李義華， 翟志國(guó)， 許維青， 劉 柳

(1. 中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司， 河北 三河 065201； 2. 石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院， 河北 石家莊 050043)

0 引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的全面展開(kāi)，越來(lái)越多的鐵路、公路、市政交通、綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程進(jìn)入城市中心區(qū)。為了合理開(kāi)發(fā)和利用城市地下空間，城市隧道的埋深越來(lái)越大。在市區(qū)內(nèi)修建深層隧道多采用盾構(gòu)法或暗挖法進(jìn)行施工，需要先修建相應(yīng)深度的車(chē)站或豎井。為了確保豎井施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊建(構(gòu))筑物的安全，對(duì)超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑開(kāi)挖和襯砌等施工工藝和質(zhì)量控制提出了更為嚴(yán)格的要求。

一些專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)超深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、開(kāi)挖和支護(hù)等方面進(jìn)行了深入的研究和總結(jié)。例如： 文獻(xiàn)[1]對(duì)穿黃工程北岸豎井超深地下連續(xù)墻的內(nèi)力和基坑的變形進(jìn)行了計(jì)算分析, 為超深地下連續(xù)墻的施工提供了理論依據(jù)；文獻(xiàn)[2-7]采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方式，綜合分析工字鋼型槽段接頭在超深地下連續(xù)墻工程中的應(yīng)用效果，以及高承壓水超深基坑順作法和逆作法的基坑開(kāi)挖對(duì)地下連續(xù)墻變形、支撐受力情況和基坑周邊土體沉降變形的影響規(guī)律；文獻(xiàn)[8-11]分別研究了在復(fù)雜環(huán)境下，對(duì)不同地質(zhì)條件下的深基坑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支護(hù)及開(kāi)挖的施工方法；文獻(xiàn)[12]采用十字鋼板接頭形式，為解決軟土地區(qū)超深地下連續(xù)墻接頭防滲問(wèn)題提供了新方向; 文獻(xiàn)[13-15]對(duì)地下連續(xù)墻的施工工序及操作要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)研究,針對(duì)地下連續(xù)墻施工過(guò)程中易出現(xiàn)的安全和質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，并提出了解決對(duì)策。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于在市區(qū)內(nèi)復(fù)雜環(huán)境修建40 m以上超深豎井的施工技術(shù)尚不成熟，尤其是針對(duì)軟弱地層超深地下連續(xù)墻接頭防水質(zhì)量、超深豎井內(nèi)支撐及主體結(jié)構(gòu)快速施工等方面的技術(shù)還需進(jìn)一步研究。本文以京沈客專(zhuān)望京隧道2號(hào)豎井為依托，針對(duì)在富含承壓水,以粉質(zhì)黏土層、粉土、粉細(xì)砂為主的軟弱地層中，對(duì)68 m深的超深地下連續(xù)墻接頭施工工藝，以及深度達(dá)42 m的超深豎井基坑開(kāi)挖支護(hù)形式和豎井結(jié)構(gòu)施工順序進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

新建北京至沈陽(yáng)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)望京隧道位于北京市五到六環(huán)之間，朝陽(yáng)區(qū)內(nèi)。線(xiàn)路大致沿京承高速公路敷設(shè)，隧道自草場(chǎng)地南路南側(cè)進(jìn)入地下，下穿既有長(zhǎng)建駕校、南皋路、北小河、首都機(jī)場(chǎng)高速公路、機(jī)場(chǎng)快軌、京順路、費(fèi)家村民房區(qū)、來(lái)廣營(yíng)東路、香江北路、地鐵15號(hào)線(xiàn)馬泉營(yíng)站、濕地公園、順白路、機(jī)場(chǎng)南線(xiàn)高速公路高架橋及其輔路后出地面，全長(zhǎng)8 000 m，整體成V字型。在隧道中間位置設(shè)置2號(hào)豎井，作為4臺(tái)直徑為10.9 m的泥水盾構(gòu)的共用接收井，同時(shí)也可滿(mǎn)足隧道疏散、電力、環(huán)控、給排水等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的功能需求。

豎井開(kāi)挖平面凈空尺寸為41.6 m(垂直線(xiàn)路方向)×19 m(沿線(xiàn)路方向)，主體結(jié)構(gòu)為地下4層結(jié)構(gòu)，各層主體結(jié)構(gòu)端墻及側(cè)墻厚度沿深度方向?yàn)?.8、1.0、1.2、1.6、1.8、2.0 m，自上而下共設(shè)8道結(jié)構(gòu)框梁。主體結(jié)構(gòu)采用C40防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P12，結(jié)構(gòu)防水采用全包防水，防水等級(jí)為一級(jí)。

豎井采用地下連續(xù)墻+水平內(nèi)支撐支護(hù)體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為厚1.2 m、深68 m的C30防水鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，嵌固深度為27 m。地下連續(xù)墻分幅接頭位置采用φ2 000 mm的超高壓旋噴樁加強(qiáng)止水。原設(shè)計(jì)共設(shè)置7道鋼筋混凝土支撐(端部設(shè)置琵琶撐)+2道鋼支撐倒撐；優(yōu)化后設(shè)置3道鋼支撐+4道鋼筋混凝土支撐。原設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻采用工字鋼接頭，共計(jì)24幅；優(yōu)化后的地下連續(xù)墻接頭采用雙拼工字鋼接頭柱，共計(jì)22幅。優(yōu)化后的2號(hào)豎井結(jié)構(gòu)、支撐體系及圍護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(a) 平面圖

標(biāo)高以m計(jì)。(b) 剖面圖圖1 優(yōu)化后的2號(hào)豎井結(jié)構(gòu)、支撐體系及圍護(hù)結(jié)構(gòu)圖(單位： mm)Fig. 1 Structure, support system, and enclosure structure of No. 2 shaft after optimization (unit: mm)

1.2 工程地質(zhì)情況

2號(hào)豎井基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)地層主要以第四系人工堆積層(Q4ml)、第四紀(jì)全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)(Q4al+pl、Q3al+pl)的黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂土為主。工程范圍內(nèi)地下水類(lèi)型根據(jù)其水力性質(zhì)不同分為上層滯水、潛水及承壓水。2號(hào)豎井地質(zhì)剖面如圖2所示。

σ為地基承載力。圖2 2號(hào)豎井地質(zhì)剖面圖(單位： kPa)Fig. 2 Geological profile of shaft No. 2 (unit: kPa)

2 超深地下連續(xù)墻槽段接頭施工工藝革新

2.1 地下連續(xù)墻槽段接頭創(chuàng)新思路

望京隧道2號(hào)豎井地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度達(dá)到68 m，屬于超深地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量是直接關(guān)系豎井基坑安全和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵工序。在含有承壓水的軟弱地層中施工超深地下連續(xù)墻，最重要的就是解決成槽垂直度、接頭防水和混凝土防繞流等問(wèn)題。首先應(yīng)對(duì)超深地下連續(xù)墻的接頭形式進(jìn)行革新。

2.1.1 原接頭設(shè)計(jì)及存在的問(wèn)題

按照原設(shè)計(jì)圖，地下連續(xù)墻采用傳統(tǒng)的工字鋼接頭設(shè)計(jì)。根據(jù)同類(lèi)工程地下連續(xù)墻的施工經(jīng)驗(yàn)，采用工字鋼接頭形式的鋼筋籠由于受兩端工字鋼約束，鋼筋籠整體剛性大，對(duì)槽壁垂直度要求高，且自重大，整體吊裝困難；在下放過(guò)程中易因槽壁的硬性阻擋而很難下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高，深度越大越容易出現(xiàn)卡籠現(xiàn)象；澆注混凝土?xí)r容易向工字鋼接頭位置繞流，繞流后將影響下一幅墻的成槽垂直度和鋼筋籠就位，易造成接頭滲漏水現(xiàn)象。這些問(wèn)題將嚴(yán)重影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，給后期基坑開(kāi)挖安全和井壁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量造成很大影響。

2.1.2 優(yōu)化后的接頭設(shè)計(jì)及其優(yōu)點(diǎn)

2.1.2.1 接頭優(yōu)化設(shè)計(jì)

為有效解決超深地下連續(xù)墻施工中存在的技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)分析研究、反復(fù)探索、多次爭(zhēng)取專(zhuān)家意見(jiàn)后，將原設(shè)計(jì)的工字鋼接頭優(yōu)化為雙拼工字鋼接頭，即將原設(shè)計(jì)的鋼筋籠與接頭整體下放優(yōu)化為雙拼工字鋼接頭先行下放，然后再開(kāi)槽施工槽段。

2.1.2.2 優(yōu)點(diǎn)

1)雙拼工字鋼接頭柱和鋼筋籠可以分開(kāi)施工，接頭柱整體焊接完成后，一次性整體吊裝下放，鋼筋籠豎向主筋采用機(jī)械連接的方式先整體制作完成，然后將鋼筋籠的主筋從中間的直螺紋接頭處拆分成質(zhì)量相當(dāng)?shù)?部分，分段吊裝下放的施工工藝，可減小單次起吊質(zhì)量和下放難度。

2)接頭柱在成槽過(guò)程中可以對(duì)成槽起到垂直導(dǎo)向的作用，能有效提高槽段的垂直度，減小槽壁縮頸，對(duì)鋼筋籠下放起到引導(dǎo)和定位作用。

3)可以使地下連續(xù)墻的保護(hù)層控制更精準(zhǔn)，可有效防止混凝土繞流。

4)通過(guò)提高地下連續(xù)墻接縫的剛度，可減小基坑開(kāi)挖過(guò)程圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平方向變形，防止墻體混凝土與接頭柱分離產(chǎn)生縫隙，提高基坑安全和接縫防水質(zhì)量。傳統(tǒng)的工字鋼接頭和雙拼工字鋼接頭形式如圖3所示。

(a) 工字鋼接頭形式

(b) 雙拼工字鋼接頭形式1-工字鋼接頭； 2-鋼筋籠與工字鋼焊接； 3-鋼筋籠收口； 4-混凝土墻體； 5-雙拼工字鋼接頭； 6-雙拼工字鋼接頭內(nèi)混凝土。圖3 地下連續(xù)墻傳統(tǒng)的工字鋼接頭與雙拼工字鋼接頭平面圖Fig. 3 Plane of I-shaped and double I-shaped steel joints of diaphragm wall

2.2 施工工藝流程

超深地下連續(xù)墻槽段雙拼工字鋼接頭柱施工工藝流程如圖4所示。

圖4 雙拼工字鋼接頭柱施工工藝流程圖Fig. 4 Construction process flowchart of double I-shaped steel joint column

2.3 雙拼工字鋼接頭柱施工技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

2.3.1 雙拼工字鋼接頭柱加工

雙拼工字鋼接頭柱采用12 mm厚鋼板整體焊接而成，每根接頭柱高70 m、長(zhǎng)1 m、寬1.2 m。采用數(shù)控機(jī)床精確切割下料和拼裝定位，然后采用軌道機(jī)械臂自動(dòng)焊接牢固。現(xiàn)場(chǎng)加工對(duì)接焊縫呈Z字形，即翼緣板焊縫水平位置相互錯(cuò)開(kāi)。為保證后期基坑開(kāi)挖過(guò)程中接頭位置出現(xiàn)滲漏水時(shí)方便注漿堵漏，在雙拼工字鋼兩側(cè)中板的迎水面各預(yù)埋1根φ25 mm注漿鋼管，鋼管上提前打好注漿孔，間距為50 cm，注漿孔外側(cè)安裝橡膠套，并用膠帶將橡膠套固定嚴(yán)實(shí)，防止進(jìn)入泥漿和混凝土等雜物。雙拼工字鋼接頭柱結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 雙拼工字鋼接頭柱加工示意圖Fig. 5 Construction process flowchart of double I-shaped steel joint column

2.3.2 成槽定位

先對(duì)接頭柱的位置測(cè)量放線(xiàn)，并做好標(biāo)記。采用抓斗式成槽機(jī)按標(biāo)記位置對(duì)雙拼工字鋼接頭柱槽段進(jìn)行成槽作業(yè)，槽段的開(kāi)挖長(zhǎng)度按一抓的伸開(kāi)長(zhǎng)度開(kāi)挖，即每幅接頭柱的成槽長(zhǎng)度是2.4 m，槽段深度不小于69.5 m。

2.3.3 雙拼工字鋼接頭柱吊裝

將雙拼工字鋼接頭柱底部0.5 m長(zhǎng)度范圍腹板兩側(cè)的翼緣板割除，采用450 t和280 t履帶式起重機(jī)，將接頭柱整體吊起使其垂直正對(duì)槽段中心。接頭柱下放深度為底端距離槽段底部約0.5 m，呈懸空狀態(tài)。接頭柱頂端臨時(shí)固定于導(dǎo)墻上，使雙拼工字鋼接頭柱處于懸空垂直穩(wěn)定狀態(tài)。雙拼工字鋼接頭柱底部懸空與槽段的位置關(guān)系如圖6所示。

圖6 雙拼工字鋼接頭柱吊裝底部示意圖(單位： m)Fig. 6 Schematic of hoisting bottom of double I-shaped steel joint column (unit: m)

2.3.4 雙拼工字鋼接頭柱垂直度檢測(cè)

雙拼工字鋼接頭柱下放完成后，在固定前對(duì)雙拼工字鋼垂直度進(jìn)行超聲波檢測(cè)，如檢測(cè)發(fā)現(xiàn)垂直度偏差超標(biāo)，則應(yīng)提起接頭柱，按照檢測(cè)結(jié)果重新調(diào)整接頭柱位置，使之達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后再固定。雙拼工字鋼接頭柱垂直度檢測(cè)如圖7所示。

(a) 雙拼工字鋼接頭柱檢測(cè)

(b) 超聲波檢測(cè)成像結(jié)果圖7 雙拼工字鋼接頭柱垂直度超聲波檢測(cè)示意圖Fig. 7 Schematic of ultrasonic inspection of double I-shaped steel joint column

2.3.5 雙拼工字鋼接頭柱頂部固定

在雙拼工字鋼接頭柱頂端四側(cè)翼板上按計(jì)算尺寸確定的位置開(kāi)4個(gè)方孔，穿入型鋼，橫擔(dān)在導(dǎo)墻上，采用超聲波檢測(cè)，確保接頭柱垂直度合格。為防止雙拼工字鋼接頭柱位移，采用L形角鋼將接頭柱固定在導(dǎo)墻上，再用10號(hào)槽鋼將所有雙拼工字鋼接頭柱沿地下連續(xù)墻方向水平嵌拉，以對(duì)橫擔(dān)進(jìn)行水平精調(diào)，精調(diào)后對(duì)槽口進(jìn)行鎖定。接頭柱頂部固定方式如圖8所示。

圖8 雙拼工字鋼接頭柱頂端固定方式示意圖Fig. 8 Schematic diagram of top fixing method of double I-shaped steel joint column

2.3.6 澆筑嵌固混凝土

采用直徑φ250 mm的導(dǎo)管在槽段底部澆筑5 m3C30水下混凝土，理論上可以使槽段底部1.6 m范圍充滿(mǎn)混凝土，使雙拼工字鋼底端埋入混凝土內(nèi)不少于1.0 m。澆筑完成后通過(guò)檢查接頭內(nèi)外混凝土面高度判定雙拼工字鋼的實(shí)際嵌固深度和嵌固效果。

2.3.7 接頭柱兩側(cè)回填黏土

待接頭柱槽段內(nèi)的封底混凝土終凝后，向雙拼工字鋼接頭柱兩側(cè)回填黏土，使用挖掘機(jī)緩慢均勻地回填，保持兩側(cè)回填的高度一致，回填至導(dǎo)墻頂面高程。回填過(guò)程中注意及時(shí)回收槽內(nèi)泥漿并通過(guò)除砂器濾除泥漿內(nèi)雜質(zhì)。

2.3.8 澆筑雙拼工字鋼內(nèi)混凝土

黏土回填完成后澆筑柱內(nèi)混凝土，先下設(shè)導(dǎo)管至接頭柱底部嵌固混凝土面，然后采用正循環(huán)方法清除底部沉淀的砂石和泥漿，澆筑前柱內(nèi)沉渣厚度≤100 mm，最后水下澆筑接頭柱內(nèi)混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.3.9 后續(xù)接頭柱施工

按照以上施工工藝和步驟，采用跳一幅墻的施工順序，將剩余的雙拼工字鋼接頭柱全部施工完成，待接頭柱內(nèi)澆筑的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除雙拼工字鋼頂部的橫擔(dān)和限位裝置，并割除導(dǎo)墻頂面以上多余部分的工字鋼，然后開(kāi)始正式進(jìn)行地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)施工。

3 豎井內(nèi)支撐及主體結(jié)構(gòu)施工工藝革新

3.1 豎井內(nèi)支撐和襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工方案優(yōu)化思路

3.1.1 原設(shè)計(jì)情況及存在的問(wèn)題

3.1.1.1 原設(shè)計(jì)情況

2號(hào)豎井開(kāi)挖深度達(dá)42 m，基坑開(kāi)挖面積為790.4 m2，地質(zhì)以粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂層為主，且富含承壓水，圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，基坑開(kāi)挖安全風(fēng)險(xiǎn)高；且豎井作為2個(gè)標(biāo)段4臺(tái)盾構(gòu)共用的接收井，工期緊，任務(wù)重。原設(shè)計(jì)方案的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用7道鋼筋混凝土腰梁(包括冠梁)和混凝土支撐體系及2道換撐。基坑開(kāi)挖到底后，自下向上分層破除腰梁和混凝土支撐后施作混凝土梁和邊墻結(jié)構(gòu)。

3.1.1.2 原設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

基坑每開(kāi)挖一層需要1個(gè)多月時(shí)間，全部開(kāi)挖完成要耗時(shí)7～8個(gè)月； 然后，還要一層一層破除腰梁和混凝土支撐，而支撐體系拆除過(guò)程中會(huì)造成地下連續(xù)墻的二次變形，應(yīng)力重新分配，致使新施作的環(huán)框梁和邊墻結(jié)構(gòu)不宜過(guò)早受力，不僅需要延長(zhǎng)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，還要頻繁換撐和倒撐。這樣不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還極易造成地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。

3.1.2 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案及優(yōu)點(diǎn)

3.1.2.1 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案

為確保超深基坑開(kāi)挖安全，加快豎井施工速度，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和討論，通過(guò)對(duì)類(lèi)似工程地下連續(xù)墻受力規(guī)律分析總結(jié)，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。即將第2—4道腰梁和混凝土支撐體系優(yōu)化為鋼圍檁+φ800 mm鋼支撐體系；將第5—8道腰梁和豎井的永久結(jié)構(gòu)合二為一，直接施作環(huán)框梁和混凝土支撐，以減少后期腰梁的拆除時(shí)間。

3.1.2.2 優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案可充分利用環(huán)框梁和原框架支撐體系對(duì)地下連續(xù)墻和豎井結(jié)構(gòu)的雙重保護(hù)作用，極大提高施工進(jìn)度。原設(shè)計(jì)和優(yōu)化后的豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)如圖9所示。

1—地下連續(xù)墻； 2—第6道混凝土腰梁； 3—第5道混凝土腰梁； 4—第4道混凝土腰梁； 5—第3道混凝土腰梁； 6—第2道混凝土腰梁； 7—第1道腰梁； 8—冠梁； 9—第1道混凝土支撐； 10—第2道混凝土支撐； 11—第3道混凝土支撐； 12—第4道混凝土支撐； 13—第5道混凝土支撐； 14—第6道混凝土支撐； 15—第7道混凝土支撐； 16—洞門(mén)鋼環(huán)。(a) 原設(shè)計(jì)豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)剖面

1—地下連續(xù)墻； 2—軌道層下環(huán)框梁； 3—軌道層上環(huán)框梁； 4—負(fù)4層環(huán)框梁； 5—負(fù)3層下環(huán)框梁； 6—冠梁； 7—第9道(鋼支撐)支撐； 8—第8道(混凝土)支撐； 9—第7道(混凝土)支撐； 10—第6道(混凝土)支撐； 11—第5道(混凝土)支撐； 12—第4道(鋼支撐)支撐； 13—第3道(鋼支撐)支撐； 14—第2道支撐(鋼支撐)； 15—第1道(鋼支撐)支撐； 16—洞門(mén)鋼環(huán)。(b) 優(yōu)化后豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)剖面圖9 原設(shè)計(jì)與優(yōu)化后2號(hào)豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)剖面圖對(duì)比Fig. 9 Comparison of supporting structure in No.2 shaft between original and optimized designs

為確保優(yōu)化后的方案安全可行，對(duì)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)受力采用Abaqus有限元軟件進(jìn)行模型分析驗(yàn)算，其中模型土體、地下連續(xù)墻均采用二維殼單元，土體采用摩爾-庫(kù)侖本構(gòu)模型。經(jīng)模擬計(jì)算，地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)豎向最大位移和水平最大位移均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范的限值要求，優(yōu)化后的基坑開(kāi)挖方法和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)安全可靠。

3.2 豎井優(yōu)化設(shè)計(jì)后施工工藝流程

豎井總體施工流程如下： 豎井分層開(kāi)挖—冠梁及第1道(混凝土)支撐施作—架設(shè)第2、3、4道鋼圍檁和鋼支撐—負(fù)3層下環(huán)框梁及第5道混凝土支撐—負(fù)4層環(huán)框梁及第6道混凝土支撐—軌道層上環(huán)框梁及第7道混凝土支撐—軌道層下環(huán)框梁及第8道混凝土支撐—第9道鋼支撐架設(shè)—開(kāi)挖至豎井底部—底板混凝土施工—自下向上逐層施工井壁和層板結(jié)構(gòu)—自上而下逐層拆除腳手架及混凝土內(nèi)支撐梁。

3.3 豎井基坑開(kāi)挖及內(nèi)支撐施工技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 基坑開(kāi)挖

基坑開(kāi)挖遵循“豎向分層、由上至下、先支后挖”的原則，第5道混凝土支撐以上部分的基坑開(kāi)挖采用長(zhǎng)臂挖機(jī)配合60小挖機(jī)進(jìn)行施工，開(kāi)挖與第2—4道鋼支撐架設(shè)循環(huán)進(jìn)行。剩余土方采用井內(nèi)挖掘機(jī)挖土，汽車(chē)吊配合龍門(mén)吊吊渣。挖至第5—8道環(huán)框梁與混凝土支撐底部標(biāo)高時(shí)，施作環(huán)框梁永久結(jié)構(gòu)替代腰梁，同時(shí)施作鋼筋混凝土臨時(shí)支撐。

3.3.2 環(huán)框梁及混凝土支撐結(jié)構(gòu)施工

3.3.2.1 環(huán)框梁錨固及懸吊

由于環(huán)框梁結(jié)構(gòu)采用逆作法施工，為了防止環(huán)框梁在自重的作用下位移過(guò)大而影響豎井結(jié)構(gòu)安全，采用吊筋和錨筋等措施將環(huán)框梁固定在地下連續(xù)墻上。在環(huán)框梁頂部每間隔1.0 m設(shè)置1根φ32 mm圓鋼作為斜拉吊筋將環(huán)框梁吊在地下連續(xù)墻上，斜拉吊筋呈45°夾角。在環(huán)框梁中心部位上、下各50 cm處設(shè)置2道φ32 mm錨筋，環(huán)向間距1.0 m并與吊筋間隔布置錨固在地下連續(xù)墻中。環(huán)框梁吊筋斷面如圖10所示。

圖10 環(huán)框梁吊筋斷面圖Fig. 10 Cross-section of ring frame beam hanger

3.3.2.2 環(huán)框梁植筋孔及接縫防水

由于環(huán)框梁的植筋會(huì)破壞防水板，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)植筋位置的節(jié)點(diǎn)防水采取特殊防水措施。根據(jù)植筋位置和鋼筋直徑提前在防水板上開(kāi)孔，植筋后對(duì)穿透防水板的部位先在無(wú)紡布上涂抹橡膠瀝青非固化防水材料，再穿入防水板，并在防水板與錨筋的穿透部位安裝遇水膨脹橡膠圈，然后涂抹雙組分聚氨酯密封膏封口，確保錨筋位置的防水質(zhì)量。為保證上下層防水板的接頭搭接長(zhǎng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，預(yù)先將無(wú)紡布和防水板鋪設(shè)長(zhǎng)度超過(guò)本層環(huán)框梁底部標(biāo)高以下0.8～1.0 m，沿地下連續(xù)墻挖1條寬10 cm、深30 cm的矩形凹槽，將環(huán)框梁底部露出的無(wú)紡布和防水板卷成筒狀放入土槽中，然后用細(xì)砂回填壓實(shí)，防止環(huán)框梁施工過(guò)程中損壞防水板。植筋節(jié)點(diǎn)防水和防水板保護(hù)措施如圖11所示。

圖11 環(huán)框梁植筋及防水細(xì)部圖Fig. 11 Detailed drawing of reinforcement and waterproofing of ring frame beam

為了提高邊墻混凝土與環(huán)框梁底部接縫的防水質(zhì)量，采取在環(huán)框梁底部設(shè)置2道遇水膨脹橡膠條+預(yù)埋注漿管的雙重防水措施。先在環(huán)框梁底部模板上預(yù)埋2道20 mm×30 mm方木條(尺寸與遇水膨脹止水條一致)，土方開(kāi)挖時(shí)及時(shí)拆除方木條；然后，在側(cè)墻鋼筋綁扎前采用鋼釘和U型卡將遇水膨脹止水條固定在環(huán)框梁底部混凝土的凹槽內(nèi)；最后沿圈梁方向在圈梁底部安設(shè)φ32 mm@1 500 mm的注漿管，以便后期邊墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后及時(shí)回填注漿將空隙填充密實(shí)。環(huán)框梁底部防水示意如圖12所示。

圖12 環(huán)框梁底部防水示意圖Fig. 12 Waterproof diagram of ring frame beam bottom

3.3.2.3 環(huán)框梁預(yù)埋筋施工

為確保上、下2層環(huán)框梁之間邊墻豎向鋼筋定位準(zhǔn)確，且使接頭搭接質(zhì)量滿(mǎn)足規(guī)范要求，在基坑開(kāi)挖至環(huán)框梁底部標(biāo)高后，根據(jù)邊墻內(nèi)外層豎向鋼筋分部位置開(kāi)挖2道土槽，開(kāi)挖深度滿(mǎn)足鋼筋搭接要求，寬度約0.3 m。測(cè)量定位后將邊墻鋼筋進(jìn)行預(yù)埋，在錨筋上焊接縱向鋼筋并與預(yù)埋鋼筋進(jìn)行連接，保證其垂直度、間距及保護(hù)層厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并用細(xì)砂回填密實(shí)。環(huán)框梁預(yù)埋筋斷面如圖13所示。

圖13 環(huán)框梁預(yù)埋筋斷面圖Fig. 13 Sectional drawing of embedded reinforcement of ring frame beam

3.3.2.4 環(huán)框梁結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎

為了減少后期邊墻結(jié)構(gòu)鋼筋的焊接量，在環(huán)框梁施工時(shí)，對(duì)上一層環(huán)框梁內(nèi)預(yù)埋的邊墻豎向主筋靠外側(cè)(靠圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè))的鋼筋，先采用直螺紋套筒接長(zhǎng)后插入下一層環(huán)框梁結(jié)構(gòu)下方預(yù)留的溝槽內(nèi)，預(yù)留好下一層邊墻結(jié)構(gòu)主筋的接駁器(見(jiàn)圖13)，同時(shí)綁扎外層水平分布筋。同一層邊墻的內(nèi)側(cè)豎向鋼筋先采用直螺紋套筒與上一層環(huán)框梁預(yù)埋的豎向筋進(jìn)行連接，接長(zhǎng)后再與下一層環(huán)框梁頂部預(yù)埋的豎筋采用直螺紋套筒連接。若2根豎筋的定位誤差較大無(wú)法機(jī)械連接時(shí)，采用焊接方式連接牢固，并在每層邊墻的內(nèi)層豎筋上預(yù)留人孔，以滿(mǎn)足作業(yè)人員進(jìn)入綁扎水平筋和振搗混凝土。

3.3.2.5 環(huán)框梁中預(yù)埋下料管

在每層環(huán)框梁中預(yù)埋PVC下料管，按照每2 m埋設(shè)2個(gè)PVC管的間距設(shè)置，其中一個(gè)PVC管作為混凝土澆筑孔，另一個(gè)PVC管作為排氣孔兼振搗孔。預(yù)埋PVC下料孔如圖14所示。

圖14 環(huán)框梁上預(yù)埋的PVC下料孔Fig. 14 Schematic of embedded PVC cutting hole on ring frame beam

3.4 豎井襯砌結(jié)構(gòu)施工技術(shù)創(chuàng)新

3.4.1 底板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑

豎井開(kāi)挖至底板設(shè)計(jì)標(biāo)高后，先施工18根φ1.8 m抗拔樁，待底部驗(yàn)槽合格后，及時(shí)進(jìn)行墊層、防水和保護(hù)層施工。由于2號(hào)井底板厚2 m，面積較大，一次性混凝土澆筑量為1 600 m3，且基坑最深處距離地面41.6 m，常規(guī)的汽車(chē)泵管難以達(dá)到底板鋼筋頂部。為了保證底板混凝土輸送和澆筑質(zhì)量，創(chuàng)新采用汽車(chē)輸送泵+下料管+溜槽的施工方法分2次澆筑底板混凝土。在第8層環(huán)框梁上安裝φ300 mm下料管和作業(yè)平臺(tái)，在下料管的下部安裝混凝土緩沖器和軟管，在較遠(yuǎn)的地方軟管出口處加接溜槽，保證相鄰的軟管能夠覆蓋全豎井底板的澆筑范圍。底板混凝土澆筑采用2臺(tái)67 m汽車(chē)泵呈對(duì)角線(xiàn)放置，將輸送管插入第8層環(huán)框梁頂部的下料管中，對(duì)稱(chēng)分層澆筑、振搗。底板混凝土下料管布置如圖15所示。

圖15 底板混凝土下料管布置示意圖Fig. 15 Layout diagram of bottom slab concrete tremie

3.4.2 逐層進(jìn)行井壁和層板結(jié)構(gòu)施工

豎井底板結(jié)構(gòu)完成后，采用順作法自下向上分層施作邊墻、立柱和中間部分的層板結(jié)構(gòu)，采用盤(pán)扣式滿(mǎn)堂腳手架+組合鋼模板作為豎井模板和支架體系，采用67 m汽車(chē)泵輸送混凝土。利用上層環(huán)框梁中預(yù)埋的PVC下料管進(jìn)行混凝土澆筑、排氣和振搗。

豎井每層邊墻混凝土一次澆筑量較大，為確保施工質(zhì)量，并加快施工進(jìn)度，將左線(xiàn)和右線(xiàn)分2次澆筑，現(xiàn)場(chǎng)合理組織施工工序，將左線(xiàn)和右線(xiàn)的邊墻腳手架、鋼筋、模板、混凝土等工序按流水線(xiàn)進(jìn)行施工，做好工序銜接，從而加快了施工進(jìn)度。

3.4.3 分層拆除腳手架及切除混凝土支撐梁

為了減少基坑沉降變形，保證豎井邊墻結(jié)構(gòu)的施工安全，加快施工進(jìn)度，在中間部分的層板結(jié)構(gòu)及豎井邊墻施工時(shí)保留環(huán)框梁上的混凝土支撐梁不拆除，直接將滿(mǎn)堂腳手架分層搭設(shè)至頂部。待豎井邊墻及中間部分的頂板結(jié)構(gòu)施工完成后，再自上而下分層拆除滿(mǎn)堂腳手架，同時(shí)分層切除混凝土支撐梁?；炷林瘟呵谐捎美K鋸切割的方式，先采用鋼管腳手架和型鋼在混凝土撐下面加固牢固，然后根據(jù)汽車(chē)吊的起吊能力進(jìn)行分段切割后，吊運(yùn)至地面進(jìn)行混凝土破除，將環(huán)框梁上留下的混凝土撐切割面打磨平整，對(duì)切斷的鋼筋面涂刷防銹漆。

4 施工效果總結(jié)

在京沈客專(zhuān)望京隧道2號(hào)豎井施工中，通過(guò)對(duì)超深地下連續(xù)墻接頭、基坑開(kāi)挖、內(nèi)支撐和襯砌結(jié)構(gòu)等施工工藝進(jìn)行優(yōu)化革新，取得了良好的效果。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)基坑開(kāi)挖至豎井底部22幅地下連續(xù)墻垂直度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知： 1)垂直度偏差最大為9.8 cm，僅為豎井開(kāi)挖深度的0.23%； 2)基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降變形較小，水平變形量?jī)H3.4 mm，地面沉降量?jī)H4.8 mm； 3)地下連續(xù)墻槽段接頭止水效果較好，無(wú)滲水現(xiàn)象； 4)主體結(jié)構(gòu)密實(shí)完整，表面光滑，無(wú)滲漏水現(xiàn)象； 5)整個(gè)豎井結(jié)構(gòu)施工工期較原計(jì)劃縮短了3個(gè)月，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯。

5 結(jié)論與建議

1)在地下水豐富的軟弱地層中施工超深地下連續(xù)墻，采用雙拼工字鋼接頭柱可顯著提高墻體的垂直度，減少接縫滲漏水現(xiàn)象。

2)在軟弱地層的超深豎井上部采用鋼圍檁+鋼支撐的內(nèi)支撐形式替代腰梁+鋼筋混凝土支撐體系是可行的，可以大幅度縮短工期。

3)利用環(huán)框梁替代腰梁不僅可以節(jié)約腰梁拆除和倒撐的時(shí)間、提高施工進(jìn)度、節(jié)省成本，而且可以及早地為后期邊墻施工提供可靠支撐和雙重保護(hù)作用，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，提高施工安全。

4)對(duì)于逆作環(huán)框梁節(jié)點(diǎn)防水采用橡化瀝青填塞鋼筋與防水板穿刺點(diǎn)，并通過(guò)增加聚氨脂密封膏可以與墻體順作鋪設(shè)防水板形成全包防水體系，防水效果是可靠的。

5)創(chuàng)新采用“逆順結(jié)合、永臨合一”豎井施工方法，相對(duì)于傳統(tǒng)明挖順作法來(lái)說(shuō)，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移更小、更安全可靠；相對(duì)于傳統(tǒng)逆作法來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)防水效果更好、工期更短。

對(duì)于類(lèi)似地層的超深豎井，建議對(duì)設(shè)計(jì)方案再進(jìn)行優(yōu)化，將豎井按上、下2段進(jìn)行設(shè)計(jì)。豎井上半部無(wú)地下水的部分，采用鋼圍檁和鋼支撐的支護(hù)體系，開(kāi)挖至預(yù)定標(biāo)高后，采用順作法施工井壁襯砌; 下半部采用鋼筋混凝土支撐+鋼支撐混合形式開(kāi)挖至井底，然后再采用順作法施作底板和下半部井壁結(jié)構(gòu)。