富水地區(qū)管線不遷改時的連續(xù)墻逆做方法研究

熊　竺

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢　430063)

富水地區(qū)管線不遷改時的連續(xù)墻逆做方法研究

熊竺

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢430063)

摘要：以富水地區(qū)的地鐵車站人民路站為例，介紹一種在不遷改橫跨基坑的重要市政管線前提下施做圍護結(jié)構(gòu)的新方法地下連續(xù)墻逆做法，即先施工管線影響范圍以外的正常段連續(xù)墻并預留接駁，然后對市政管線進行懸吊保護，在圍護未形成封閉的條件下進行基坑開挖，并針對管線影響范圍內(nèi)的連續(xù)墻采用邊開挖邊噴錨的施做方式，使得圍護結(jié)構(gòu)逐漸形成封閉，完成基坑的土方開挖與支護工程，保證地鐵車站的施工工期。本工程取得了較好的實踐效果。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；連續(xù)墻；市政管線；懸吊保護；逆做法

1工程概況

圖1　車站總平面

2圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

基坑深度范圍內(nèi)從上往下依次分布有填土、粉質(zhì)黏土、圓礫、黏土與粉質(zhì)黏土互層。車站底板位于黏土層。地下水位為地面以下3～4 m。基坑支護采用800 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐形式，標準段基坑深度為16.5 m，連續(xù)墻嵌入深度為9 m，插入比約為0.55，基坑等級為一級。北京路東側(cè)臨時路面蓋板范圍連續(xù)墻采用工字鋼接頭，西側(cè)連續(xù)墻采用鎖口管接頭。第1道支撐采用800 mm×1 200 mm混凝土支撐，水平間距6 m，第2道及第3道支撐采用φ609 mm、壁厚16 mm鋼管撐，水平間距3 m[1-3](圖2)。

車站連續(xù)墻作為臨時結(jié)構(gòu)，主要承受基坑開挖期間的水土壓力，不作為車站主體結(jié)構(gòu)的一部分[4-6]，采用同濟啟明星軟件進行計算，得到圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖(圖3)。

圖2　人民路站標準段圍護橫剖面(單位：mm)

圖3　人民路站圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力

根據(jù)內(nèi)力結(jié)果(圖3)計算得到連續(xù)墻配筋為φ28 mm@200 mm(基坑內(nèi)側(cè))+φ25 mm@200 mm(基坑外側(cè))(HRB335級鋼筋)。

3連續(xù)墻局部逆做方案的提出

圖4　電力廊道遷改原方案示意

在施工圖階段，設(shè)計中根據(jù)初步設(shè)計確定的原則進行了圍護結(jié)構(gòu)以及渡槽的設(shè)計，同時軌道公司與電力廊道產(chǎn)權(quán)方進行對接協(xié)調(diào)，協(xié)商對電力廊道進行改移。施工開展后，由于雙方未能達成一致意見，電力部門否定了電力廊道的遷改方案，施工期間廊道內(nèi)電纜必須保證供電，不能斷電，且需在基坑開挖過程中對廊道進行必要的保護。在這種條件下，設(shè)計中必須重新考慮圍護結(jié)構(gòu)在電力廊道范圍搭接位置無法施做連續(xù)墻接頭時對應(yīng)的方案，常用的一種方式就是連續(xù)墻的一槽兩籠施工方法，在管線的兩側(cè)吊放鋼筋籠進行平移拼接后澆筑混凝土[7-9]。這種方法有一個缺陷，就是拼接接頭將是一個薄弱點，在富水地區(qū)容易出現(xiàn)連續(xù)墻側(cè)壁滲漏水。于是設(shè)計中提出了連續(xù)墻局部逆做的方案，即在連續(xù)墻未形成封閉的條件下，進行基坑開挖，在電力廊道范圍，隨著基坑的開挖進行廊道影響范圍內(nèi)的連續(xù)墻施作，并采取一定的止水措施。逆做連續(xù)墻墻幅為2.7 m，厚度為800 mm，與正常段連續(xù)墻相同，采用C30、P8噴射混凝土進行網(wǎng)噴。從彎矩包絡(luò)圖來看，最大彎矩出現(xiàn)在第三道支撐與基底之間的位置，對于此段無嵌固深度的逆做連續(xù)墻，采用與正常段連續(xù)墻相同的配筋能夠滿足圍護結(jié)構(gòu)的受力要求，基坑的整體穩(wěn)定性及抗隆起安全系數(shù)不滿足要求?？紤]到逆做范圍只是有限的寬度范圍，且逆做范圍兩邊的區(qū)段按照設(shè)計要求進行開挖與支撐的架設(shè)，因此設(shè)計中考慮采取必要的加強措施，同時施工期間加強監(jiān)測使得逆做連續(xù)墻具有可操作性，具體詳見逆做連續(xù)墻的施工步驟說明。

4連續(xù)墻局部逆做設(shè)計與施工

一般情況下，富水地區(qū)的地鐵深基坑開挖，應(yīng)在基坑取得封閉條件后進行。本工程由于電力廊道的影響，情況特殊，在缺少電力廊道范圍圍護結(jié)構(gòu)的前提下，為保證工期，先行開挖，隨著開挖的過程來進行基坑的封閉。本站位于富水地區(qū)，采取連續(xù)墻逆做方式，存在較大的施工風險：(1)基坑未取得封閉進行開挖時，基坑降水期間垂直懸掛止水帷幕在局部存在缺口，影響基坑的降水效果，且場區(qū)存在圓礫、粉土等土層，滲透系數(shù)達到4 m/d，屬于強透水層，基坑降水難度大，容易出現(xiàn)局部涌水涌砂事故；(2)本站位于繁華市中心，四個象限均分布有重要建筑物(如銀行、學校教學樓等)，基坑側(cè)壁未封閉情況下進行開挖，一旦發(fā)生涌水涌砂事故，將導致地面塌陷，影響交通，甚至會危及周邊的建筑物；(3)由于緊貼電力廊道進行逆做施工，地下水處理不當時，也將對電力廊道造成不利影響。綜合以上幾點，本工程屬于重大風險工程，必須謹慎對待，嚴格按照設(shè)計要求進行施做，確保基坑自身以及周邊環(huán)境的安全。

連續(xù)墻局部逆做的方法及步驟如下。

首先，根據(jù)廊道的位置確定局部逆做連續(xù)墻的幅寬，與逆做連續(xù)墻左右相鄰的連續(xù)墻均采用工字鋼接頭，在工字鋼接頭位置施做坑外兩重管高壓旋噴樁止水帷幕，水泥摻量為350 kg/m3，旋噴樁施工期間需加強對電力廊道的觀測和保護(圖5)。

圖5　連續(xù)墻逆做范圍平面示意(單位：mm)

接著進行基坑開挖，施做第一道混凝土支撐，利用第一道混凝土支撐作為電力廊道原位懸吊保護的主要受力構(gòu)件。對于橫跨基坑或者與基坑順行的管線，當采用懸吊保護時，一般應(yīng)采用臨時格構(gòu)柱作為豎向支撐，通過格構(gòu)柱澆筑與冠梁連接的鋼筋混凝土梁，梁上根據(jù)懸吊保護的需要按照一定的間距要求設(shè)置預埋件，通過預埋件焊接鋼筋等綴件以及抱板，對電力廊道進行妥善的保護[10]。電力廊道范圍內(nèi)的基坑側(cè)壁開挖后，利用兩側(cè)連續(xù)墻工字鋼接頭進行雙層鋼筋網(wǎng)施工，水平鋼筋與工字鋼接頭焊接，豎向鋼筋隨開挖過程進行豎向的焊接搭接。豎向鋼筋及水平向鋼筋均采用比標準段連續(xù)墻配筋大一個級差的鋼筋，即φ32 mm@200 mm(基坑內(nèi)側(cè))+φ28 mm@200 mm(基坑外側(cè))(HRB335級鋼筋)，分布筋由正常段連續(xù)墻分布筋φ18 mm@150 mm提高為φ20 mm@150 mm(鋼筋間距與正常區(qū)段連續(xù)墻鋼筋間距一致)。淺層開挖時，以電力廊道底高程為分界點，先施做廊道底高程以上的噴射混凝土。逆做范圍基坑向下開挖取2 m作為一個步距，鋼筋網(wǎng)焊接搭接完成后采用C30、P8早強噴射混凝土進行網(wǎng)噴，之后利用20 mm厚、寬度為1 500 mm的Q235鋼板進行網(wǎng)噴層的面層覆蓋，鋼板可采用水平分段拼接焊接，并使得鋼板最終與兩側(cè)的工字鋼接頭焊接牢固；在每兩個步距之間進行鋼板覆蓋時，將留出500 mm高度范圍未被鋼板覆蓋，在此范圍內(nèi)施做上下雙層φ32 mm水煤氣管，壁厚3.25 mm，水平間距0.8 m，入射角度水平向上3°～5°，作為預留注漿管，也可兼做分段泄水管(圖6)?；由疃葹?6.5 m，自廊道底高程起，向下可施做6個分塊循環(huán)。施工完最后一個分塊時，接近基坑底高程，此時側(cè)壁剩余500 mm逆做范圍。

圖6　連續(xù)墻逆做立面示意(單位：mm)

最后開挖到基底，對逆做范圍的基底進行人工平整之后進行底座的處理。底座采用截面高度為300 mm的H型鋼，與兩側(cè)連續(xù)墻工字鋼接頭焊接，并將豎向鋼筋與底座焊接后進行噴射混凝土施工，在貼近底座位置水平向下打設(shè)φ32 mm水煤氣管并進行注漿。這樣，位于電力廊道影響范圍內(nèi)的逆做連續(xù)墻施工完畢，形成了一段沒有嵌固深度的圍護結(jié)構(gòu)(圖7)。

圖7　連續(xù)墻逆做底座處理示意(單位：mm)

連續(xù)墻遇到管線不能遷改時的局部逆做現(xiàn)場實施實景見圖8，人民路站需要采用逆做的區(qū)段共有4段，均采用相同的處理方式。車站于2010年4月30日開工，先施工東側(cè)的連續(xù)墻，2010年7月底完成東側(cè)圍護結(jié)構(gòu)及路面蓋板后進行翻澆，轉(zhuǎn)入車站西側(cè)的圍護結(jié)構(gòu)施工。2010年8月底，正常段連續(xù)墻全部施工完畢，并在四段逆做區(qū)段預留了型鋼接頭(東側(cè)臨時路面蓋板范圍本身已經(jīng)是工字鋼接頭)，施工方緊接著進行了廊道兩側(cè)的旋噴止水施工，同時施做西側(cè)冠梁與第一道混凝土支撐。通過拉槽開挖方式，將電力廊道挖出，并對電力廊道進行了懸吊保護。基坑開挖從兩端盾構(gòu)井段開始，由于廊道遠離盾構(gòu)井，在圍護未形成封閉的情況下進行的基坑降水可以滿足基坑開挖的要求。隨著基坑開挖，從電力廊道底部開始向下以2 m為一個步距，進行了連續(xù)墻的局部逆做施工，施工過程中標準段嚴格按照設(shè)計要求進行開挖，未出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，且支撐均按照要求及時架設(shè)。監(jiān)測反應(yīng)的數(shù)據(jù)表明，整個基坑的側(cè)壁變形控制在15 mm以內(nèi)(基坑側(cè)壁變形允許值為0.14%×16 500 mm=23.1 mm)；在逆做區(qū)段架設(shè)鋼支撐時，采用I45b型鋼腰梁，避免逆做連續(xù)墻區(qū)域出現(xiàn)較大應(yīng)力。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，逆做范圍的基坑側(cè)壁變形也未出現(xiàn)預警[11，12]，且開挖過程中側(cè)壁的滲漏水量較小(圖8)，施工方并未采取注漿止水措施，根據(jù)現(xiàn)場情況采取相應(yīng)的引流和抽排措施，避免了逆做范圍的被動區(qū)土體長期受到積水的浸泡。整個逆做施工過程，施工方加強了監(jiān)測，做到了信息化施工，過程可控，車站基坑土方及支護工程于2011年2月底全部順利完工，車站主體結(jié)構(gòu)于2011年12月順利實現(xiàn)封頂。

圖8　連續(xù)墻逆做現(xiàn)場實景

5結(jié)語

本文提出了富水地區(qū)連續(xù)墻遇到管線進行逆做的一種方法，該方法貼合現(xiàn)場實際，在基坑圍護未封閉的情況下進行基坑開挖，并通過焊接鋼筋網(wǎng)網(wǎng)噴形成逆做連續(xù)墻，使得基坑最終形成封閉。對于本站涉及到的橫跨基坑的10 kV電力廊道，遷改費用大，遷改協(xié)調(diào)難度大，嚴重制約地鐵車站的建設(shè)。設(shè)計中綜合考慮了現(xiàn)場的場地條件，管線的布置情況以及車站的支護形式，提出了一種新的操作方法，在不進行管線遷改的條件下，對電力廊道進行懸吊保護，采用邊開挖邊噴錨的施做方式，形成了逆做的圍護結(jié)構(gòu)，滿足基坑開挖施工要求，保證地鐵車站的工期，同時節(jié)省了電力管線遷改的巨額費用。在該市2號線北段多個車站的附屬結(jié)構(gòu)遭遇電力廊道時均采用與此類似的逆做方式，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。本工程取得了較好的實踐效果，可為今后同類工程設(shè)計與施工提供參考。

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Research on Up-bottom Construction of Continuous Wall in Water-rich Area without Pipeline Relocation

XIONG Zhu

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

Abstract：This article takes Renmin Road station as an example to introduce a new method of continuous wall construction without relocation of important municipal pipelines. This method is called up-bottom construction of continuous wall and applied to construct the continuous walls outside the affected range of pipeline with reservation of connection and then protect the municipal pipeline by suspension， and proceeds to pit excavation before an enclosure is closed. The continuous walls within the affected range of pipeline are conducted with shot-anchoring following excavation to form an enclosure and complete pit excavation and support. Thus， construction progress is guaranteed with good results.

Key words：Subway station; Continuous wall; Municipal pipeline; Suspension and protection; Up-bottom method

中圖分類號：U231+.4

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.029

文章編號：1004-2954(2015)06-0131-04

作者簡介：熊竺(1976—)，男，高級工程師，2002年畢業(yè)于北方交通大學結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，工學碩士。

收稿日期：2014-12-29； 修回日期：2015-01-07