SMW工法樁在地鐵車站盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

張浩文，張治亮，劉 偉

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇南京210005)

1994年，上海環(huán)球世界廣場(chǎng)項(xiàng)目采用了SMW工法樁作為基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這是該工法在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用，因其具有施工便利、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在民用建筑領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展［1］。2000年，南京地鐵首次在車站基坑工程施工中使用了SMW工法樁，此工法適用深度與地鐵車站附屬基坑具有很好的匹配性，成為了華東地區(qū)地鐵車站附屬基坑工程的首選工法［2］。由于標(biāo)準(zhǔn)地下二層車站主體基坑深度在16 m左右，SMW工法樁適用深度一般不大于12 m，該工法在車站主體基坑工程中應(yīng)用較少。SMW工法樁作為主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，盾構(gòu)井端頭加固和洞門處理尤為關(guān)鍵［3］，由于缺少豐富的工程經(jīng)驗(yàn)作為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)和施工處理往往不夠細(xì)致，在盾構(gòu)進(jìn)出洞過程中容易出現(xiàn)險(xiǎn)情，本文結(jié)合華東地區(qū)某地鐵車站工程險(xiǎn)情的處理，對(duì)SMW工法樁在地鐵車站盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

某地下車站為單層車站，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深10.21 m，盾構(gòu)工作井段基坑深12.2 m，工程地質(zhì)自上而下依次分布為:①1雜填土層、③1粘土層、③2粉質(zhì)粘土層、③3粉土夾粉質(zhì)粘土層、④1粉砂層、⑤3粉質(zhì)粘土層、⑥1粘土層，其中③1層、③2層、⑤3層、⑥1層為不透水層，對(duì)地鐵施工影響較小，③3層、④1層為微承壓含水層，屬于影響地鐵施工安全的不良地層。車站盾構(gòu)工作井基底位于④1粉砂層，盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)范圍內(nèi)土層有③1層、③2層、③3層、④1層。

1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車站周邊環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為二級(jí)［4］，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了φ850@600SMW工法樁(盾構(gòu)工作井段型鋼密插、標(biāo)準(zhǔn)段型鋼隔一插一)，盾構(gòu)工作井段工法樁樁長(zhǎng)21.5 m，進(jìn)入⑥1層不透水層5.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段工法樁樁長(zhǎng)18.5 m，進(jìn)入⑥1層不透水層2.5 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已隔斷了微承壓含水層。

1.3 端頭井加固設(shè)計(jì)

車站端頭井采用了三軸攪拌樁與旋噴樁結(jié)合的加固方式，攪拌樁加固體長(zhǎng)9 m、寬21.4 m、深12.2 m，攪拌樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間有0.4 m空隙，采用旋噴樁進(jìn)行加固密封，端頭井加固平面布置見圖1。端頭井加固體進(jìn)入④1粉砂層，距離層底有1.3 m，未隔斷微承壓含水層。

圖1 端頭加固平面圖

2 工程險(xiǎn)情處理

2.1 工程險(xiǎn)情過程

車站和區(qū)間分屬兩家不同的施工單位，車站主體結(jié)構(gòu)于2011年11月份封頂，施工單位于2012年10月23日開始拔出型鋼，同時(shí)在H型鋼縫隙中灌漿回填1∶2的水泥漿液。此時(shí)，區(qū)間施工單位正從右線掘進(jìn)，距離接收井還有約90環(huán)。

型鋼拔除前盾構(gòu)工作井洞門無(wú)滲漏水現(xiàn)象，拔出洞門范圍內(nèi)的第四根H型鋼時(shí)，發(fā)現(xiàn)已拔出的第二根型鋼區(qū)域有水從洞門底部流出，并伴有泥沙，施工單位立即停止了剩余型鋼的拔出，并使用棉絮和“堵漏王”封堵，在封堵住第一個(gè)漏點(diǎn)后，第二根型鋼和第三根型鋼拔出處又出現(xiàn)漏點(diǎn)，繼續(xù)封堵后第四根型鋼拔出處也開始滲漏，洞門滲漏現(xiàn)場(chǎng)見圖2。經(jīng)過車站施工單位的臨時(shí)封堵，滲漏處泥沙得到了控制但是滲水仍在繼續(xù)，6 h的滲水量約150 m3。由于盾構(gòu)進(jìn)洞還需10 d左右的時(shí)間，車站附近有較多的重大市政管線，大量滲漏水可能會(huì)引起地面沉降導(dǎo)致次生災(zāi)害，業(yè)主組織了設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位進(jìn)行緊急協(xié)商。

圖2 洞門滲漏現(xiàn)場(chǎng)照片

2.2 工程險(xiǎn)情的原因分析

φ850@600SMW工法樁內(nèi)插型鋼截面尺寸為700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，理論上型鋼外包水泥土最小厚度不足4.5 cm，根據(jù)SMW工法樁施工規(guī)程“樁中心偏位不得超過50 mm，樁身垂直度誤差不得超過1/200”，即在合理的施工誤差范圍內(nèi)，型鋼就能突破水泥土的包裹［5］，且由于拔出型鋼會(huì)造成土體擾動(dòng)，導(dǎo)致了SMW工法樁樁身出現(xiàn)裂隙，回灌水泥漿時(shí)洞門處無(wú)封堵墻，水泥漿回灌難以密實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)大量外漏的水泥漿體。綜合上述因素，拔出型鋼后的工法樁內(nèi)產(chǎn)生了滲流通道，見圖3所示。

車站端頭井加固體設(shè)計(jì)深度為洞門下3 m，根據(jù)地勘資料，加固體距離④1微承壓含水層底尚有1.3 m，由于加固體未隔斷④1粉砂層的微承壓水，當(dāng)工法樁型鋼拔出后，樁身產(chǎn)生了滲流通道，車站外圍承壓水滲入站內(nèi)，滲流路徑見圖4所示。此外，也不能排除端頭加固體與圍護(hù)樁間的旋噴樁止水效果欠佳，旋噴樁內(nèi)也產(chǎn)生了滲流通道，如圖4所示。

圖3 滲流通道平面示意圖

圖4 滲流通道剖面示意圖

2.3 工程險(xiǎn)情的處理

根據(jù)設(shè)計(jì)文件和施工現(xiàn)場(chǎng)情況，結(jié)合滲漏水的來(lái)源及滲流通道的判斷，擬采取洞門范圍內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土封堵墻，洞門外重新注漿止水的方案?？傮w思路為:施工洞門臨時(shí)封堵墻—站內(nèi)鉆孔注漿止水－剩余型鋼拔出后回灌水泥漿－已拔出型鋼區(qū)域和端墻側(cè)面引孔注漿［6］－探孔－旋噴樁區(qū)域重新壓漿加固［7］(如探孔發(fā)現(xiàn)旋噴樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)界面不漏水則可不必采用)－端頭井加固體區(qū)域設(shè)置降水井－探孔－盾構(gòu)進(jìn)出洞(適時(shí)開啟降水井)。搶險(xiǎn)作業(yè)的具體過程如下:

(1)施工臨時(shí)封堵墻

設(shè)置封堵墻的作用主要是封堵站內(nèi)滲漏水，后期盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)仍需站內(nèi)破除洞門。封堵墻墻厚500 mm(車站端墻厚度700 mm)，采用C20混凝土，配置φ16@150mm單層鋼筋網(wǎng)，混凝土內(nèi)添加早強(qiáng)劑，圖5為封堵墻現(xiàn)場(chǎng)施工狀況。

圖5 封堵墻施工

(2)站內(nèi)鉆孔注漿止水

待封堵墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行站內(nèi)鉆孔注漿。注漿孔布置在預(yù)埋鋼環(huán)與臨時(shí)封堵墻接觸面附近，呈圓形布置，每7.2°布置一個(gè)注漿孔。注漿鉆桿直徑13 mm，鉆桿深度770 mm(從結(jié)構(gòu)墻內(nèi)側(cè)起算)，注漿漿液采用聚氨脂，注漿壓力控制在0.2 MPa以內(nèi)，注漿量根據(jù)實(shí)際需要合理控制。

(3)剩余型鋼拔出回灌水泥漿、已拔出型鋼區(qū)域和端墻側(cè)面引孔注漿

依次拔除剩余的24根型鋼，拔除過程中同步回灌水泥漿，對(duì)已拔除型鋼的工法樁樁身區(qū)域引孔注漿，保證型鋼拔出后回填密實(shí)無(wú)滲流通道產(chǎn)生［8］。在盾構(gòu)井端頭加固體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)接觸面兩端引孔注漿施工止水帷幕，深度為從端頭加固體頂面至進(jìn)入⑤3層粉質(zhì)粘土層1 m。注漿采用雙液注漿［9－12］(水玻璃與水泥漿)，水玻璃與水泥漿配比在1∶1.15～1∶1.5，待注漿體達(dá)到指標(biāo)要求后，在封堵墻上探孔觀測(cè)，確保墻后止水可靠。

(4)旋噴加固區(qū)域視情況重新加固［13］，坑外設(shè)置降水井

在站內(nèi)進(jìn)行探孔，探孔深度至旋噴樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)接觸面，未發(fā)現(xiàn)存在滲漏水現(xiàn)象，表明原旋噴樁加固體質(zhì)量可靠，在端頭加固體兩側(cè)及加固體內(nèi)各設(shè)置降水井3口，待盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)作為應(yīng)急措施使用，確保盾構(gòu)進(jìn)出洞安全。

2.4 從本次工程險(xiǎn)情處理中得到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

本次險(xiǎn)情發(fā)生后，施工單位及時(shí)采取了應(yīng)急措施，各方對(duì)滲漏水源分析準(zhǔn)確、采取的措施合理有效，事態(tài)得到了有效控制。本次險(xiǎn)情雖未造成太大影響，但也暴露了SMW工法樁作為盾構(gòu)工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用時(shí)，設(shè)計(jì)和施工單位對(duì)端頭井加固、洞門處理、型鋼拔除與進(jìn)出洞時(shí)間協(xié)調(diào)等方面考慮不周:

(1)未進(jìn)行有針對(duì)性的洞門和型鋼拔除處理設(shè)計(jì)，施工單位拔除型鋼前未封閉洞門，致使水泥漿回灌不密實(shí)，在樁身內(nèi)部形成了滲流通道。

(2)端頭井加固設(shè)計(jì)深度未隔斷④1粉砂層微承壓含水層，當(dāng)樁身內(nèi)部形成滲流通道后，微承壓水成為了主要滲漏水源［14］。

(3)拔除型鋼時(shí)，盾構(gòu)機(jī)離工作井端墻還有約90環(huán)的距離，型鋼拔除時(shí)間與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)狀態(tài)未能統(tǒng)籌考慮，是本工程險(xiǎn)情出現(xiàn)的主要原因。

3 結(jié)論

因適用基坑深度的限制，盾構(gòu)工作井采用SMW工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例很少，華東地區(qū)已有的工程實(shí)例中洞門發(fā)生險(xiǎn)情的概率較高，SMW工法樁是否適宜于盾構(gòu)工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)和施工中需要注意什么問題，通過本工程險(xiǎn)情的處理可以得出如下結(jié)論:

(1)SMW工法樁內(nèi)插型鋼可以回收利用、水泥土攪拌樁成本較低，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，為安全保護(hù)等級(jí)為二級(jí)的基坑工程首選工法，在保證盾構(gòu)進(jìn)出洞安全的基礎(chǔ)上，盾構(gòu)工作井采用SMW工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)是合適的［15］。

(2)當(dāng)工法樁樁長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)承壓含水土層時(shí)，型鋼拔出對(duì)洞門安全影響較小，采用SMW工法樁作為盾構(gòu)工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠。

(3)當(dāng)工法樁樁長(zhǎng)范圍內(nèi)存在承壓含水層時(shí)，需考慮型鋼拔出后形成的滲流路徑，端頭井加固范圍和工法樁樁身宜隔斷承壓含水層，消除承壓水水源。

(4)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在圖紙中交待洞門的處理方式，一般有兩種:若盾構(gòu)進(jìn)出洞前拔除型鋼，則宜將洞口采用鋼筋混凝土臨時(shí)封堵，保證型鋼拔出后灌漿的密實(shí)性，后期通過人工破除洞門方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)出洞;若不拔除型鋼時(shí)，則直接在工作井內(nèi)割除洞門范圍內(nèi)的型鋼，避免滲流路徑的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)安全進(jìn)出洞。

(5)SMW工法樁的型鋼處理時(shí)間與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)狀態(tài)應(yīng)統(tǒng)籌考慮，工法樁型鋼的處理應(yīng)參照洞門破除程序執(zhí)行，履行完盾構(gòu)進(jìn)出洞條件驗(yàn)收程序后方能進(jìn)行型鋼處理。

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