郭小龍， 李志軍

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河　065201)

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特高特大型充砂長(zhǎng)管袋圍堰在紅谷沉管隧道工程中的應(yīng)用

郭小龍， 李志軍

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河065201)

為了實(shí)現(xiàn)江中沉管與岸上匝道水下互通立交，在岸邊施工高度為20 m、方量達(dá)80萬m3的充砂長(zhǎng)管袋圍堰，圍堰采用兩側(cè)為充砂長(zhǎng)管袋、中間為砂芯的堰體結(jié)構(gòu)，并在砂芯范圍設(shè)塑性混凝土防滲墻隔斷贛江水，施工圍堰內(nèi)明挖結(jié)構(gòu)。以南昌紅谷隧道為背景，介紹了國內(nèi)內(nèi)河沉管隧道規(guī)模最大的充砂長(zhǎng)管袋圍堰施工技術(shù)，施工過程中克服了贛江水位落差大、航道范圍水流速度大和水位高等復(fù)雜的水文條件，利用7個(gè)月完成了充砂長(zhǎng)管袋堰體的填筑和塑性混凝土防滲體系的施工。工程實(shí)施結(jié)果表明： 充砂長(zhǎng)管袋圍堰及其塑性混凝土防滲墻在內(nèi)河沉管隧道領(lǐng)域是一種工藝新穎、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的防護(hù)體系，且對(duì)江河環(huán)境影響受控，是值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用的施工工法。

沉管隧道； 充砂長(zhǎng)管袋圍堰； 塑性混凝土防滲墻； 鋼筋混凝土擋墻

0　引言

港口、碼頭、隧道等工程的建設(shè)常常涉及到圍堰施工。隨著工程規(guī)模逐漸變大，再加上施工過程中易受影響，原來沿用的圍堰形式已無法適用。模袋材料適合水力灌砂，用作模袋的土工織物具有透水但不漏砂的特性，近年來逐漸采用模袋砂圍堰施工方法[1-2]。模袋砂圍堰是一種較為新型的圍堰技術(shù)，又稱砂袋圍堰或管袋圍堰，它的施工原理是先用土工布縫制成袋型，人工安設(shè)在預(yù)定位置，然后用水力吹填的施工方法，將砂土充填入袋中，構(gòu)筑成定型的圍堰，隨著砂土的脫水固結(jié)，很快形成一道擋水圍堰。模袋砂圍堰可根據(jù)不同的水深設(shè)計(jì)不同的圍堰寬度，圍堰越寬抗水壓能力越強(qiáng)。由于圍堰是由一個(gè)個(gè)大砂袋組成，因此只要寬度能達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，它所形成的整體重量就可以抵御很強(qiáng)的水壓力[3]。砂袋圍堰及吹砂筑島平臺(tái)是在土袋圍堰平臺(tái)基礎(chǔ)上的一種深化和發(fā)展，它適用于較大水深和流速情況下的河床，具有就地取材、施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、投資小、拆除方便和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[4]。模袋砂圍堰施工集挖、裝、運(yùn)、卸過程于一體，主要靠船舶、機(jī)械施工，不但節(jié)省勞力，而且施工速度快、質(zhì)量高[5]。

舟山海底沉管隧道采用外側(cè)為充砂長(zhǎng)管袋(雙排鋼管樁模袋砂)+內(nèi)側(cè)為黏土堰體，并在黏土堰體范圍設(shè)SMW工法樁。廣州洲頭咀隧道采用兩側(cè)為模袋砂+中部拉森鋼板樁的堰體型式。國外自20世紀(jì)60年代末就開始采用塑性混凝土作為防滲墻體材料。1989年我國首次將塑性混凝土用于福建水口水電站圍堰防滲墻并獲成功，隨后在水電工程中推廣應(yīng)用。模袋砂圍堰和塑性混凝土防滲墻相結(jié)合的堰體型式在國內(nèi)內(nèi)河沉管隧道中沒有先例，本文以紅谷沉管隧道充砂長(zhǎng)管袋圍堰為依托，介紹了贛江中游的充砂長(zhǎng)管袋圍堰施工順序及工藝，鋪排船、運(yùn)砂船和吹砂船把砂水混合物吹填至內(nèi)外側(cè)編織袋中，形成內(nèi)外側(cè)充砂長(zhǎng)管袋圍堰，中部砂芯吹填砂與兩側(cè)充砂長(zhǎng)管袋同步施工直至一期圍堰頂部。三軸攪拌樁機(jī)加固吹填砂，金泰成槽機(jī)挖槽，并澆筑強(qiáng)度較低的塑性混凝土，形成3層夾心防滲結(jié)構(gòu)。圍堰施工過程中提出了多項(xiàng)實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)變更，塑性混凝土防滲墻厚度從500 mm調(diào)整至800 mm，解決了利用非常規(guī)小型成槽機(jī)無法挖巖的設(shè)備缺陷。二期黏土防滲斜墻調(diào)整為鋼筋混凝土擋墻，加快了汛期堰體成型速度，保證了南昌老城區(qū)防洪安全。利用施工速度快、成本低、適用性強(qiáng)的聚丙烯編織布+小型砂包反壓的輕型圍堰護(hù)坡替代了勞動(dòng)密集型砂卵石墊層和格賓石墊護(hù)坡，按期完成了圍堰邊坡防護(hù)。南昌過江沉管隧道特高特大型充砂長(zhǎng)管袋圍堰的成功建成，給國內(nèi)內(nèi)河過江通道的設(shè)計(jì)和施工提供了有力的技術(shù)保障，可為今后類似沉管隧道工程提供借鑒和參考。

1　工程概況

1.1地理位置

南昌紅谷隧道穿越贛江，連接紅谷灘新區(qū)與東岸老城區(qū)市政道路，距離上游南昌大橋1.4 km，距離下游八一大橋2.3 km。

1.2設(shè)計(jì)概況

端頭整體兩側(cè)分離式充砂長(zhǎng)管袋圍堰軸線長(zhǎng)約651 m，填筑高度約20 m，底部寬度約120 m，頂部寬度約10 m，填筑方量約80萬m3，分別在18.5 m高程和9.7 m高程設(shè)3.0 m寬的平臺(tái)。堰體內(nèi)外側(cè)邊坡坡比分別為1∶2.5和1∶3.0，圍堰邊坡防護(hù)采用砂卵石墊層+格賓石墊。16.7 m以下圍堰采用兩側(cè)充砂長(zhǎng)管袋和中間砂芯橫斷面結(jié)構(gòu)，在砂芯范圍施工三軸攪拌樁槽壁加固和塑性混凝土防滲墻隔斷贛江水。16.7 m以上堰體外側(cè)為黏土防滲斜墻，內(nèi)側(cè)為充砂長(zhǎng)管袋。充砂長(zhǎng)管袋圍堰示意圖如圖1所示。

1.3周邊環(huán)境及地形

紅谷隧道東岸圍堰緊鄰船舶，上游水政船舶距圍堰約10.0 m，下游海事船舶距圍堰約50 m。圍堰進(jìn)入贛江主航道。圍堰處河床高程為2.8～18 m，河岸高程在18.0 m左右，江中端頭河床高程2.8 m，整個(gè)圍堰座落在1∶26.2的斜坡地段。

(a) 平面圖

(b) 橫剖面圖

(c) 施工效果圖

1.4地質(zhì)水文環(huán)境

贛江河床以下地層主要是粗砂、礫砂、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖層標(biāo)高為1.8～2.0 m。贛江4—6月為主汛期，10月—次年2月為枯水期，汛期水位一般在18.0～19.0 m。根據(jù)歷年贛江水文資料，水位16～18 m，流速0.2～0.5 m/s；水位18～20 m，流速0.5～0.8 m/s；水位20～22 m，流速0.8～1.2 m/s。

2　施工組織順序

圍堰采用“平面分區(qū)、豎向分層”的施工順序，內(nèi)外堰體及其中部砂芯同步施工，其間穿插圍堰坡面防護(hù)工序。施工組織順序： 清基—充砂長(zhǎng)管袋施工至+18.2 m、吹填砂施工至標(biāo)高+16.7 m—管袋砂固腳施工、黏土回填至標(biāo)高+18.2 m—塑性混凝土防滲墻施工—+18.2 m以下護(hù)坡施工—+18.2 m以上充砂長(zhǎng)管袋施工—+18.2 m以上黏性土防滲墻施工混凝土—+18.5 m以上護(hù)坡施工—圍堰頂泥結(jié)碎石路面和防浪墻施工。

3　施工準(zhǔn)備及堰基清理

1)抓斗船和運(yùn)砂船并靠清理基底雜物和淤泥，特別是圍堰防滲體系范圍內(nèi)的障礙物清理至關(guān)重要，直接影響到圍堰防滲體系的封閉水效果，是圍堰內(nèi)基坑施工安全的關(guān)鍵因素。

2)圍堰充砂長(zhǎng)管袋施工前，利用測(cè)深儀對(duì)圍堰基礎(chǔ)高程進(jìn)行掃測(cè)，并分析測(cè)量數(shù)據(jù)，確定基礎(chǔ)平整度是否滿足施工要求，必要時(shí)安排潛水員水下探摸。對(duì)基礎(chǔ)凹凸較大的區(qū)域，利用抓斗船水下整平圍堰基底，局部采用充砂袋找平。充砂長(zhǎng)管袋圍堰基底質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1充砂長(zhǎng)管袋圍堰基底質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

Table 1Construction quality inspection standards for base of sandbag cofferdam

項(xiàng)序項(xiàng)目允許偏差/mm檢查方法主控項(xiàng)目地基承載力符合設(shè)計(jì)要求按規(guī)定方法邊坡坡率不陡于設(shè)計(jì) GPS-RTK系統(tǒng)、側(cè)掃聲納系統(tǒng)槽底標(biāo)高-500,+0 GPS-RTK系統(tǒng)、雙頻測(cè)深儀,潮位觀測(cè)儀、水尺槽底寬度-200,+2500 GPS-RTK系統(tǒng)、側(cè)掃聲納系統(tǒng)一般項(xiàng)目基底材質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求 抓斗船水下取樣,試驗(yàn)室試驗(yàn)平整度500 GPS-RTK系統(tǒng)、側(cè)掃聲納系統(tǒng)回淤厚度小于200潛水員水下探摸

4　充砂長(zhǎng)管袋及吹填砂施工

圍堰范圍內(nèi)船舶遷移決定了施工組織順序，先施工下游堰體，再施工上游堰體，最后合攏江中端頭堰體，施工過程中2次迎水作業(yè)。堰體底部河床標(biāo)高從岸邊往江中逐漸降低，按照先深后淺從江中往岸邊逐步推進(jìn)的方式進(jìn)行施工。圍堰首層內(nèi)、外側(cè)充砂長(zhǎng)管袋施工順序根據(jù)橫斷面方向河床高程確定，先施工標(biāo)高較低的一側(cè)。圍堰即將出水面時(shí)，內(nèi)側(cè)堰體先行，外側(cè)堰體隨后，防止船舶被困在圍堰內(nèi)。內(nèi)外側(cè)堰體均按照3層一個(gè)循環(huán)進(jìn)行施工，同一層長(zhǎng)管袋標(biāo)高一致，特別是上、下游和江中端頭堰體分離施工，給袋體標(biāo)高控制加大了難度。

水下充砂長(zhǎng)管袋施工利用鋪排船、吹砂船和運(yùn)砂船三船并靠作業(yè)；水面以下3 m充砂長(zhǎng)管袋施工利用對(duì)拉船、吹砂船和運(yùn)砂船進(jìn)行施工；水面以上充砂長(zhǎng)管袋施工采用人工鋪袋，利用吹砂船和運(yùn)砂船進(jìn)行充填施工。

圍堰上游和下游區(qū)段從上游往下游垂直圍堰軸線順?biāo)鞣较蜾佋O(shè)充砂長(zhǎng)管袋。圍堰江中區(qū)段緊鄰主航道，水流湍急并形成回旋區(qū)，鋪排船無法拋錨定位，只能平行圍堰軸線鋪設(shè)充砂長(zhǎng)管袋。

4.1充砂長(zhǎng)管袋袋體設(shè)計(jì)

4.1.1充砂長(zhǎng)管袋尺寸

土工織物袋分層厚度根據(jù)5年一遇3月份月平均水位16.6 m來劃分，16.6 m高程以上充填厚度0.7 m，16.6 m高程以下充填厚度為0.5 m。

充砂長(zhǎng)管袋采用透水性好、保砂性較好的單層聚丙烯編織布，每卷編織布寬度為6 m×200 m，扣除縫制搭接0.125 m，每幅布加工后，寬度為5.75 m，充砂長(zhǎng)管袋鋪排船滾筒長(zhǎng)度40 m。充分考慮堰體寬度、材料幅寬、加工場(chǎng)地大小、鋪排船滾筒長(zhǎng)度和河床坡度等因素，橫向(軸線方向)用6幅布，考慮到拼縫損耗，按照34 m考慮。充砂長(zhǎng)管袋編織布規(guī)格性能如表2所示。

長(zhǎng)管袋平面分為2部分，前端為隔艙，主要作用是靠其模袋砂自重沉放定位，后部為長(zhǎng)管袋袋體。施工區(qū)域水深和流速?zèng)Q定了隔艙的寬度，隔艙寬度小，長(zhǎng)管袋無法通過自重順利下沉，且沉放位置與設(shè)計(jì)位置偏差較大；隔艙寬度大，隔艙充填砂重力過大造成袋體被撕裂。隔艙與第1排袖口之間距離H=贛江水位高度+水面至舢板底高度+舢板高度+1 m。其他每排袖口之間的距離為6 m，最后一排袖口距袋體端部之間的距離不大于3 m。圍堰上下游長(zhǎng)管袋沿軸線方向的長(zhǎng)度均為34.0 m，垂直軸線方向的寬度根據(jù)頂部堰體寬度和邊坡坡度進(jìn)行推算。當(dāng)堰體寬度超過34.0 m時(shí)，平行軸線方向布設(shè)多個(gè)袋體，當(dāng)長(zhǎng)管袋寬度小于34.0 m時(shí)，每個(gè)高程鋪設(shè)一個(gè)袋體。長(zhǎng)管袋袖口布置平面圖如圖2所示。

表2　充砂長(zhǎng)管袋編織布規(guī)格性能

圖2　長(zhǎng)管袋袖口布置平面圖(單位： m)

4.1.2織物袋排布

施工前根據(jù)圍堰設(shè)計(jì)圖和現(xiàn)場(chǎng)地形情況繪制每層織物袋排布平面和整體縱剖面圖，上下層袋體之間錯(cuò)縫距離不小于3 m，同一層袋體之間搭接不小于2 m。袋體在橫斷面方向上必須連續(xù)，不得分袋，即每個(gè)斷面上每層袋體只能用1個(gè)寬度足夠的砂袋，縱向上袋體長(zhǎng)度可根椐施工機(jī)具和現(xiàn)場(chǎng)條件確定[6]。以6.0～6.5 m高程長(zhǎng)管袋排布為例進(jìn)行說明，下游外側(cè)堰體布設(shè)7個(gè)長(zhǎng)管袋，每個(gè)袋子尺寸為34 m×41.8 m，內(nèi)側(cè)布設(shè)3個(gè)長(zhǎng)管袋。江中堰體外側(cè)和內(nèi)側(cè)各布設(shè)2個(gè)長(zhǎng)管袋。上游外側(cè)堰體布設(shè)11個(gè)長(zhǎng)管袋，每個(gè)袋子尺寸為34 m×41.8 m，內(nèi)側(cè)布設(shè)5個(gè)長(zhǎng)管袋。充砂長(zhǎng)管袋圍堰袋體布置平面和剖面如圖3和圖4所示。

圖3　充砂長(zhǎng)管袋圍堰6.0～6.5 m高程袋體布設(shè)圖

4.2長(zhǎng)管袋縫制加工

長(zhǎng)管袋縫制采用FGB4-1型大型厚料工業(yè)縫紉機(jī)，編織布采用6層“丁縫”縫制，2道粗錦綸線，針腳間距≤7 mm，縫制后接縫強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。圍堰長(zhǎng)管袋形狀呈矩形或異形，首先把編織布加工成袋體大小逐塊鋪在地面上，工業(yè)縫紉機(jī)沿編織布四周拼縫行走加工成型。加工時(shí)，拼幅縫制時(shí)移動(dòng)縫紉機(jī)，并使前移速度與縫紉機(jī)針腳送布速度一致。拼縫設(shè)置在與上下層袋體的疊合部位，盡量避免通條出現(xiàn)在袋體兩側(cè)，確保袋體的接縫強(qiáng)度?？p制好后，折疊成形，堆放于陰涼干燥處，并注明袋體的尺寸、充填位置和序號(hào)[7]。長(zhǎng)管袋“丁縫”縫制如圖5所示。

圖4　充砂長(zhǎng)管袋圍堰布袋縱斷面圖

圖5　長(zhǎng)管袋“丁縫”縫制大樣圖

4.3充砂長(zhǎng)管袋施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.3.1施工工藝流程

充砂長(zhǎng)管袋施工工藝流程如圖6所示。

圖6　充砂長(zhǎng)管袋施工工藝流程圖

4.3.2操作要點(diǎn)

1)測(cè)量定位

河床至水面以下3 m范圍長(zhǎng)管袋利用GPS在定位船船舷邊緣通過錨機(jī)絞前后錨調(diào)整船位的方式進(jìn)行船體定位，充分考慮水流流速(0.6～0.8 m/s)和水深(16～18 m)對(duì)長(zhǎng)管袋定位的影響，鋪排船定位位置比設(shè)計(jì)往上游偏移2～3 m。長(zhǎng)管袋定位及充填砂如圖7所示。

水面以上長(zhǎng)管袋采用全站儀控制長(zhǎng)管袋軸線及邊線，水準(zhǔn)儀控制充砂袋的厚度，利用噴漆每隔5 m在砂袋上進(jìn)行邊線劃線定位，便于現(xiàn)場(chǎng)模袋定位。充填時(shí)先充砂袋四角，充砂厚度20 cm，將砂袋固定即可，然后由中間向四邊各灌口充灌，既可保證砂袋的充灌厚度，也可保證砂袋不易移位。

(a) 定位

(b) 充填砂

2)展放長(zhǎng)管袋

人工將砂袋平展在甲板上，將滾筒鋼纜上的尼龍繩套在長(zhǎng)管袋尾部拉環(huán)上，啟動(dòng)滾筒電動(dòng)裝置開始卷袋，當(dāng)袋頭第1排充灌袖口處于船舷時(shí)停止卷袋。鋪排船定位及展放長(zhǎng)管袋如圖8所示。

(a) 鋪排船定位

(b) 展放長(zhǎng)管袋

3)充填砂施工

充填砂為細(xì)砂，干容重為1 567 kg/m3，水下內(nèi)摩擦角為21°，水上內(nèi)摩擦角為23°，d85不大于0.7 mm，含泥量小于5%。蘇鑫工26鋪排船、運(yùn)砂船和泰順機(jī)899吹砂船三船并靠，利用沖砂船上的液壓水槍將水與砂按1∶0.75混合造漿，泥漿體積分?jǐn)?shù)宜控制在20%～45%，然后采用泥漿泵抽取混合漿通過輸泥管輸送充入砂袋中，充填飽滿度宜為85%以上，泥漿泵出口壓力控制在0.2～0.3 MPa，工效1 500 m3/d。

①充填隔艙。將充砂管插入隔艙進(jìn)行充填，在充填過程中，安排人工來回踩踏或用木棍敲打砂袋，使土顆粒重新排列趨于緊密，加快袋體排水固結(jié)速度，待整個(gè)砂袋達(dá)到屏漿階段，適當(dāng)減少充填砂袋機(jī)械或停止充填，以防布袋爆裂，留有一定固結(jié)脫水時(shí)間[7]。

②充填及沉放長(zhǎng)管袋。隔艙充填完成后，放下船舷的活動(dòng)船板，在鋪排船滾筒的控制下，利用隔艙內(nèi)充填砂自重將長(zhǎng)管袋沉入江底。隔艙沉至江底時(shí)，第2排袖口正好位于船板頂面，將第1排袖口與第2排袖口之間充填砂，并根據(jù)袖口排距確定鋪排船移位長(zhǎng)度。最后一排袖口在江底進(jìn)行充填砂，充填管與長(zhǎng)管袋袖口之間通過活扣繩固定，充填完成后，人工把活口繩和充填管拖至鋪排船，以便重復(fù)利用。每層模袋砂充填完成后，應(yīng)派潛水員探摸檢查砂袋的坡比和搭接情況是否滿足設(shè)計(jì)要求，指導(dǎo)下一層長(zhǎng)管袋施工。長(zhǎng)管袋充填砂及沉放如圖9所示。

(a) 長(zhǎng)管袋充填砂

(b) 長(zhǎng)管袋沉放

管袋在水中下沉?xí)r，起初做加速運(yùn)動(dòng)，隨著下沉速度的增加，抵抗管袋下沉的阻力也增大。當(dāng)管袋的有效重力與所受的水流阻力相等時(shí)，管袋勻速下沉。長(zhǎng)管袋的沉降力學(xué)特性可用沉速表征，管袋沉速與管袋的幾何特性、填充度及河流的流速、含砂量有關(guān)[8]。

4.4中部砂芯施工

回填砂盡量與袋裝砂同步進(jìn)行，每完成高度2 m(即大約4層袋裝砂高時(shí))，采用吹砂船直接將砂泵送至模袋砂之間。為了減少吹填砂的流失，回填砂回填標(biāo)高均低于長(zhǎng)管袋0.5～1.0 m，沿軸線方向滯后長(zhǎng)管袋8～10 m，泵送吹填砂時(shí)，應(yīng)順?biāo)鞣较蜻M(jìn)行泵砂。特別注意施工前需固定好泥漿泵管，防止由于管理不善造成泥漿泵管頭刮壞砂袋。

5　圍堰防滲體系施工

5.1塑性混凝土配合比

塑性混凝土是一種水泥用量較低并摻有較多膨潤(rùn)土、黏土等材料的大流動(dòng)性混凝土，水泥、膨潤(rùn)土用量以及其間的比例關(guān)系對(duì)塑性混凝土強(qiáng)度、彈性模量和滲透系數(shù)有很大的影響。為降低塑性混凝土的強(qiáng)度和彈性模量，提高混凝土的防滲能力，塑性混凝土膨潤(rùn)土摻量比較高，砂率一般都在60%以上[9]?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)試驗(yàn)確定的配合比進(jìn)行試配生產(chǎn)，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣復(fù)核試驗(yàn)，塑性混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　塑性混凝土配合比

注： 水膠比為1.14。

5.2施工工藝

防滲墻兩側(cè)施工φ850@600三軸攪拌槽壁加固至巖層，相鄰兩幅三軸搭接250 mm，該三軸攪拌樁具有一定的止水效果。為了加強(qiáng)防滲墻相鄰幅段接縫止水，接縫范圍三軸攪拌樁之間凈距為750 mm，防滲墻成槽過程中，槽壁機(jī)直接挖掉一部分三軸攪拌樁，實(shí)現(xiàn)防滲墻接縫與兩側(cè)三軸攪拌樁的緊密結(jié)合。原設(shè)計(jì)防滲墻厚度為600 mm，入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖2.0 m，飽和單軸抗壓強(qiáng)度7.8～11.2 MPa。每幅防滲墻寬度7.2 m。采用小徑旋挖鉆機(jī)+非標(biāo)槽壁機(jī)組合工藝成槽具有工效低、施工時(shí)間長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)大和入巖深度無法保證等缺點(diǎn)。通過研究和論證，把防滲墻厚度調(diào)整為800 mm，入巖深度保持2.0 m不變，并設(shè)單側(cè)便道，采用常規(guī)金泰SD60槽壁機(jī)直接成槽，提高了工效，保證了防滲墻施工安全和止水效果，為圍堰內(nèi)基坑施工創(chuàng)造有利條件。塑性混凝土防滲墻槽壁加固平面如圖10所示。

圖10　塑性混凝土防滲墻槽壁加固平面布置圖(單位： cm)

Fig. 10Plan of layout of reinforcement of plastic concrete anti-seepage wall (cm)

6　黏土防滲斜墻調(diào)整為鋼筋混凝土擋墻

東岸圍堰黏土防滲斜墻正值汛期施工，無法在贛江水位上漲至已完成堰體頂面18.2 m高程之前把堰體施工至24.7 m高程，圍堰無法滿足南昌老城區(qū)的防洪要求。經(jīng)多方論證和研究，把18.2 m以上黏土防滲斜墻調(diào)整為鋼筋混凝土擋墻(如圖11所示)。鋼筋混凝土擋墻施工受天氣的影響較小，可以分段多作業(yè)面組織施工，1個(gè)月完成了700 m鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，滿足了防洪要求。18.2 m以上堰體調(diào)整前后橫剖面如圖11所示。

(a) 調(diào)整前

(b) 調(diào)整后

Fig. 11Horizontal profiles of cofferdam higher than 18.2 m (mm)

7　圍堰護(hù)坡施工

7.1施工準(zhǔn)備

堰體邊坡防護(hù)施工之前，對(duì)充砂長(zhǎng)管袋袋體進(jìn)行統(tǒng)一檢查，修補(bǔ)贛江水面以上破損袋體，防止贛江水位上漲之后，水流沖刷袋體破損部位造成砂土流失，從而影響高水位堰體的穩(wěn)定性。袋體縫補(bǔ)利用工業(yè)縫紉針人工修補(bǔ)，縫線利用充砂長(zhǎng)管袋拼縫縫線，補(bǔ)丁大小根據(jù)破損處面積確定，補(bǔ)丁每邊超出破損邊緣10 cm。

7.2堰體外側(cè)護(hù)坡施工

圍堰18.2 m高程以下外側(cè)護(hù)坡采用150 mm厚砂卵石墊層+300 mm厚格賓石墊，底部標(biāo)高位于贛江水面以上1.5 m，現(xiàn)場(chǎng)采用軸線方向分段、水平高程方向分層的方式平行組織施工，縱向每段長(zhǎng)約20 m，每段豎向分2層進(jìn)行組織施工。砂卵石墊層超前格賓石墊1個(gè)區(qū)段，確保連續(xù)作業(yè)。格賓石墊施工需投入大量人力，工效極低。經(jīng)過對(duì)安全質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)綜合考慮，把護(hù)坡調(diào)整為聚丙烯編織布+小型沙包反壓的護(hù)坡方式，按期完成了堰體護(hù)坡。

調(diào)整后的圍堰護(hù)坡施工底部高程為水面以下2 m，現(xiàn)場(chǎng)采用350 g/m2的聚丙烯編織布直接覆蓋在充砂長(zhǎng)管袋上方，聚丙烯編織布上方水平向縫制加筋帶，加筋帶水平間距500 mm，沿著加筋帶方向縫制加筋帶綁扣，便于沙包與編織布固定牢固，加筋帶綁扣間距0.5 m。格賓網(wǎng)護(hù)坡和聚丙烯編織布+小型沙包反壓的護(hù)坡如圖12所示。

(a) 格賓網(wǎng)護(hù)坡

(b) 聚丙烯編織布+小型沙包反壓的護(hù)坡

Fig. 12Slope protection with gabion mat and polypropylene woven fabric + small sandbags

7.3堰體內(nèi)側(cè)護(hù)坡施工

圍堰內(nèi)堰體護(hù)坡為400 mm厚砂卵石，為了加快施工進(jìn)度，降低施工成本，調(diào)整為350 g/m2的聚丙烯編織布護(hù)面。堰體護(hù)坡調(diào)整最大的問題是聚丙烯編織布的抗老化性，現(xiàn)場(chǎng)的編織布經(jīng)過1 a后，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表4。

表4　編織布1 a后的強(qiáng)度數(shù)據(jù)

7.4堰體管袋砂固腳施工

堰體管袋砂固腳寬度為10 m、厚度為2.0 m，沿著圍堰外坡腳設(shè)置，主要防止外堰體坡腳處長(zhǎng)管袋破損造成充填砂流失，影響堰體的穩(wěn)定性。長(zhǎng)管袋固腳同樣采用鋪排船定位，吹砂船把砂水混合體充填至長(zhǎng)管袋中，但是由于袋體寬度較窄，利用鋪排船定位工效低，且現(xiàn)場(chǎng)不具備布設(shè)2艘鋪排船的作業(yè)條件，為了確保堰體的安全穩(wěn)定和施工進(jìn)度，發(fā)明了一種新型的編織袋固腳做法。利用同規(guī)格的編織布加工成袋裝水泥編織袋規(guī)格尺寸，編織袋內(nèi)裝填中粗砂并扎緊袋口，船舶把裝中粗砂的小型編織袋運(yùn)送至固腳軸線位置，采用人工拋填固腳，定期掃測(cè)確保固腳斷面尺寸。

8　結(jié)論與討論

南昌紅谷隧道東岸圍堰采用充砂長(zhǎng)管袋堰體有如下優(yōu)點(diǎn)： 1)充分利用當(dāng)?shù)刭Y源優(yōu)勢(shì)，堰體充填砂全部來自贛江，后期圍堰拆除的砂棄之于贛江，在確保堰體安全穩(wěn)定的前提下，最大限度地降低施工成本和圍堰施工及拆除過程中對(duì)贛江的污染，實(shí)現(xiàn)了人與自然的和諧相處； 2)充砂長(zhǎng)管袋圍堰施工速度快且便于后期拆除，歷經(jīng)5個(gè)月完成了近80萬m3的堰體，并經(jīng)2個(gè)月拆除完成； 3)圍堰堰體穩(wěn)定性好，堰體內(nèi)外水位差最大約20 m，且水位變化大，堰體最大沉降量為230 mm，最大水平位移量為80 mm； 4)圍堰防滲效果好，通過在圍堰坡腳設(shè)降水井及明挖排水溝等截排水系統(tǒng)，有效抽排了圍堰滲漏水，保證了圍堰內(nèi)堰底10 m深基坑的施工安全。充砂長(zhǎng)管袋圍堰在沉管隧道工程及類似工程中具有推廣價(jià)值。

在充砂長(zhǎng)管袋圍堰施工過程中也存在需要進(jìn)一步優(yōu)化解決的問題： 1)堰體迎水側(cè)受鋪排船施工工藝的影響需設(shè)置拼縫，工業(yè)縫紉機(jī)針頭會(huì)對(duì)裂膜絲聚丙烯編織土工布的纖維造成不同程度的破壞，該拼縫強(qiáng)度需采取措施進(jìn)一步提高以滿足設(shè)計(jì)要求； 2)泥漿泵吹填細(xì)砂容易，吹填中粗砂較困難，容易堵管，無形增加了圍堰施工成本，需開發(fā)一種專用沖砂泵用于吹填中粗砂； 3)充砂長(zhǎng)管袋圍堰體是柔性結(jié)構(gòu)，塑性混凝土防滲墻具有較大的彈性模量，可是防滲墻兩側(cè)的三軸水泥土攪拌樁強(qiáng)度較大，對(duì)防滲墻的變形具有一定的約束作用，需要發(fā)明一種加固砂層防止防滲墻成槽過程中槽壁坍塌的方法； 4)堰體砂芯側(cè)的充砂長(zhǎng)管袋堰體邊坡為1∶0.3，不適用于動(dòng)水作業(yè)條件，需進(jìn)一步調(diào)整坡比或者增設(shè)邊坡平臺(tái)。

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收稿日期： 2016-06-16; 修回日期: 2016-07-15

第一作者簡(jiǎn)介： 王崇明(1984—)，男，山東濟(jì)南人，2009年畢業(yè)于武漢大學(xué)，大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事海洋測(cè)繪技術(shù)相關(guān)工作。E-mail： cmtiwte@126.com。

Application of Large-scale Sandbag Cofferdam to Honggu Immersed Tunnel in Nanchang

GUO Xiaolong, LI Zhijun

(ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The sandbag cofferdam of 20 m height and 800 000 m3volume and plastic concrete anti-seepage wall are built in order to realize connection between underwater immersed tunnel and shore ramp. The construction technology of large-scale sandbag cofferdam used in Honggu Tunnel in China and the design adjustment of plastic concrete anti-seepage wall are introduced. The clay anti-seepage wall is replaced by plastic concrete anti-seepage wall which can guarantee the safety of Old Town of Nanchang. The sandy cobble pad and gabion mat are replaced by polypropylene woven fabric + small sandbag for protecting cofferdam slope. The construction practice shows that the sandbag cofferdam is a new, advanced and feasible retaining structure in inland river and it is worth popularizing.

immersed tunnel; sandbag cofferdam; plastic concrete anti-seepage wall; reinforced concrete retaining wall

2016-05-07;

2016-08-29

郭小龍(1983—)，男，山西臨汾人，2006年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，土木工程專業(yè)，本科，工程師，現(xiàn)從事施工項(xiàng)目技術(shù)管理工作。E-mail： gxl_wangjing@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.018

U 451

B

1672-741X(2016)09-1147-08

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目資助(TKS140220)