邱永欽

（廣州市第三市政工程有限公司 廣州 510060）

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展，城市地下空間利用越來越受重視。在城市地下工程開發(fā)建設(shè)過程中，地下連續(xù)墻作為深基坑支護的形式之一，因其防滲性能好、剛度大、安全可靠度高而被廣泛采用。但是因地下連續(xù)墻在很軟的淤泥質(zhì)土、含孤石的沖積層、超硬巖石等一些特殊的地質(zhì)條件下，施工難度大，使得地下連續(xù)墻施工在進度、質(zhì)量上難以保證［1］。同時由于城市建筑物密集，對施工過程的振動控制和位移沉降要求高，故對地下連續(xù)墻施工提出了更高的要求。

1 工程概況

廣州某地下綜合管廊H8 綜合井為盾構(gòu)管廊的吊出井，為配合盾構(gòu)機出洞，施工工期只有200 d，工期緊，以滿足盾構(gòu)達到的節(jié)點要求為標準。地質(zhì)條件復雜，地層中含有多層孤石，且孤石和基巖為平均90 MPa的超硬巖，基巖面傾斜角度大；周邊環(huán)境復雜，基坑距離重要變電站的最近距離僅為12.0 m，變電站要求允許質(zhì)點振動速度≤0.5 cm∕s；施工場地狹小，平面尺寸為37.7 m×13.5 m。在此復雜施工環(huán)境和地質(zhì)條件下，能夠選擇的施工工藝及方法少，效率低下，在進度和質(zhì)量控制方面存在較大的不確定性［2］。

2 本施工技術(shù)的工藝特點和原理

2.1 工藝特點

2.1.1 成槽震動有限元分析

采用計算機輔助BIM 建模技術(shù)及仿真有限元分析，建立高精度地質(zhì)、地形模型，分析施工過程的震動影響，為孤石定位、場地布置及安全評估提供理論依據(jù)［3］。

2.1.2 孤石預(yù)處理

采取注漿及超前鉆對孤石進行預(yù)處理，鉆孔布置形式采用孔徑108 mm，間距為300 mm 的菱形布置，以經(jīng)濟有效的方式固定孤石并破壞孤石整體性［4］。

2.1.3 旋挖鉆機加銑槽機組合工藝

旋挖鉆機加銑槽機組合工藝，充分發(fā)揮不同類型機械的特點，在保證成槽質(zhì)量的同時，控制施工震動，提高成槽效率［5］。

2.2 工藝原理

2.2.1 加密地質(zhì)補勘和地質(zhì)與場地建模

利用加密詳勘點數(shù)據(jù)及各土層面標高形成點云數(shù)據(jù)，導入Civil 3D 生成地層曲面，地層曲面間圍合成地質(zhì)實體，通過Dynamo轉(zhuǎn)換成revit模型。

2.2.2 孤石注漿預(yù)處理

通過注水泥漿使孤石與周圍土體固結(jié)成整體，減少孤石的自由度，降低成槽時孤石與周圍土體的強度差，避免因孤石移動或軟硬不均造成的偏孔及卡機問題。

2.2.3 孤石鉆孔預(yù)處理

用超前鉆在有孤石位置處按一定間距以菱形布置方式形成10～12 cm 孔洞，破壞硬巖整體性，有效提高成槽效率與質(zhì)量。

2.2.4 旋挖機加銑槽機組合成槽

用旋挖機大塊取芯形成等距先導孔，保證垂直度，同時在巖體上形成臨空面，在雙輪銑槽機銑齒的作用下，巖體容易出現(xiàn)片狀剝落，增加了銑輪與巖層的接觸面積，在避免爆破等大的沖擊震動和保證成槽質(zhì)量的情況下，有效縮短成槽時間［6］。

3 施工流程及施工方法

3.1 施工流程

具體施工工藝流程如下：加密地質(zhì)補勘?地質(zhì)與場地建模?成槽震動有限元分析?導墻施工?孤石注漿預(yù)處理?孤石鉆孔預(yù)處理?旋挖導孔施工?雙輪銑槽機成槽?鋼筋籠安裝?水下混凝土澆筑［7］

3.2 施工方法

3.2.1 加密地質(zhì)補勘

⑴鉆孔依據(jù)基坑邊線及角點方格網(wǎng)布置，縱橫間距約為5.0 m，外圍孔比基坑外邊線擴大一個孔距。

⑵孔深不得小于基坑深度的2 倍或進入結(jié)構(gòu)底板以下中（微）風化巖至少5.0～8.0 m［8］。

⑶取樣要求：取土鉆孔分層采取原狀土樣，間距為2.0 m，如土層較均勻且厚度較大，取土間距可適當加寬。巖樣按風化程度和巖性分別采取，帶厚＞3.0 m，上、下各采1組；帶厚＞5.0 m，上、中、下各取1組。

3.2.2 地質(zhì)與場地建模

⑴將地質(zhì)加密補勘個點數(shù)據(jù)輸入至EXCEL，如表1 所示，把不同地質(zhì)層面的三維數(shù)據(jù)（XYZ）抽取出各另存為CVS文件，以便Civil 3D識別導入。

表1 點數(shù)據(jù)輸入ExcelTab.1 Point Data Input into Excel

⑵打開Civil 3D 添加點文件，指定點文件格式為ENZ，選定整理好的CVS 文件，將花崗巖面三維數(shù)據(jù)導入Civil 3D，自動生成花崗巖曲面，如圖1、圖2所示。

圖1 生成花崗巖曲面Fig.1 Generate Granite Surface

圖2 導入三維坐標Fig.2 Importing the 3D Coordinate

⑶選擇已生成曲面，點擊從曲面提取實體，根據(jù)地質(zhì)加密補勘鉆探深度，在固定高程處輸入花崗巖底面標高，創(chuàng)建花崗巖實體地質(zhì)模型，如圖3、圖4所示。

圖3 輸入巖底標高Fig.3 Input Rock Bottom Elevation

圖4 創(chuàng)建花崗巖模型Fig.4 Create the Granite Model

⑷利用revit 插件Dynamo 導入由Civil 3D 生成的實體花崗巖并生成對應(yīng)族，其中由Select Model Element節(jié)點導入Civil 3D創(chuàng)建的實體模型，如圖5、圖6所示。

圖5 Dynamo節(jié)點Fig.5 Dynamo Node

圖6 花崗巖族Fig.6 Granite Family

⑸場地模型尺寸應(yīng)與設(shè)計圖紙一致，基坑與場地相對位置應(yīng)與實際一致。導入花崗巖模型后地質(zhì)模型與場地模型相對位置方向需一致，如圖7所示。

圖7 場地模型Fig.7 Site Model

3.2.3 成槽震動有限元分析設(shè)計

⑴采用有限元軟件Midas∕GTS 仿真分析兩種施工工況（分別為圓形樁錘沖孔和方錘沖擊引孔后的巖面）對周圍環(huán)境的動力響應(yīng)，對比施工現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，驗證有限元分析結(jié)果，確保施工過程震動控制滿足毗鄰變電站的要求［9］，如圖8所示。

圖8 工況模擬Fig.8 Working Condition Simulation

⑵為保證有限元分析的準確性，總體模型計算區(qū)域為：以基坑外水平向幾何尺寸取基坑開挖深度的3～5 倍以上，豎直向取基坑開挖深度的2～4 倍以上，以減小邊界效應(yīng)影響。

⑶邊界應(yīng)取Midas∕GTS內(nèi)部提供的吸收邊界-地面曲面彈簧，避免沖錘沖擊時產(chǎn)生波的多次反射，與現(xiàn)實中土的半無限空間體效應(yīng)不符。

⑷在實驗室中進行落錘沖擊混凝土試驗得出沖擊力時程曲線，在模擬分析時簡化為三角形荷載模型，以此確定模擬時落錘沖擊力［10］，如圖9所示。

圖9 沖擊荷載時程曲線Fig.9 Time-history Curve of Laboratory Impact Load and Model Impact Load

3.2.4 導墻施工

⑴嚴格控制導墻施工精度，確保內(nèi)墻面與地墻縱軸線平行度誤差為±10 mm，內(nèi)墻面垂直度0.5%，導墻內(nèi)墻面平整度為3 mm，內(nèi)外墻凈距允許偏差±10 mm，導墻頂面平整度±5 mm。

⑵導溝開挖要求槽底平整度不超過±20 mm，同時不能擾動槽底土層，要求導墻坐落于原狀土上。

⑶鋼筋綁扎要求主筋間距誤差≤±10 mm，綁扎不得漏綁少綁，導墻混凝土要求密實，不得有蜂窩、麻面、孔洞。

⑷ 導墻模板拆除后立即用方木對導墻進行對撐，確保導墻軸線不變形走樣，且支撐僅在槽段開挖時才拆除，確保導墻垂直精度。

⑸導墻未達設(shè)計強度禁止重型設(shè)備接近，不準在導墻上進行鋼筋籠的制作及吊放。

3.2.5 孤石注漿預(yù)處理

⑴施工前在現(xiàn)場取各層土樣，在室內(nèi)按不同的含水量和配合比進行試驗，利用超前鉆及抽芯檢查，檢測固結(jié)體完整性及與孤石的緊密性，最終選定參數(shù)二，如表2 所示，在剩下的含孤石槽段以此參數(shù)噴漿作業(yè)。

表2 高壓旋噴樁試樁參數(shù)Tab.2 Test Parameters of High-pressure Jetting Piles

⑵鉆機移動到施工點，對鉆機進行調(diào)平、對中，調(diào)整孔洞的垂直度，保證鉆桿與孔洞一致，偏差應(yīng)在10 mm 以內(nèi)，施工時噴管的允許傾斜度小于1%。

⑶高壓旋噴樁施工水泥采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，設(shè)計要求水泥摻量不小于250 kg∕m，通過試樁確定水泥摻量為250 kg∕m，水泥漿水灰比選用1∶1。

⑷水泥漿液應(yīng)嚴格按照設(shè)計配合比制作，制備好的漿液不得離析，停置時間不得超過2 h，若停置時間超過2 h，不得使用。

⑸旋噴注漿后，水分很快向樁體的底部和四周滲透，水泥土漿靠自重作用不斷往下沉，因此在水泥土漿終凝前要及時補充漿液，同時用振搗棒上下振搗，直至填滿。

⑹注漿至花崗巖頂部10 cm處結(jié)束施工，漿液凝結(jié)達到設(shè)計強度后開始超前鉆施工。

3.2.6 孤石鉆孔預(yù)處理

⑴根據(jù)補勘報告，在含孤石硬巖區(qū)域布置超前鉆機鉆孔施工，如圖10所示，鉆孔孔洞以間距300 mm菱形分布，直徑控制在108 mm，采用移動方便的GXY-1B型鉆機配上金剛鉆鉆孔施工。

圖10 超前鉆施工布置Fig.10 Construction Layout of Advance Drilling （mm）

⑵施工平臺的平面尺寸應(yīng)按鉆機數(shù)量和鉆機底座平面尺寸、鉆機移位要求、施工方法以及其他配合施工機具設(shè)施布置等情況確定。

⑶施工前鉆機架立牢固，支座穩(wěn)固，鉆桿豎直；鉆進過程中，保證鉆桿的垂直度，鉆探過程應(yīng)防止出現(xiàn)斜孔，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時矯正；同時采用泥漿護壁，泥漿比重在1.2～1.4 之間，采用膨潤土和純堿配合造漿，防止鉆進時出現(xiàn)塌孔。

3.2.7 旋挖導孔

⑴旋挖導孔位置根據(jù)銑槽機施工時銑輪大小位置確定。導孔中心與銑輪中心應(yīng)豎直對齊，兩導孔距離即為雙輪銑槽機兩銑輪的距離。

⑵鉆機就位必須做到對中、水平、穩(wěn)固，天車中心、轉(zhuǎn)盤中心與設(shè)計孔中心必須保證“三點一線”。

⑶旋挖鉆機配備有電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆桿的垂直度，同時在鉆桿的兩個側(cè)面均設(shè)有垂直度儀，在鉆進過程中，要經(jīng)常檢查鉆機平整度，主動鉆桿垂直度，并及時校正。

⑷密實堅固傾斜地質(zhì)施工時旋挖鉆機容易卡鉆偏孔，需定期按時檢修鉆具，如鉆體底口邊緣部位磨損狀況、彈簧彈力，傳動裝置連接銷軸、螺母，掛環(huán)焊接等，發(fā)現(xiàn)磨損應(yīng)立即修復或更換，始終保持傳動裝置掛鉤與掛環(huán)的緊密結(jié)合。

⑸鉆進震動劇烈硬巖地質(zhì)，將動力頭轉(zhuǎn)速降低，減輕軸壓，降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，通過操控降低鉆進振動，穿過硬巖地質(zhì)后恢復常規(guī)壓力速度。

⑹鉆孔發(fā)生彎孔縮孔時，一般可將鉆頭提到偏孔處進行反復掃孔，直到鉆孔正直，如發(fā)生嚴重彎孔和探頭石時，采用小片石或卵石與黏土混合物，回填到偏孔處，待填料沉實后再鉆孔糾偏。

3.2.8 雙輪銑槽機成槽

⑴雙輪銑槽機定位需準確垂直，確保銑槽機滾輪中心與旋挖鉆機兩鉆孔中心豎直對齊，加快銑槽機成槽效率［11］，如圖11 所示，每一槽段按先槽段兩端再到中間順序進行成槽施工。

圖11 旋挖機加銑槽機施工布置Fig.11 Construction Layout of Rotary Excavator and Slot Milling Machine （mm）

⑵槽孔銑削開始前要在槽口放置導向架，并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整好銑削進給速度。

⑶使用X、Y兩個方向的糾偏板進行方向糾偏，糾偏過程中的各種方式均通過DMS 系統(tǒng)進行監(jiān)控。被記錄的參數(shù)及圖示可作為文件顯示出開挖點、段的垂直度值，經(jīng)常檢查孔斜情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

⑷ 孔斜超標嚴重時，需回填孔斜段后重新銑孔，回填材料可用較堅硬的塊石或低標號混凝土。

⑸重新銑孔時需向與孔斜相反的方向適當移動銑孔中心，并注意輕打慢放，隨時檢查修孔效果，直至滿足垂直度要求，利用液壓銑槽機的測斜糾偏裝置進行糾偏。

⑹停止銑削時需將銑削機頭提出孔外，至少提離孔底2 m，及時處理孔內(nèi)的漂石、孤石或障礙物，銑削作業(yè)進給速度不要過快，保持孔形垂直和規(guī)則，檢查銑刀架的形狀和尺寸是否存在變形，必要時進行修整。

⑺當有塌孔跡象時，要盡快將銑削頭提出孔口，以防卡阻或埋頭。

3.2.9 鋼筋籠安裝

⑴鋼筋籠制作過程中，預(yù)埋件等位置要準確，并留出導管位置（對影響導管下放的預(yù)埋筋、接駁器等適當挪動位置），鋼筋保護層定位塊用4 mm 厚鋼板，作成“〔”狀，焊于水平筋上，起吊點滿焊加強［12］。

⑵由于接駁器及預(yù)埋筋位置要求精度高，在鋼筋籠制作過程中，根據(jù)吊筋位置，測出吊筋處導墻高程，確定出吊筋長度，以此作為基點，控制預(yù)埋件位置。在接駁筋后焊一道水平筋，以便固定接駁筋，水平筋與主筋間通過短筋連接。

⑶接駁器或預(yù)埋筋處鋼筋籠的水平筋及中間加設(shè)的固定水平筋按3%坡度設(shè)置，以確保接駁器及預(yù)埋筋的預(yù)埋精度。

⑷地連墻開槽施工前確保有1～2 幅鋼筋籠已經(jīng)成形。

⑸鋼筋籠中桁架和骨架必須按設(shè)計要求制作配制，鋼筋籠尺寸符合設(shè)計圖要求。鋼筋籠吊點位置設(shè)置φ32（主筋為φ28 的鋼筋籠，加強筋采用φ28）加強環(huán)筋以保證鋼筋籠起吊的穩(wěn)定性并阻止其發(fā)生變形。

3.2.10 水下混凝土澆筑

⑴施工時采用C30，P10，碎石級配5～25 mm，選用中粗砂，摻減水劑和UEA 膨脹劑，坍落度控制在18～20 cm。澆筑施工前必須進行混凝土配合比設(shè)計、進行強度、抗?jié)B、耐久性等試驗，選取理想的配合比。

⑵各節(jié)導管之間應(yīng)尺量采用絲扣連接，連接處應(yīng)加設(shè)橡膠墊圈密封，下導管前必須對連接好的導管進行氣密性檢驗，壓力控制在0.6～0.7 MPa。

⑶導管要求內(nèi)壁表面光滑，導管接頭密封良好，便于安裝，并具有足夠的強度和剛度。

⑷在“—”型和“┐”型槽段設(shè)置2套導管，在大于6.0 m 長的槽段設(shè)置3 套導管。導管水平布置距離應(yīng)不大于3.0 m，距槽段端部不宜大于1.5 m。

⑸多管同時同步灌注時，通過測繩下吊測錘測量兩端混凝土面高度，混凝土面應(yīng)呈水平狀態(tài)均勻上升，澆灌速度控制在3～5 m∕h，兩管處的混凝土面高差不宜大于0.5 m，導管埋深始終控制在1.5～3.0 m之內(nèi)。

⑹整個灌注過程必須連續(xù)進行，中斷時間不得超過30 min，灌到墻頂位置要超灌0.3～0.5。首斗灌注混凝土量必須保證埋管深度大于50 cm，灌注過程中上下振搗導管，以保證混凝土在較大截面上順利擴散，使網(wǎng)片、孔壁與混凝土結(jié)合緊密。

⑺ 地連墻接頭處理如圖12 所示，在鋼筋籠工字鋼上沿鋼筋籠長度方向設(shè)置2 根定位木條，其空隙采用泡沫塑料填充，外部填充粘土包塞滿空隙，有效防止混凝土繞流。

圖12 地下連續(xù)墻接頭處理Fig.12 Processing of Underground Diaphragm Wall Joints

4 結(jié)論

本文介紹了廣州某地下綜合管廊H8 綜合井基坑地下連續(xù)墻的施工技術(shù)，現(xiàn)場通過有限元軟件Midas GTS 分析模擬成槽施工全過程對變電站的振動響應(yīng)，對超硬孤石采取注漿固定及微孔預(yù)處理和旋挖機加銑槽機組合成槽技術(shù)，避免由于孤石硬巖導致的“偏孔”等問題，解決了硬巖地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻成槽進度和質(zhì)量無法保證的難題。該施工技術(shù)安全、可靠、施工震動小，保證了周邊環(huán)境安全，適用于基坑周邊建筑物對震動控制要求高，地質(zhì)屬于超硬微風化基巖且含超硬孤石情況的地下連續(xù)墻成槽施工，取得顯著的經(jīng)濟效益及社會效益，對類似地下連續(xù)墻的施工具有指導和借鑒意義。