京沈客專望京隧道超深豎井施工技術(shù)革新

李義華， 翟志國， 許維青， 劉 柳

(1. 中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河 065201； 2. 石家莊鐵道大學土木工程學院， 河北 石家莊 050043)

0 引言

隨著我國城市化建設(shè)的全面展開，越來越多的鐵路、公路、市政交通、綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程進入城市中心區(qū)。為了合理開發(fā)和利用城市地下空間，城市隧道的埋深越來越大。在市區(qū)內(nèi)修建深層隧道多采用盾構(gòu)法或暗挖法進行施工，需要先修建相應(yīng)深度的車站或豎井。為了確保豎井施工現(xiàn)場及周邊建(構(gòu))筑物的安全，對超深基坑的圍護結(jié)構(gòu)、基坑開挖和襯砌等施工工藝和質(zhì)量控制提出了更為嚴格的要求。

一些專家和學者對超深基坑的圍護結(jié)構(gòu)、開挖和支護等方面進行了深入的研究和總結(jié)。例如： 文獻[1]對穿黃工程北岸豎井超深地下連續(xù)墻的內(nèi)力和基坑的變形進行了計算分析, 為超深地下連續(xù)墻的施工提供了理論依據(jù)；文獻[2-7]采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場實測相結(jié)合的方式，綜合分析工字鋼型槽段接頭在超深地下連續(xù)墻工程中的應(yīng)用效果，以及高承壓水超深基坑順作法和逆作法的基坑開挖對地下連續(xù)墻變形、支撐受力情況和基坑周邊土體沉降變形的影響規(guī)律；文獻[8-11]分別研究了在復(fù)雜環(huán)境下，對不同地質(zhì)條件下的深基坑工程的圍護結(jié)構(gòu)、支護及開挖的施工方法；文獻[12]采用十字鋼板接頭形式，為解決軟土地區(qū)超深地下連續(xù)墻接頭防滲問題提供了新方向; 文獻[13-15]對地下連續(xù)墻的施工工序及操作要點進行了詳細研究,針對地下連續(xù)墻施工過程中易出現(xiàn)的安全和質(zhì)量問題進行總結(jié)，并提出了解決對策。

目前，國內(nèi)對于在市區(qū)內(nèi)復(fù)雜環(huán)境修建40 m以上超深豎井的施工技術(shù)尚不成熟，尤其是針對軟弱地層超深地下連續(xù)墻接頭防水質(zhì)量、超深豎井內(nèi)支撐及主體結(jié)構(gòu)快速施工等方面的技術(shù)還需進一步研究。本文以京沈客專望京隧道2號豎井為依托，針對在富含承壓水,以粉質(zhì)黏土層、粉土、粉細砂為主的軟弱地層中，對68 m深的超深地下連續(xù)墻接頭施工工藝，以及深度達42 m的超深豎井基坑開挖支護形式和豎井結(jié)構(gòu)施工順序進行研究。

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建北京至沈陽鐵路客運專線望京隧道位于北京市五到六環(huán)之間，朝陽區(qū)內(nèi)。線路大致沿京承高速公路敷設(shè)，隧道自草場地南路南側(cè)進入地下，下穿既有長建駕校、南皋路、北小河、首都機場高速公路、機場快軌、京順路、費家村民房區(qū)、來廣營東路、香江北路、地鐵15號線馬泉營站、濕地公園、順白路、機場南線高速公路高架橋及其輔路后出地面，全長8 000 m，整體成V字型。在隧道中間位置設(shè)置2號豎井，作為4臺直徑為10.9 m的泥水盾構(gòu)的共用接收井，同時也可滿足隧道疏散、電力、環(huán)控、給排水等相關(guān)專業(yè)的功能需求。

豎井開挖平面凈空尺寸為41.6 m(垂直線路方向)×19 m(沿線路方向)，主體結(jié)構(gòu)為地下4層結(jié)構(gòu)，各層主體結(jié)構(gòu)端墻及側(cè)墻厚度沿深度方向為0.8、1.0、1.2、1.6、1.8、2.0 m，自上而下共設(shè)8道結(jié)構(gòu)框梁。主體結(jié)構(gòu)采用C40防水混凝土，抗?jié)B等級為P12，結(jié)構(gòu)防水采用全包防水，防水等級為一級。

豎井采用地下連續(xù)墻+水平內(nèi)支撐支護體系，圍護結(jié)構(gòu)為厚1.2 m、深68 m的C30防水鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，嵌固深度為27 m。地下連續(xù)墻分幅接頭位置采用φ2 000 mm的超高壓旋噴樁加強止水。原設(shè)計共設(shè)置7道鋼筋混凝土支撐(端部設(shè)置琵琶撐)+2道鋼支撐倒撐；優(yōu)化后設(shè)置3道鋼支撐+4道鋼筋混凝土支撐。原設(shè)計地下連續(xù)墻采用工字鋼接頭，共計24幅；優(yōu)化后的地下連續(xù)墻接頭采用雙拼工字鋼接頭柱，共計22幅。優(yōu)化后的2號豎井結(jié)構(gòu)、支撐體系及圍護結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(a) 平面圖

標高以m計。(b) 剖面圖圖1 優(yōu)化后的2號豎井結(jié)構(gòu)、支撐體系及圍護結(jié)構(gòu)圖(單位： mm)Fig. 1 Structure, support system, and enclosure structure of No. 2 shaft after optimization (unit: mm)

1.2 工程地質(zhì)情況

2號豎井基坑開挖范圍內(nèi)地層主要以第四系人工堆積層(Q4ml)、第四紀全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)(Q4al+pl、Q3al+pl)的黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂土為主。工程范圍內(nèi)地下水類型根據(jù)其水力性質(zhì)不同分為上層滯水、潛水及承壓水。2號豎井地質(zhì)剖面如圖2所示。

σ為地基承載力。圖2 2號豎井地質(zhì)剖面圖(單位： kPa)Fig. 2 Geological profile of shaft No. 2 (unit: kPa)

2 超深地下連續(xù)墻槽段接頭施工工藝革新

2.1 地下連續(xù)墻槽段接頭創(chuàng)新思路

望京隧道2號豎井地下連續(xù)墻設(shè)計深度達到68 m，屬于超深地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量是直接關(guān)系豎井基坑安全和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵工序。在含有承壓水的軟弱地層中施工超深地下連續(xù)墻，最重要的就是解決成槽垂直度、接頭防水和混凝土防繞流等問題。首先應(yīng)對超深地下連續(xù)墻的接頭形式進行革新。

2.1.1 原接頭設(shè)計及存在的問題

按照原設(shè)計圖，地下連續(xù)墻采用傳統(tǒng)的工字鋼接頭設(shè)計。根據(jù)同類工程地下連續(xù)墻的施工經(jīng)驗，采用工字鋼接頭形式的鋼筋籠由于受兩端工字鋼約束，鋼筋籠整體剛性大，對槽壁垂直度要求高，且自重大，整體吊裝困難；在下放過程中易因槽壁的硬性阻擋而很難下放到設(shè)計標高，深度越大越容易出現(xiàn)卡籠現(xiàn)象；澆注混凝土時容易向工字鋼接頭位置繞流，繞流后將影響下一幅墻的成槽垂直度和鋼筋籠就位，易造成接頭滲漏水現(xiàn)象。這些問題將嚴重影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，給后期基坑開挖安全和井壁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量造成很大影響。

2.1.2 優(yōu)化后的接頭設(shè)計及其優(yōu)點

2.1.2.1 接頭優(yōu)化設(shè)計

為有效解決超深地下連續(xù)墻施工中存在的技術(shù)難題，經(jīng)過分析研究、反復(fù)探索、多次爭取專家意見后，將原設(shè)計的工字鋼接頭優(yōu)化為雙拼工字鋼接頭，即將原設(shè)計的鋼筋籠與接頭整體下放優(yōu)化為雙拼工字鋼接頭先行下放，然后再開槽施工槽段。

2.1.2.2 優(yōu)點

1)雙拼工字鋼接頭柱和鋼筋籠可以分開施工，接頭柱整體焊接完成后，一次性整體吊裝下放，鋼筋籠豎向主筋采用機械連接的方式先整體制作完成，然后將鋼筋籠的主筋從中間的直螺紋接頭處拆分成質(zhì)量相當?shù)?部分，分段吊裝下放的施工工藝，可減小單次起吊質(zhì)量和下放難度。

2)接頭柱在成槽過程中可以對成槽起到垂直導(dǎo)向的作用，能有效提高槽段的垂直度，減小槽壁縮頸，對鋼筋籠下放起到引導(dǎo)和定位作用。

3)可以使地下連續(xù)墻的保護層控制更精準，可有效防止混凝土繞流。

4)通過提高地下連續(xù)墻接縫的剛度，可減小基坑開挖過程圍護結(jié)構(gòu)水平方向變形，防止墻體混凝土與接頭柱分離產(chǎn)生縫隙，提高基坑安全和接縫防水質(zhì)量。傳統(tǒng)的工字鋼接頭和雙拼工字鋼接頭形式如圖3所示。

(a) 工字鋼接頭形式

(b) 雙拼工字鋼接頭形式1-工字鋼接頭； 2-鋼筋籠與工字鋼焊接； 3-鋼筋籠收口； 4-混凝土墻體； 5-雙拼工字鋼接頭； 6-雙拼工字鋼接頭內(nèi)混凝土。圖3 地下連續(xù)墻傳統(tǒng)的工字鋼接頭與雙拼工字鋼接頭平面圖Fig. 3 Plane of I-shaped and double I-shaped steel joints of diaphragm wall

2.2 施工工藝流程

超深地下連續(xù)墻槽段雙拼工字鋼接頭柱施工工藝流程如圖4所示。

圖4 雙拼工字鋼接頭柱施工工藝流程圖Fig. 4 Construction process flowchart of double I-shaped steel joint column

2.3 雙拼工字鋼接頭柱施工技術(shù)創(chuàng)新要點

2.3.1 雙拼工字鋼接頭柱加工

雙拼工字鋼接頭柱采用12 mm厚鋼板整體焊接而成，每根接頭柱高70 m、長1 m、寬1.2 m。采用數(shù)控機床精確切割下料和拼裝定位，然后采用軌道機械臂自動焊接牢固?，F(xiàn)場加工對接焊縫呈Z字形，即翼緣板焊縫水平位置相互錯開。為保證后期基坑開挖過程中接頭位置出現(xiàn)滲漏水時方便注漿堵漏，在雙拼工字鋼兩側(cè)中板的迎水面各預(yù)埋1根φ25 mm注漿鋼管，鋼管上提前打好注漿孔，間距為50 cm，注漿孔外側(cè)安裝橡膠套，并用膠帶將橡膠套固定嚴實，防止進入泥漿和混凝土等雜物。雙拼工字鋼接頭柱結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 雙拼工字鋼接頭柱加工示意圖Fig. 5 Construction process flowchart of double I-shaped steel joint column

2.3.2 成槽定位

先對接頭柱的位置測量放線，并做好標記。采用抓斗式成槽機按標記位置對雙拼工字鋼接頭柱槽段進行成槽作業(yè)，槽段的開挖長度按一抓的伸開長度開挖，即每幅接頭柱的成槽長度是2.4 m，槽段深度不小于69.5 m。

2.3.3 雙拼工字鋼接頭柱吊裝

將雙拼工字鋼接頭柱底部0.5 m長度范圍腹板兩側(cè)的翼緣板割除，采用450 t和280 t履帶式起重機，將接頭柱整體吊起使其垂直正對槽段中心。接頭柱下放深度為底端距離槽段底部約0.5 m，呈懸空狀態(tài)。接頭柱頂端臨時固定于導(dǎo)墻上，使雙拼工字鋼接頭柱處于懸空垂直穩(wěn)定狀態(tài)。雙拼工字鋼接頭柱底部懸空與槽段的位置關(guān)系如圖6所示。

圖6 雙拼工字鋼接頭柱吊裝底部示意圖(單位： m)Fig. 6 Schematic of hoisting bottom of double I-shaped steel joint column (unit: m)

2.3.4 雙拼工字鋼接頭柱垂直度檢測

雙拼工字鋼接頭柱下放完成后，在固定前對雙拼工字鋼垂直度進行超聲波檢測，如檢測發(fā)現(xiàn)垂直度偏差超標，則應(yīng)提起接頭柱，按照檢測結(jié)果重新調(diào)整接頭柱位置，使之達到合格標準后再固定。雙拼工字鋼接頭柱垂直度檢測如圖7所示。

(a) 雙拼工字鋼接頭柱檢測

(b) 超聲波檢測成像結(jié)果圖7 雙拼工字鋼接頭柱垂直度超聲波檢測示意圖Fig. 7 Schematic of ultrasonic inspection of double I-shaped steel joint column

2.3.5 雙拼工字鋼接頭柱頂部固定

在雙拼工字鋼接頭柱頂端四側(cè)翼板上按計算尺寸確定的位置開4個方孔，穿入型鋼，橫擔在導(dǎo)墻上，采用超聲波檢測，確保接頭柱垂直度合格。為防止雙拼工字鋼接頭柱位移，采用L形角鋼將接頭柱固定在導(dǎo)墻上，再用10號槽鋼將所有雙拼工字鋼接頭柱沿地下連續(xù)墻方向水平嵌拉，以對橫擔進行水平精調(diào)，精調(diào)后對槽口進行鎖定。接頭柱頂部固定方式如圖8所示。

圖8 雙拼工字鋼接頭柱頂端固定方式示意圖Fig. 8 Schematic diagram of top fixing method of double I-shaped steel joint column

2.3.6 澆筑嵌固混凝土

采用直徑φ250 mm的導(dǎo)管在槽段底部澆筑5 m3C30水下混凝土，理論上可以使槽段底部1.6 m范圍充滿混凝土，使雙拼工字鋼底端埋入混凝土內(nèi)不少于1.0 m。澆筑完成后通過檢查接頭內(nèi)外混凝土面高度判定雙拼工字鋼的實際嵌固深度和嵌固效果。

2.3.7 接頭柱兩側(cè)回填黏土

待接頭柱槽段內(nèi)的封底混凝土終凝后，向雙拼工字鋼接頭柱兩側(cè)回填黏土，使用挖掘機緩慢均勻地回填，保持兩側(cè)回填的高度一致，回填至導(dǎo)墻頂面高程?；靥钸^程中注意及時回收槽內(nèi)泥漿并通過除砂器濾除泥漿內(nèi)雜質(zhì)。

2.3.8 澆筑雙拼工字鋼內(nèi)混凝土

黏土回填完成后澆筑柱內(nèi)混凝土，先下設(shè)導(dǎo)管至接頭柱底部嵌固混凝土面，然后采用正循環(huán)方法清除底部沉淀的砂石和泥漿，澆筑前柱內(nèi)沉渣厚度≤100 mm，最后水下澆筑接頭柱內(nèi)混凝土至設(shè)計標高。

2.3.9 后續(xù)接頭柱施工

按照以上施工工藝和步驟，采用跳一幅墻的施工順序，將剩余的雙拼工字鋼接頭柱全部施工完成，待接頭柱內(nèi)澆筑的混凝土達到設(shè)計強度后，拆除雙拼工字鋼頂部的橫擔和限位裝置，并割除導(dǎo)墻頂面以上多余部分的工字鋼，然后開始正式進行地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)施工。

3 豎井內(nèi)支撐及主體結(jié)構(gòu)施工工藝革新

3.1 豎井內(nèi)支撐和襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計施工方案優(yōu)化思路

3.1.1 原設(shè)計情況及存在的問題

3.1.1.1 原設(shè)計情況

2號豎井開挖深度達42 m，基坑開挖面積為790.4 m2，地質(zhì)以粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂層為主，且富含承壓水，圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，基坑開挖安全風險高；且豎井作為2個標段4臺盾構(gòu)共用的接收井，工期緊，任務(wù)重。原設(shè)計方案的支護結(jié)構(gòu)形式采用7道鋼筋混凝土腰梁(包括冠梁)和混凝土支撐體系及2道換撐?；娱_挖到底后，自下向上分層破除腰梁和混凝土支撐后施作混凝土梁和邊墻結(jié)構(gòu)。

3.1.1.2 原設(shè)計存在的問題

基坑每開挖一層需要1個多月時間，全部開挖完成要耗時7～8個月； 然后，還要一層一層破除腰梁和混凝土支撐，而支撐體系拆除過程中會造成地下連續(xù)墻的二次變形，應(yīng)力重新分配，致使新施作的環(huán)框梁和邊墻結(jié)構(gòu)不宜過早受力，不僅需要延長混凝土養(yǎng)護時間，還要頻繁換撐和倒撐。這樣不僅費工費時，還極易造成地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。

3.1.2 優(yōu)化后的設(shè)計方案及優(yōu)點

3.1.2.1 優(yōu)化后的設(shè)計方案

為確保超深基坑開挖安全，加快豎井施工速度，經(jīng)過反復(fù)研究和討論，通過對類似工程地下連續(xù)墻受力規(guī)律分析總結(jié)，對原設(shè)計方案進行優(yōu)化。即將第2—4道腰梁和混凝土支撐體系優(yōu)化為鋼圍檁+φ800 mm鋼支撐體系；將第5—8道腰梁和豎井的永久結(jié)構(gòu)合二為一，直接施作環(huán)框梁和混凝土支撐，以減少后期腰梁的拆除時間。

3.1.2.2 優(yōu)點

優(yōu)化后的設(shè)計方案可充分利用環(huán)框梁和原框架支撐體系對地下連續(xù)墻和豎井結(jié)構(gòu)的雙重保護作用，極大提高施工進度。原設(shè)計和優(yōu)化后的豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)如圖9所示。

1—地下連續(xù)墻； 2—第6道混凝土腰梁； 3—第5道混凝土腰梁； 4—第4道混凝土腰梁； 5—第3道混凝土腰梁； 6—第2道混凝土腰梁； 7—第1道腰梁； 8—冠梁； 9—第1道混凝土支撐； 10—第2道混凝土支撐； 11—第3道混凝土支撐； 12—第4道混凝土支撐； 13—第5道混凝土支撐； 14—第6道混凝土支撐； 15—第7道混凝土支撐； 16—洞門鋼環(huán)。(a) 原設(shè)計豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)剖面

1—地下連續(xù)墻； 2—軌道層下環(huán)框梁； 3—軌道層上環(huán)框梁； 4—負4層環(huán)框梁； 5—負3層下環(huán)框梁； 6—冠梁； 7—第9道(鋼支撐)支撐； 8—第8道(混凝土)支撐； 9—第7道(混凝土)支撐； 10—第6道(混凝土)支撐； 11—第5道(混凝土)支撐； 12—第4道(鋼支撐)支撐； 13—第3道(鋼支撐)支撐； 14—第2道支撐(鋼支撐)； 15—第1道(鋼支撐)支撐； 16—洞門鋼環(huán)。(b) 優(yōu)化后豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)剖面圖9 原設(shè)計與優(yōu)化后2號豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)剖面圖對比Fig. 9 Comparison of supporting structure in No.2 shaft between original and optimized designs

為確保優(yōu)化后的方案安全可行，對地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)受力采用Abaqus有限元軟件進行模型分析驗算，其中模型土體、地下連續(xù)墻均采用二維殼單元，土體采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型。經(jīng)模擬計算，地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)豎向最大位移和水平最大位移均滿足設(shè)計和規(guī)范的限值要求，優(yōu)化后的基坑開挖方法和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)安全可靠。

3.2 豎井優(yōu)化設(shè)計后施工工藝流程

豎井總體施工流程如下： 豎井分層開挖—冠梁及第1道(混凝土)支撐施作—架設(shè)第2、3、4道鋼圍檁和鋼支撐—負3層下環(huán)框梁及第5道混凝土支撐—負4層環(huán)框梁及第6道混凝土支撐—軌道層上環(huán)框梁及第7道混凝土支撐—軌道層下環(huán)框梁及第8道混凝土支撐—第9道鋼支撐架設(shè)—開挖至豎井底部—底板混凝土施工—自下向上逐層施工井壁和層板結(jié)構(gòu)—自上而下逐層拆除腳手架及混凝土內(nèi)支撐梁。

3.3 豎井基坑開挖及內(nèi)支撐施工技術(shù)要點

3.3.1 基坑開挖

基坑開挖遵循“豎向分層、由上至下、先支后挖”的原則，第5道混凝土支撐以上部分的基坑開挖采用長臂挖機配合60小挖機進行施工，開挖與第2—4道鋼支撐架設(shè)循環(huán)進行。剩余土方采用井內(nèi)挖掘機挖土，汽車吊配合龍門吊吊渣。挖至第5—8道環(huán)框梁與混凝土支撐底部標高時，施作環(huán)框梁永久結(jié)構(gòu)替代腰梁，同時施作鋼筋混凝土臨時支撐。

3.3.2 環(huán)框梁及混凝土支撐結(jié)構(gòu)施工

3.3.2.1 環(huán)框梁錨固及懸吊

由于環(huán)框梁結(jié)構(gòu)采用逆作法施工，為了防止環(huán)框梁在自重的作用下位移過大而影響豎井結(jié)構(gòu)安全，采用吊筋和錨筋等措施將環(huán)框梁固定在地下連續(xù)墻上。在環(huán)框梁頂部每間隔1.0 m設(shè)置1根φ32 mm圓鋼作為斜拉吊筋將環(huán)框梁吊在地下連續(xù)墻上，斜拉吊筋呈45°夾角。在環(huán)框梁中心部位上、下各50 cm處設(shè)置2道φ32 mm錨筋，環(huán)向間距1.0 m并與吊筋間隔布置錨固在地下連續(xù)墻中。環(huán)框梁吊筋斷面如圖10所示。

圖10 環(huán)框梁吊筋斷面圖Fig. 10 Cross-section of ring frame beam hanger

3.3.2.2 環(huán)框梁植筋孔及接縫防水

由于環(huán)框梁的植筋會破壞防水板，應(yīng)重點對植筋位置的節(jié)點防水采取特殊防水措施。根據(jù)植筋位置和鋼筋直徑提前在防水板上開孔，植筋后對穿透防水板的部位先在無紡布上涂抹橡膠瀝青非固化防水材料，再穿入防水板，并在防水板與錨筋的穿透部位安裝遇水膨脹橡膠圈，然后涂抹雙組分聚氨酯密封膏封口，確保錨筋位置的防水質(zhì)量。為保證上下層防水板的接頭搭接長度滿足設(shè)計要求，預(yù)先將無紡布和防水板鋪設(shè)長度超過本層環(huán)框梁底部標高以下0.8～1.0 m，沿地下連續(xù)墻挖1條寬10 cm、深30 cm的矩形凹槽，將環(huán)框梁底部露出的無紡布和防水板卷成筒狀放入土槽中，然后用細砂回填壓實，防止環(huán)框梁施工過程中損壞防水板。植筋節(jié)點防水和防水板保護措施如圖11所示。

圖11 環(huán)框梁植筋及防水細部圖Fig. 11 Detailed drawing of reinforcement and waterproofing of ring frame beam

為了提高邊墻混凝土與環(huán)框梁底部接縫的防水質(zhì)量，采取在環(huán)框梁底部設(shè)置2道遇水膨脹橡膠條+預(yù)埋注漿管的雙重防水措施。先在環(huán)框梁底部模板上預(yù)埋2道20 mm×30 mm方木條(尺寸與遇水膨脹止水條一致)，土方開挖時及時拆除方木條；然后，在側(cè)墻鋼筋綁扎前采用鋼釘和U型卡將遇水膨脹止水條固定在環(huán)框梁底部混凝土的凹槽內(nèi)；最后沿圈梁方向在圈梁底部安設(shè)φ32 mm@1 500 mm的注漿管，以便后期邊墻混凝土達到設(shè)計強度后及時回填注漿將空隙填充密實。環(huán)框梁底部防水示意如圖12所示。

圖12 環(huán)框梁底部防水示意圖Fig. 12 Waterproof diagram of ring frame beam bottom

3.3.2.3 環(huán)框梁預(yù)埋筋施工

為確保上、下2層環(huán)框梁之間邊墻豎向鋼筋定位準確，且使接頭搭接質(zhì)量滿足規(guī)范要求，在基坑開挖至環(huán)框梁底部標高后，根據(jù)邊墻內(nèi)外層豎向鋼筋分部位置開挖2道土槽，開挖深度滿足鋼筋搭接要求，寬度約0.3 m。測量定位后將邊墻鋼筋進行預(yù)埋，在錨筋上焊接縱向鋼筋并與預(yù)埋鋼筋進行連接，保證其垂直度、間距及保護層厚度滿足設(shè)計要求，并用細砂回填密實。環(huán)框梁預(yù)埋筋斷面如圖13所示。

圖13 環(huán)框梁預(yù)埋筋斷面圖Fig. 13 Sectional drawing of embedded reinforcement of ring frame beam

3.3.2.4 環(huán)框梁結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎

為了減少后期邊墻結(jié)構(gòu)鋼筋的焊接量，在環(huán)框梁施工時，對上一層環(huán)框梁內(nèi)預(yù)埋的邊墻豎向主筋靠外側(cè)(靠圍護結(jié)構(gòu)側(cè))的鋼筋，先采用直螺紋套筒接長后插入下一層環(huán)框梁結(jié)構(gòu)下方預(yù)留的溝槽內(nèi)，預(yù)留好下一層邊墻結(jié)構(gòu)主筋的接駁器(見圖13)，同時綁扎外層水平分布筋。同一層邊墻的內(nèi)側(cè)豎向鋼筋先采用直螺紋套筒與上一層環(huán)框梁預(yù)埋的豎向筋進行連接，接長后再與下一層環(huán)框梁頂部預(yù)埋的豎筋采用直螺紋套筒連接。若2根豎筋的定位誤差較大無法機械連接時，采用焊接方式連接牢固，并在每層邊墻的內(nèi)層豎筋上預(yù)留人孔，以滿足作業(yè)人員進入綁扎水平筋和振搗混凝土。

3.3.2.5 環(huán)框梁中預(yù)埋下料管

在每層環(huán)框梁中預(yù)埋PVC下料管，按照每2 m埋設(shè)2個PVC管的間距設(shè)置，其中一個PVC管作為混凝土澆筑孔，另一個PVC管作為排氣孔兼振搗孔。預(yù)埋PVC下料孔如圖14所示。

圖14 環(huán)框梁上預(yù)埋的PVC下料孔Fig. 14 Schematic of embedded PVC cutting hole on ring frame beam

3.4 豎井襯砌結(jié)構(gòu)施工技術(shù)創(chuàng)新

3.4.1 底板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑

豎井開挖至底板設(shè)計標高后，先施工18根φ1.8 m抗拔樁，待底部驗槽合格后，及時進行墊層、防水和保護層施工。由于2號井底板厚2 m，面積較大，一次性混凝土澆筑量為1 600 m3，且基坑最深處距離地面41.6 m，常規(guī)的汽車泵管難以達到底板鋼筋頂部。為了保證底板混凝土輸送和澆筑質(zhì)量，創(chuàng)新采用汽車輸送泵+下料管+溜槽的施工方法分2次澆筑底板混凝土。在第8層環(huán)框梁上安裝φ300 mm下料管和作業(yè)平臺，在下料管的下部安裝混凝土緩沖器和軟管，在較遠的地方軟管出口處加接溜槽，保證相鄰的軟管能夠覆蓋全豎井底板的澆筑范圍。底板混凝土澆筑采用2臺67 m汽車泵呈對角線放置，將輸送管插入第8層環(huán)框梁頂部的下料管中，對稱分層澆筑、振搗。底板混凝土下料管布置如圖15所示。

圖15 底板混凝土下料管布置示意圖Fig. 15 Layout diagram of bottom slab concrete tremie

3.4.2 逐層進行井壁和層板結(jié)構(gòu)施工

豎井底板結(jié)構(gòu)完成后，采用順作法自下向上分層施作邊墻、立柱和中間部分的層板結(jié)構(gòu)，采用盤扣式滿堂腳手架+組合鋼模板作為豎井模板和支架體系，采用67 m汽車泵輸送混凝土。利用上層環(huán)框梁中預(yù)埋的PVC下料管進行混凝土澆筑、排氣和振搗。

豎井每層邊墻混凝土一次澆筑量較大，為確保施工質(zhì)量，并加快施工進度，將左線和右線分2次澆筑，現(xiàn)場合理組織施工工序，將左線和右線的邊墻腳手架、鋼筋、模板、混凝土等工序按流水線進行施工，做好工序銜接，從而加快了施工進度。

3.4.3 分層拆除腳手架及切除混凝土支撐梁

為了減少基坑沉降變形，保證豎井邊墻結(jié)構(gòu)的施工安全，加快施工進度，在中間部分的層板結(jié)構(gòu)及豎井邊墻施工時保留環(huán)框梁上的混凝土支撐梁不拆除，直接將滿堂腳手架分層搭設(shè)至頂部。待豎井邊墻及中間部分的頂板結(jié)構(gòu)施工完成后，再自上而下分層拆除滿堂腳手架，同時分層切除混凝土支撐梁?；炷林瘟呵谐捎美K鋸切割的方式，先采用鋼管腳手架和型鋼在混凝土撐下面加固牢固，然后根據(jù)汽車吊的起吊能力進行分段切割后，吊運至地面進行混凝土破除，將環(huán)框梁上留下的混凝土撐切割面打磨平整，對切斷的鋼筋面涂刷防銹漆。

4 施工效果總結(jié)

在京沈客專望京隧道2號豎井施工中，通過對超深地下連續(xù)墻接頭、基坑開挖、內(nèi)支撐和襯砌結(jié)構(gòu)等施工工藝進行優(yōu)化革新，取得了良好的效果。根據(jù)對現(xiàn)場基坑開挖至豎井底部22幅地下連續(xù)墻垂直度進行統(tǒng)計可知： 1)垂直度偏差最大為9.8 cm，僅為豎井開挖深度的0.23%； 2)基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工過程中圍護結(jié)構(gòu)沉降變形較小，水平變形量僅3.4 mm，地面沉降量僅4.8 mm； 3)地下連續(xù)墻槽段接頭止水效果較好，無滲水現(xiàn)象； 4)主體結(jié)構(gòu)密實完整，表面光滑，無滲漏水現(xiàn)象； 5)整個豎井結(jié)構(gòu)施工工期較原計劃縮短了3個月，經(jīng)濟和社會效益明顯。

5 結(jié)論與建議

1)在地下水豐富的軟弱地層中施工超深地下連續(xù)墻，采用雙拼工字鋼接頭柱可顯著提高墻體的垂直度，減少接縫滲漏水現(xiàn)象。

2)在軟弱地層的超深豎井上部采用鋼圍檁+鋼支撐的內(nèi)支撐形式替代腰梁+鋼筋混凝土支撐體系是可行的，可以大幅度縮短工期。

3)利用環(huán)框梁替代腰梁不僅可以節(jié)約腰梁拆除和倒撐的時間、提高施工進度、節(jié)省成本，而且可以及早地為后期邊墻施工提供可靠支撐和雙重保護作用，減小圍護結(jié)構(gòu)的變形，提高施工安全。

4)對于逆作環(huán)框梁節(jié)點防水采用橡化瀝青填塞鋼筋與防水板穿刺點，并通過增加聚氨脂密封膏可以與墻體順作鋪設(shè)防水板形成全包防水體系，防水效果是可靠的。

5)創(chuàng)新采用“逆順結(jié)合、永臨合一”豎井施工方法，相對于傳統(tǒng)明挖順作法來說，其圍護結(jié)構(gòu)的水平位移更小、更安全可靠；相對于傳統(tǒng)逆作法來說，其結(jié)構(gòu)防水效果更好、工期更短。

對于類似地層的超深豎井，建議對設(shè)計方案再進行優(yōu)化，將豎井按上、下2段進行設(shè)計。豎井上半部無地下水的部分，采用鋼圍檁和鋼支撐的支護體系，開挖至預(yù)定標高后，采用順作法施工井壁襯砌; 下半部采用鋼筋混凝土支撐+鋼支撐混合形式開挖至井底，然后再采用順作法施作底板和下半部井壁結(jié)構(gòu)。