夏明錟

（中鐵十一局集團有限公司 湖北武漢 430061）

1 引言

隨著城市地下空間的發(fā)展，對地下空間的使用要求越來越高，因此建造地下大空間成為工程技術(shù)人員必須面對的課題。目前地下大空間明挖法和蓋挖法施工主要采用矩形框架平頂結(jié)構(gòu)，受結(jié)構(gòu)形式限制結(jié)構(gòu)跨度一般小于10 m，且施工過程中需要大剛度的圍護體系滿足環(huán)境和施工安全要求。因此，已有結(jié)構(gòu)和施工方法無法滿足地下大空間安全建造要求，必須提出新的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和配套施工方法。支護結(jié)構(gòu)一體化將支護與結(jié)構(gòu)合為一體同時施作，增加支護剛度，既滿足大斷面空間要求，又可以很好地控制地表和周圍建（構(gòu)）筑物變形。一體化結(jié)構(gòu)可以減少開挖支護步序，可以減少傳統(tǒng)大斷面地下空間施工過程中的臨時支護，節(jié)約投資。

隨著城市地下空間向深層發(fā)展，必然出現(xiàn)更多的超深基坑。為了加強地連墻的隔震、防水等效果，目前地連墻多采用復(fù)合墻和疊合墻的型式［1］，但對于超深地連墻若仍采用復(fù)合墻或疊合墻的結(jié)構(gòu)型式，工序復(fù)雜且效率較低。因此，超深超厚單層地連墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念是：單層地連墻在施工期間作為圍護結(jié)構(gòu)，承受全部水土壓力；在運營期間兼作為結(jié)構(gòu)外墻，成為主體結(jié)構(gòu)的一部分，還可承受地震力等偶然荷載。支護結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)具有十分顯著的技術(shù)和經(jīng)濟效果，在國內(nèi)外大量深基礎(chǔ)工程中得到應(yīng)用和發(fā)展［2－4］。本文結(jié)合杭州機場軌道快線工程西湖文化廣場站工程對超深超厚地連墻的施工關(guān)鍵技術(shù)以及施工期間對臨近既有線的影響進行分析，為支護與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻工程提供參考。

2 工程概況

杭州機場軌道快線工程西湖文化廣場站位于中山北路、河?xùn)|路與文暉路交叉口東側(cè)，沿文暉路東西向設(shè)置，作為機場快線與地鐵1、3號線換乘站，其中地鐵1號線已于2012年運營，3號線正在建設(shè)。車站為地下五層島式車站，雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，主體基坑總長170 m，標準段寬26.9 m，盾構(gòu)端頭井段寬31.4 m，標準段基坑開挖深度34.3 m，盾構(gòu)端頭井段基坑開挖深度36.3 m，圍護采用厚度1.5 m地連墻，墻底插入中風(fēng)化凝灰?guī)r，墻深40～54 m。車站周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 西湖文化廣場站平面圖

由于采用支護與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻，墻體厚度深度均大于常規(guī)只作為支護的地連墻，穿越地層包括砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土等多種地質(zhì)土層。施工過程中高效經(jīng)濟的成槽設(shè)備選型、泥漿對槽壁的穩(wěn)定性控制、大尺寸鋼筋籠的分段方式與吊裝、大體積混凝土的水下澆筑質(zhì)量控制、地連墻接頭的防水質(zhì)量控制均是本工程施工的技術(shù)難點問題。

3 支護與結(jié)構(gòu)一體化地連墻施工工藝

支護與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻采用各種類型成槽設(shè)備，充分利用泥漿的護壁作用保持槽壁的穩(wěn)定性，在地下挖出窄而深的溝槽，并澆筑防水材料，從而形成具有防滲、擋土或承重功能。施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

地下空間開發(fā)的需求快速增長，對地連墻的支護能力和施工效率的要求也越來越高。隨著基坑工程的開挖深度越來越大，對應(yīng)的地連墻墻體深度、支護荷載也會急劇增大，設(shè)計的墻體厚度也必須增大，因此，超深超厚墻體范圍內(nèi)穿越的地層情況也更為復(fù)雜，其施工中的槽壁加固施工、鋼筋籠吊裝及接頭防水設(shè)計更為重要［5－6］。

3.1 成槽設(shè)備選型

地連墻施工時，成槽工法主要分為4種，即抓斗式成槽、沖擊鉆成槽、垂直回轉(zhuǎn)式鉆進成槽、水平回轉(zhuǎn)式銑槽機成槽，其中沖擊鉆機成槽質(zhì)量較差。抓斗機成槽精度較高，但挖掘深度有限，遇堅實地層時不能單獨成槽，需配合其他設(shè)備；液壓銑槽機的成槽精度高，但設(shè)備昂貴，施工成本高；多頭鉆成槽機成槽垂直度好，施工效率高，但在礫石卵石層中成槽效率低［7］。因此，對于復(fù)雜地層下的超深地連墻成槽施工，應(yīng)綜合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、施工環(huán)境、設(shè)備能力、地下墻的結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量要求等因素選擇合適設(shè)備，多采用成槽機、引孔鉆機、旋挖鉆、銑槽機等成槽設(shè)備組合的形式，方能實現(xiàn)快速成槽、提高施工效率的目標。

本項目為減小地連墻成槽施工對周邊環(huán)境的影響，現(xiàn)將近地鐵側(cè)地連墻槽壁加固至基坑底部。地連墻穿越地層上部為填土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化巖，下部為中風(fēng)化硬巖，綜合考慮巖石強度、施工功效等因素，整體采取“抓銑結(jié)合”的方式，即上部土體采用抓斗式成槽，下部硬巖采用銑槽機進行成槽施工。連續(xù)墻幅間接頭采用工字鋼，并預(yù)埋接頭注漿管。鋼筋籠單次起吊最重的籠長44.65 m，吊裝幅寬6 m，重量為110.27 t（含兩邊十字鋼板）吊放，采用450 t履帶吊作為主吊，200 t履帶吊作為副吊。成槽設(shè)備如圖3所示。

圖3 地連墻成槽設(shè)備

3.2 槽壁穩(wěn)定與泥漿配比

通過對地連墻成槽的施工過程和槽壁失穩(wěn)機制分析發(fā)現(xiàn)，地面超載、開挖機械、施工工藝、土體和泥漿粘聚力、重度、地下水位等是主要影響因素［8－10］。針對以上不同類型影響因素，施工中可采用以下針對性措施：減小地連墻槽幅長度；采用輔助工法對槽壁土體進行加固處理；開展泥漿配比試驗，適當(dāng)提高泥漿密度；設(shè)置高導(dǎo)墻；抬高泥漿液面或降水以加大槽內(nèi)外的液面高差；縮短成槽至混凝土澆筑的時間間隔；在保護對象和地連墻槽壁之間設(shè)置隔離樁，實際運用中應(yīng)考慮多種方式同時配合進行，防止成槽施工中的槽壁失穩(wěn)導(dǎo)致影響周圍環(huán)境的安全和施工進度。

針對杭州地區(qū)粉質(zhì)黏土地層～全風(fēng)化凝灰?guī)r地層條件，綜合考慮泥漿的護壁穩(wěn)定性、渣土沉積能力、攜渣能力，配制膨潤土泥漿護壁，泥漿性能指標如表1所示。

表1 泥漿性能指標

3.3 大尺寸鋼筋籠分段與吊裝

西湖文化廣場站地連墻鋼筋籠籠長44.65 m，吊裝幅寬6 m，重110.27 t（含兩邊十字鋼板）。鋼筋籠的制作及吊裝，主要包括制作前準備、鋼筋籠加工、吊裝連接三個方面。制作開始前，應(yīng)對加工場地和制作平臺進行平整處理。鋼筋籠制作時，根據(jù)設(shè)計圖確保鋼筋型號、位置、鋼筋間距及根數(shù)。鋼筋籠加工制作長寬允許偏差分別是－100～100 mm、－20～0 mm。通常鋼筋籠制作根據(jù)配筋圖和單元槽段的劃分而定，做成整體或分段制作，吊裝設(shè)備吊起后安裝連接?？紤]吊裝設(shè)備及場地條件等因素，優(yōu)先采用整體吊裝，減小鋼筋籠連接，提高鋼筋籠整體性及施工效率。對于超深超厚地連墻的鋼筋籠而言，可采用分段制作與安裝。鋼筋籠吊裝如圖4所示。

圖4 大尺寸鋼筋籠吊裝

鋼筋籠吊裝過程中，嚴格控制鋼筋籠變形，不允許產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形。吊裝設(shè)計中需對吊裝設(shè)備選取、吊點布置、起吊方式、吊裝加固、吊點轉(zhuǎn)換及吊裝過程控制措施等進行分析，并進行吊裝驗算。從表2所列的吊裝設(shè)備參數(shù)可以得出，主吊、副吊機都可以進行長度30 m以內(nèi)的鋼筋籠吊裝。地連墻吊裝中，考慮吊裝效率和設(shè)備成本，建議分2節(jié)吊裝長度大于50 m、分3節(jié)吊裝長度大于100 m的鋼筋籠。起吊前應(yīng)檢查、確?；剞D(zhuǎn)半徑600 mm無障礙物，開展試吊工作。鋼筋籠對接后，檢查頂部高度，確保鋼筋籠能順利入槽，如果不能順利入槽，應(yīng)重新吊出，查明原因。

表2 吊裝設(shè)備類型及參數(shù)

3.4 接頭防水

地連墻的接頭包括剛性接頭與柔性接頭2種類型，均需從受力和結(jié)構(gòu)防滲要求進行設(shè)計。常見的接頭形式有鎖口管接頭、“H”形鋼接頭、十字鋼板接頭、“V”形接頭以及銑接頭、承插式接頭等［11］。

“H”形鋼接頭、十字鋼板接頭在接頭處放置帶孔鋼板，接頭處設(shè)穿孔鋼板，滲水路徑增長，相對鎖口管半圓弧接頭而言，顯著提升了墻體的防滲漏性能和抗剪性能。但這兩種鋼板接頭，工序多、施工復(fù)雜，難度較大；刷壁和清除側(cè)壁泥漿有一定難度，抗彎性能差，用鋼量較多、造價高。兩種接頭從結(jié)構(gòu)上可滿足超深超厚地連墻設(shè)計要求，但在實際選用中仍需要綜合考慮施工難度以及造價情況。

預(yù)制鋼筋混凝土接頭強度與地連墻基本一致，同時滲流路徑也較長，其整體性及抗?jié)B漏性能較好，工廠化預(yù)制后縮短了現(xiàn)場混凝土澆筑時間、提升了墻體混凝土質(zhì)量，同時剛接頭與地連墻結(jié)構(gòu)一起，不需拔出再次利用，簡化了施工工序，減低了施工難度。由于墻體連接在整體澆筑完成后進行，對槽壁垂直度和吊裝設(shè)備能力提出更高要求，需要綜合考慮現(xiàn)場設(shè)備、場地和地下水情況進行分析，對預(yù)制式的接頭形式進行設(shè)計。

3.5 一體化地連墻支護效果分析

為了深入研究支護與主體結(jié)構(gòu)一體化地連墻的支護效果，加強施工期間對周邊環(huán)境的保護，對地鐵1號線右線（上行線）、地鐵1號線左線（下行線）的水平位移、道床沉降位移、收斂變形進行自動化監(jiān)測。地連墻距離既有1號線左線25 m，距離右線15 m。監(jiān)測斷面布置在K16＋411～K16＋620，共46個監(jiān)測斷面，其監(jiān)測結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 地鐵1號線右線監(jiān)測結(jié)果

圖6 地鐵1號線左線監(jiān)測結(jié)果

由監(jiān)測結(jié)果可知，地鐵1號線右線隧道最大水平位移－4.2 mm，隧道整體表現(xiàn)為向西偏移；右線隧道最大道床沉降－3.2 mm，下沉變形，右線隧道最大水平收斂－2.7 mm。左線隧道最大水平位移－3.62 mm，隧道整體表現(xiàn)為向西偏移；左線隧道最大道床沉降－5.3 mm，左線最大水平收斂2.2 mm。對比《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50911—2013）中要求［12］，以上變形均在控制值范圍內(nèi)，施工期間地鐵1號線運營安全。

4 結(jié)論

（1）超深超厚地連墻施工成槽中穿越土層條件復(fù)雜，從成槽機、引孔鉆機、旋挖鉆、銑槽機等設(shè)備的經(jīng)濟性及施工效率綜合考慮。針對上軟下硬地層，建議采取“抓銑結(jié)合”的方式，即上部土體采用抓斗式成槽，下部硬巖采用銑槽機進行成槽施工，充分發(fā)揮各工法及設(shè)備在適宜土層的優(yōu)勢。

（2）針對杭州地區(qū)粉質(zhì)黏土地層～全風(fēng)化凝灰?guī)r地層，建議采用黏度19～30 s、比重1.05～1.2、泥皮厚度小于3 mm的泥漿，保障地連墻槽壁穩(wěn)定性，避免土渣沉積。

（3）超深地連墻施工中，應(yīng)分析吊裝設(shè)備性能，建議分兩節(jié)吊裝長度大于50 m的鋼筋籠，分三節(jié)吊裝長度大于100 m的鋼筋籠。