近距離低凈空下地下連續(xù)墻成槽技術(shù)研究和探討

杜 峰

(中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

0 引言

在我國，大中城市的用地越來越緊張。地鐵工程作為解決城市交通問題的主要手段之一，線路主要穿越城市建成區(qū)及中心地帶，地鐵施工場地周邊條件普遍比較復(fù)雜，在近距離、低凈空條件下施工地鐵工程的情況將越來越多。

在上述條件下實施深基坑施工，由于其對后續(xù)工序有很強的制約性［1－2］，國內(nèi)類似課題研究相對較少。而國外地鐵工程建設(shè)施工條件好、建設(shè)速度低、周期長，工程建設(shè)基本上伴隨著城市的擴大和發(fā)展，所以國外相關(guān)工程實例少，相應(yīng)的研究也較少。目前國內(nèi)的地鐵工程蓬勃興起，許多城市往往是幾條地鐵線路同時實施，任務(wù)重，工期緊，而在城市建成區(qū)及中心地帶，地鐵前期工程如管線遷改、交通疏解、房屋征拆等問題已成為地鐵工程是否能如期完工的制約因素。因此，在近、低凈空條件下實施深基坑施工，已經(jīng)成為地鐵工程各參建單位需研究的相關(guān)課題之一。本文依托深圳市地鐵9號線人民南站，探討在近距離及低凈空作業(yè)條件下的地下連續(xù)墻成槽技術(shù)。

1 工程概況

深圳市地鐵9號線人民南站起于羅湖區(qū)春風(fēng)路高架橋與建設(shè)路交匯處，止于春風(fēng)路高架橋與人民南路交匯處，地面交通繁忙，高樓林立。本站為地下3層島式無柱車站(曲線進站臺)。車站總長度為168.6 m，總寬度為19.8 m，標準段基坑寬度約17.9 m，深約29 m，車站頂板覆土厚度約4.0 m，車站主體為蓋挖逆作法施工。

本工程采用地下連續(xù)墻圍護，厚度為1 000 mm，形式有“一”、“L”、“Z”型。地下連續(xù)墻分標準幅和轉(zhuǎn)角幅、端頭幅，車站北側(cè)標準幅寬4 m、計39幅;車站南側(cè)標準幅寬5 m、計31幅;轉(zhuǎn)角幅寬3.3～5.3 m、計10幅;西端頭連續(xù)墻幅寬4 m、計5幅;東端頭連續(xù)墻幅寬4 m、計為5幅;總計為90幅。地連墻長度為31.4～36.9 m。

車站周邊建筑物較密集，距車站結(jié)構(gòu)凈距小，交通繁忙，車流量大。人民南車站北側(cè)圍護結(jié)構(gòu)位于春風(fēng)路高架橋之下，橋梁底板距離地面9.72～11.44 m，北側(cè)圍護結(jié)構(gòu)地連墻位于春風(fēng)路高架橋之下的部分約長130 m，從西側(cè)端頭井部分起，最大伸入春風(fēng)路高架橋之下約4.8 m，沿車站軸線向東逐漸過渡到0，地連墻距北側(cè)春風(fēng)路高架橋樁基最近距離為2.8 m左右，南側(cè)靠近廣東省銀行、德興大廈，地下連續(xù)墻距離德興大廈挑出陽臺僅0.6～1.2 m，距德興大廈地下室外邊墻為2.6 m，距德興大廈下地下室樁基最近距離為3.6 m左右;車站西端位于建設(shè)路，東端位于人民南路上;車站結(jié)構(gòu)頂板正上方有羅雨干渠(6 m×1.6 m雙排雨水箱涵)，與車站縱向平行。人民南路布置情況如圖1—3所示。

圖1 人民南站平面布置示意圖Fig.1 Plan layout of South People Road Station

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

車站基坑側(cè)壁主要為人工填土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、中粗砂、圓礫、卵石層、殘積土層及全、強風(fēng)化變質(zhì)砂巖層、斷層角礫、強風(fēng)化糜棱巖，局部為微風(fēng)化變質(zhì)砂巖。基坑底板主要巖土層為斷層角礫、強風(fēng)化糜棱巖，局部位于微風(fēng)化變質(zhì)砂巖。

勘察場地附近發(fā)育有羅湖斷裂帶FL9，該斷裂全新世斷裂活動特征弱，但受該斷裂影響，該區(qū)域巖石多碎裂巖化，重結(jié)晶作用較明顯，巖性較復(fù)雜［3］。場地內(nèi)地下水的含水層主要包括人工填土層、粉細砂〈3－3〉、中粗砂〈3－4〉、圓礫〈3－5〉和卵石〈3－6〉。地下水具微承壓性，最大承壓水頭一般為地表。第四系沖洪積砂層水量較豐富，具有中等透水性。人民南站地質(zhì)剖面布置示意如圖4所示。

圖2 人民南站與周邊建筑物平面關(guān)系圖Fig.2 Plan showing relationship between South People Road Station and surrounding buildings

圖3 人民南站剖面布置示意圖Fig.3 Profile of South People Road Station

圖4 人民南站地質(zhì)剖面布置示意圖Fig.4 Profile showing geological conditions of South People Road Station

3 低凈空近距離成槽重難點分析

1)人民南車站北側(cè)圍護結(jié)構(gòu)位于春風(fēng)路高架橋之下，橋梁底板距離地面9.72～11.44 m，地下連續(xù)墻距離高架橋樁基2～6 m，高架橋樁基埋深21.5 m，地下連續(xù)墻埋深34 m。在地下連續(xù)墻成槽施工、鋼筋籠安裝過程中，需做好高架橋保護，確保橋樁樁基穩(wěn)定及規(guī)避觸碰高架橋的風(fēng)險［4］。人民南路與春風(fēng)路高架橋位置關(guān)系如圖5所示。

2)人民南車站南側(cè)靠近德興大廈，地連墻距離德興大廈挑出陽臺僅0.6～1.2 m，距離其鉆孔樁基礎(chǔ)僅4.3 m，地連墻埋深比德興大廈鉆孔樁基礎(chǔ)深3.6 m，德興大廈地下室距離地續(xù)墻僅為1.4 m。在地連墻成槽施工、鋼筋籠安裝過程中，需規(guī)避觸碰德興大廈挑出陽臺的風(fēng)險，及保護德興大廈地下室、樁基安全與變形可控［5］。人民南站與德興大廈位置關(guān)系如圖6所示。

4 應(yīng)對措施

4.1 低凈空條件下的成槽

人民南站北側(cè)圍護結(jié)構(gòu)位于春風(fēng)路高架橋之下，成槽采用HITACHI－KH180液壓抓斗配合沖孔鉆完成。該液壓抓斗機身內(nèi)設(shè)置有特殊性傾斜感應(yīng)器、液壓糾偏導(dǎo)板等組成的糾偏裝置，操作可隨意控制挖掘機的姿勢，其槽壁挖掘垂直度可達到1/1 000以上。工法特點:1)分槽段施工，速度快。槽幅平面長度一般在3.8～7.2 m，液壓抓斗挖土效率高，一幅6 m寬，30 m左右深的普通地下連續(xù)墻施工可在24 h內(nèi)完成。2)成槽垂直精度高。液壓抓斗上設(shè)有傾斜儀和糾偏液壓推板，隨時調(diào)控成槽垂直度。3)適應(yīng)性強。能適應(yīng)各種平面多邊形的地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)，能與導(dǎo)墻成90°，60°，45°等多種角度開挖(必要時還能騎導(dǎo)墻開挖)。4)對周圍環(huán)境影響小。作業(yè)噪聲小、無振動、無污染，能接近構(gòu)筑物施工，對周圍建筑物、道路交通、地下管線的影響小，尤其適用于場地狹小、建構(gòu)筑物密集的施工特點。

圖6 人民南站與德興大廈位置關(guān)系圖Fig.6 Relationship between South People Road Station and Dexing Mansion

本工程每幅連續(xù)墻采用2臺沖孔鉆同時沖孔。成槽時因液壓抓斗提升高度受限，卸料先放到地面上，再通過裝載機配合完成。施工中遇到硬巖，主孔先采用φ100 mm鉆機引孔，然后采用沖孔方法完成施工［6］。成槽機及引孔布置示意如圖7所示。

低凈空下的成槽，在液壓抓斗挖槽前先沖φ1 000的導(dǎo)孔，用鉆機從地面鉆至巖面標高。其目的是使泥漿充分滲入孔周一定范圍的砂層，增加砂層的黏結(jié)力，減少挖槽時槽壁的坍塌性和透水性;沖導(dǎo)孔時，需隨時檢測沖孔的垂直精度，保證精度達到1/300。沖完導(dǎo)孔后，用液壓抓斗進行挖槽，液壓抓斗上有垂直最小顯示裝置，當偏差大于1/500時，進行糾偏工作。抓斗工作寬度為2 m，北側(cè)一個標準槽段需要3(2)幅抓才能完成，通過砂層時，挖槽速度不宜太快，并隨時觀測槽壁變形、垂直度、泥漿液面高度。

如發(fā)現(xiàn)較嚴重塌坍時，及時將機械設(shè)備提出，通知現(xiàn)場技術(shù)人員分析原因及妥善處理。對于較硬的中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖，抓斗刃切削不動(最大切削力425 kN)，需進行沖錘沖槽。

圖7 成槽機及引孔布置示意圖Fig.7 Channel cutting machine and layout of percussion holes

沖槽采用國產(chǎn)ZP－3沖擊鉆機施工，配備十字沖錘。對一個槽段，平面上從一端沖到另一端，每沖0.5 m厚的一層巖，用液壓抓斗清一次沉碴，這樣可提高沖擊效率。沖槽至設(shè)計底標高下0.1 m，用液壓抓斗清完沉碴后即可換漿［7］。

連續(xù)墻接頭施工采用工字鋼板接頭方式加旋噴樁止水處理，以確保車站基坑防水能力和車站主體結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量。

在泥漿護壁措施上，為提高泥漿的黏度、屈服值及泥皮的形成能力，維護槽壁的穩(wěn)定性防止水泥或鹽類污染泥漿，選用膨潤土作為制備泥漿的材料，同時在膨潤土泥漿中加入增黏劑CMC，在加CMC的同時加入分散劑碳酸鈉(Na2CO3)。經(jīng)過試驗分析，地下連續(xù)墻施工泥漿質(zhì)量配合比為水∶膨潤土∶CMC∶純堿 =3∶80∶0.3∶3。

4.2 關(guān)于規(guī)避觸碰高架橋風(fēng)險的措施

4.2.1 鋼筋籠安裝

根據(jù)現(xiàn)場測量，現(xiàn)狀地面到春風(fēng)高架橋底的高度為9.72～11.44 m，地連墻分幅根據(jù)接駁器位置初步確定6 m分幅與7.5 m分幅2種方案(如圖8所示)。根據(jù)吊車參數(shù)，吊車頂至吊鉤最短距離為1 m，吊鉤距離鋼筋籠為1.5 m，鋼筋籠搭接區(qū)高出導(dǎo)墻地面0.5 m，因此當采用6 m分幅時，吊車頂距離導(dǎo)墻地面距離為1+1.5+6+0.5=9.0 m(＜9.7 m)，當導(dǎo)墻地面距離高架橋底部的距離大于11.0 m時，采用7.5 m分幅，均可滿足規(guī)避觸碰高架橋吊裝的要求。

圖8 地下連續(xù)墻鋼筋分幅圖Fig.8 Sectioning of rebar cages of underground diaphragm wall

4.2.2 接駁器連接

常規(guī)的接駁器連接方法，連接器兩端鋼筋裹絲長度為連接器一半長度，在旋緊連接器的同時，兩端鋼筋要產(chǎn)生相對移動(0.5個連接器長度)，用于整幅鋼筋籠的連接，施工非常困難。本項目采用的方法，在裹絲時將一端裹絲長度擴大為1個連接器長度，另一端為0.5個連接器長度。在鋼筋加工平臺加工時，通過連接器將鋼筋連接起來，在鋼筋籠吊裝前，將連接器旋至螺紋長的一段，拆開鋼筋籠。鋼筋籠在槽段上方安裝就位準確后，再將連接器由整長的一端旋出，與上截鋼筋完成連接。相鄰接頭50%錯開，錯開長度40d(1.12 m)，連接區(qū)域長為1.25 m［8］。鋼筋對接形式如圖9和圖10所示。

4.2.3 鋼筋籠對接流程

1)下段鋼筋籠吊入槽內(nèi)，用鋼梁挑住暫擱在導(dǎo)墻上。

2)起吊上段鋼筋籠，在自然垂直狀態(tài)下對準下段鋼筋籠。

3)緩慢下放上段鋼筋籠，使各組縱向主筋配對理順。

4)對鋼筋籠四周有對接限位標志的幾組縱向主筋擰緊接駁器。

5)重新拎起鋼筋籠，使上下段鋼筋籠呈自然垂直狀態(tài)。

6)對其余各組縱向主筋擰緊接駁器。

7)對設(shè)置吊環(huán)的幾組縱向主筋擰緊接駁器。

8)完善導(dǎo)管插入通道與導(dǎo)管導(dǎo)向筋，有工字鋼槽段焊接工字鋼。

9)補焊水平鋼筋、保護層墊塊。

10)將對接成整幅的鋼筋籠下放入槽［9］。

圖9 鋼筋對接示意圖Fig.9 Rebar connecting

圖10 鋼筋對接現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.10 Site of rebar connecting

4.2.4 吊裝設(shè)備

吊裝設(shè)備采用低凈空、吊裝能力強的隨車吊(型號CAMC+INGABOKGLIOK)。在最低凈高7 m的情況下，吊裝能力達40 t，最大吊裝能力為65 t。低凈空吊裝設(shè)備和鋼筋籠照片分別如圖11和圖12所示。隨車吊主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖11 低凈空吊裝設(shè)備照片F(xiàn)ig.11 Hoisting machine used in confined space

圖12 低凈空吊裝鋼筋籠現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.12 Rebar cage hoisting in confined space

表1 隨車吊(型號CAMC+INGABOKGLIOK)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of hoisting equipment(CAMC+INGABOKGLIOK)

4.3 高架橋保護措施

4.3.1 設(shè)置臨時支墩

與樁柱共同支撐高架橋梁板，分擔橋梁荷載，減少樁基承載力，避免樁側(cè)和樁底應(yīng)力集中而導(dǎo)致基坑連續(xù)墻受力變形。同時，圍繞樁基2.5 m范圍內(nèi)進行注漿加固保護，注漿封堵空隙，減小沉降，提高地基整體性［10］。

4.3.2 監(jiān)控量測，信息化施工

在樁基礎(chǔ)上設(shè)置沉降監(jiān)測點觀測沉降變化，在臨時支墩上設(shè)置應(yīng)力測試儀監(jiān)測臨時支墩受力狀況，在橋梁下地面設(shè)置沉降點監(jiān)測地面沉降，根據(jù)監(jiān)測信息指導(dǎo)施工。

4.3.3 控制泥漿比例

杜絕塌槽、槽壁掉塊導(dǎo)致連續(xù)墻位移的情況發(fā)生。根據(jù)掘進深度的不同，泥漿比重也需要進行調(diào)整，特別是在〈3－2〉和〈3－5〉土層、軟弱土層交界處、橋梁樁基底部一定范圍內(nèi)，泥漿比重需通過現(xiàn)場試驗確定［11］。

4.3.4 規(guī)避觸碰德興大廈挑出陽臺風(fēng)險的措施

1)采用一次整幅鋼筋籠吊裝入槽。對現(xiàn)場吊裝工況進行模擬，對吊裝設(shè)備行走路線進行演示。盡可能減少吊裝設(shè)備的移動，以減少由于吊裝行動引起的吊鉤和吊繩的慣性移動，特別是在鋼筋籠吊裝就位過程中避免移動［12］。鋼筋籠采用整體吊裝，吊裝鋼筋籠選用2臺起重設(shè)備起吊(1臺主吊機和1臺副吊機)，先水平吊起離開地面，再緩慢、平穩(wěn)使之處于垂直狀態(tài)，通過主吊車移動、調(diào)整放入挖好的槽段中。吊裝作業(yè)時，在吊裝區(qū)域設(shè)立警戒區(qū)，其區(qū)域主要在吊物正下方和吊臂下方。在吊裝區(qū)域附近設(shè)置警示標志，指派專人進行安全警戒，吊裝作業(yè)時阻止閑雜人員靠近，警戒區(qū)內(nèi)德興大廈一側(cè)底層采取安全網(wǎng)防護。德興大廈側(cè)地連墻鋼筋籠吊裝照片如圖13所示。

圖13 德興大廈側(cè)地連墻鋼筋籠吊裝照片F(xiàn)ig.13 Hoisting of rebar cage for underground diaphragm wall beside Dexing Mansion

2)加強設(shè)備操作人員和指揮人員的協(xié)調(diào)訓(xùn)練，使之每個動作都協(xié)調(diào)一致。要求參與人員熟悉現(xiàn)場情況，清楚每幅吊裝參數(shù)、吊裝位置情況、吊裝移動距離及吊裝移動速度等信息。

4.4 保護德興大廈地下室的措施

1)車站開挖施工前對德興大廈進行袖閥管注漿加固基礎(chǔ)的保護，注漿保護的具體實施情況如下:沿房屋外墻邊線與基坑之間的地面進行袖閥管注漿鉆孔加固(約3.6 m寬)，注漿材料為普通水泥砂漿，注漿孔間隔1.2 m，注漿深度從地面到基坑底部1 m范圍內(nèi)注漿壓力不大于1.5 MPa。袖閥管打設(shè)以最大程度加固該范圍的地面，盡量減少無法加固盲區(qū)為原則。

2)在車站開挖施工前，對德興大廈一側(cè)車站地連墻外采用φ600@450，樁長10 m的水泥土攪拌樁進行隔離圍護。德興大廈地下室保護方案圖如圖14所示。

圖14 德興大廈地下室保護方案圖Fig.14 Protection of basement of Dexing Mansion

3)對德興大廈監(jiān)控量測點進行加密，縱向方向布點加密1倍，增加監(jiān)控頻率。

在采用上述措施后，對車站基坑開挖進行施工。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，德興大廈地下室向車站基坑方向最大水平側(cè)約4.5 mm，變形可控?；娱_挖后顯示地連墻表面平整度及墻體垂直度均達到規(guī)范控制要求，墻體及接縫處基本無滲漏水現(xiàn)象，無侵限情況發(fā)生，施工過程的安全情況達到預(yù)期目的。

5 結(jié)論與建議

相關(guān)分析及實施結(jié)果表明，在近距離低凈空的施工條件下，采用特殊的起吊成槽設(shè)備，配合分段鋼筋籠工藝，加強周邊建筑物的注漿保護及配合監(jiān)測措施，施工方案是可實施的，同時只要技術(shù)正確、管理妥善，也是切實可行、安全可靠的。本工程如采用常規(guī)的拆除部分高架橋(仍需重新改建)后施工地連墻，經(jīng)測算需增加相關(guān)費用約3 000萬元，施工時間至少滯后1年以上，對項目實施的影響巨大。建議本技術(shù)在相同類型工程中加以推廣應(yīng)用，以達到方便施工、節(jié)省費用、提高工效、節(jié)地環(huán)保的綠色建造目的。

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