)處理和旋挖機(jī)加銑槽機(jī)組合成槽技術(shù)，避免由于孤石硬巖導(dǎo)致的“偏孔”等問題，解決了硬巖地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻成槽進(jìn)度和質(zhì)量無法保證的難題。該施工技術(shù)安全、可靠、施工震動(dòng)小，保證了周邊環(huán)境安全，適用于基坑周邊建筑物對震動(dòng)控制要求高，地質(zhì)屬于超硬微風(fēng)化基巖且含超硬孤石情況的地下連續(xù)墻成槽施工，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，對類似地下連續(xù)墻的施工具有指導(dǎo)和借鑒意義。