楊維,凌濤,張升,鄔振洲,郭子琦,張標,張佳華,徐鵬

(1.中鐵五局集團第一工程有限責任公司,湖南 長沙 410117;2.湖南科技大學 土木工程學院,湖南 湘潭 411201;3.湖南科技大學 南方煤礦瓦斯與頂板災害預防控制安全生產(chǎn)重點實驗室,湖南 湘潭 411201；4.湖南科技大學 煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點實驗室,湖南 湘潭 411201)

隨著城市發(fā)展與轉(zhuǎn)變,為減緩出行壓力,盡可能利用城市的地下空間資源成為當下解決問題的新思路.地鐵已成為城市現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵項目,而地下連續(xù)墻是地鐵深基坑明挖施工的主要保護結(jié)構(gòu).地下連續(xù)墻作為一種截(擋)水、防滲、承重的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物,具有剛度大、安全性能高、防水性能好、對環(huán)境影響小等特點[1].在施工過程中應針對重難點采用最佳的技術(shù)來提高地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量,從而保證后續(xù)開挖施工的安全性和主體結(jié)構(gòu)的使用年限,以確保地下連續(xù)墻安全可靠[1].

目前諸多學者依托工程項目,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬、實地監(jiān)測等研究手段對地下連續(xù)墻研究分析并取得了卓越的成就.冉海軍等[2]在盾構(gòu)接收井超深連續(xù)墻迎土面設(shè)置單層玻璃纖維筋網(wǎng),優(yōu)化超深連續(xù)墻單層玻璃纖維筋網(wǎng)鋼筋籠的設(shè)計、制作與吊裝過程;郭盼盼等[3]基于將雙曲線接觸模型嵌入到商用軟件中的二次開發(fā),對砂土中格形墻圍護結(jié)構(gòu)的受力變形特性進行有限元分析;安辰亮等[4]通過支護結(jié)構(gòu)變形和受力現(xiàn)場試驗研究發(fā)現(xiàn),異形深大基坑施工建議采取“地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土支撐+鋼支撐”的組合支護形式；陳金銘等[5]為解決臨河基坑周邊施工空間不足等問題,提出一種新型組合圍護結(jié)構(gòu)——地下連續(xù)墻與多排鋼板樁組合圍護結(jié)構(gòu);谷淡平等[6]采用FLAC3D并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測情況,分析了便橋荷載作用下超深基坑地下連續(xù)墻的墻頂沉降、墻頂水平位移和地表沉降等變形特征;杜志云等[7]分析槽壁穩(wěn)定性的影響因素,得出地下水位、地面超載、泥漿液面、泥漿重度以及地質(zhì)參數(shù)對槽壁穩(wěn)定性起到關(guān)鍵作用.以上成果主要是從結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬、實地監(jiān)測等多方面對地下連續(xù)墻進行研究,而對具體現(xiàn)場地下連續(xù)墻控制技術(shù)研究相對較少.楊峰等[8]結(jié)合地下連續(xù)墻基坑圍護工程施工關(guān)鍵工序,總結(jié)質(zhì)量控制要點;陳奎[9]分析地鐵地下連續(xù)墻施工的概念及特點,闡述了地下連續(xù)墻施工中的質(zhì)量管理策略.上述研究缺少對具體工藝及現(xiàn)場出現(xiàn)的問題,采取邊測量邊施工的動態(tài)控制方案.

因此,本文以長沙地鐵1號線南湖路站為背景,采用監(jiān)控量測的方案,指導導墻施工、泥漿質(zhì)量、成槽施工、鋼筋籠制作及吊裝和混凝土澆筑等工藝,解決開挖面出現(xiàn)露筋、夾沙(泥)、槽段接縫滲水等問題.為今后地下連續(xù)墻施工深基坑設(shè)計和施工提供了參考.

1 工程概況

1.1 工程簡介

南湖路站隸屬長沙地鐵1號線一期工程地鐵站,為地下3層,局部2層的島式車站.車站長191.8 m,標準段基坑寬度約18.9 m.端頭井段基坑寬22.7 m,車站基坑深度約22.06～24.71 m.車站上方規(guī)劃有沿芙蓉南路下穿地下車道[10].車站位置航拍如圖1.

圖1 車站位置航拍

1.2 地質(zhì)水文條件

該車站各巖土邊層物理力學參數(shù)與厚度情況如表1所示[10].車站地下水類型為第四系松散層中的孔隙潛水、強～中風化基巖裂隙水[10].

表1 各層物理力學參數(shù)與厚度情況

2 施工重難點控制

2.1 施工難點控制分析

由于該車站場地地質(zhì)條件稍復雜,不良地質(zhì)作用主要表現(xiàn)為有采空區(qū)(電力隧道),特殊巖土分別為人工填土層及遇水軟化的全、強風化巖.施工難點:(1)采空區(qū)(電纜隧道)，車站基坑西側(cè)6～11 m地下埋設(shè)有電力隧道,施工工作中須加強監(jiān)測,嚴格控制基坑變形,以保證電纜隧道的安全;(2)泥質(zhì)粉砂巖的殘積土與風化巖易軟化與崩解,開挖后應立即進行襯砌與支護,以保證圍巖的穩(wěn)定性;(3)風化夾層，本場地中風化泥質(zhì)粉砂巖中局部存在強風化夾層的現(xiàn)象,可能導致基坑的不穩(wěn)定性和不均勻沉降[10].

場地地下水主要為第四系松散層中的孔隙潛水、強～中風化基巖裂隙水[10].在該地層中施工地下連續(xù)墻主要控制點是泥漿性能、成槽垂直度、孔底成渣、鋼筋籠起重吊裝、混凝土澆筑質(zhì)量以及相鄰幅段接縫處的幾個質(zhì)量控制點[10].

2.2 現(xiàn)場施工中存在問題

1) 導墻施工時,遇很厚的雜填土、地下管線及地下不明障礙物.

2) 開挖面出現(xiàn)露筋、夾沙(泥)、槽段接縫滲水等現(xiàn)象.

3) 地連墻的垂直度控制,槽壁質(zhì)量檢測.

4) 鋼筋籠下放過程中,若有槽壁坍塌,鋼筋籠不能順利下放.

3 地下連續(xù)墻施工質(zhì)量控制方案

該車站的主體圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案為地下連續(xù)墻,采用“工”字型鋼板接頭[10].因此需制訂對導墻施工、泥漿質(zhì)量、成槽施工、鋼筋籠制作及吊裝和混凝土澆筑等工藝的控制方案,并加強監(jiān)控量測,及時反饋監(jiān)測信息,由所得信息制定解決措施.基于南湖路站實際情況,制訂地下連續(xù)墻監(jiān)測項目:(1) 墻豎向位移、水平位移;(2) 深層水平位移;(3) 地表沉降;(4) 地下水位;(5) 支撐軸力(含支撐變形);(6) 管線變形;(7) 地面建筑物沉降、傾斜、水平位移;(8) 地面建筑物裂縫寬度監(jiān)測.

3.1 導墻施工控制

該車站的導墻長412.4 m，深1.5 m，導墻凈空1.05 m,導墻基槽開挖尺寸如圖2所示.對導墻施工控制可實現(xiàn)成槽位置的準確性及垂直精度,為提高導墻穩(wěn)定性需在地基上澆筑導墻,并在導墻拆模后立即加設(shè)木支撐,導墻面應高出地面,避免其他物質(zhì)沖入導槽內(nèi)污染或稀釋泥漿[12].

圖2 導墻基槽開挖

3.2 泥漿質(zhì)量控制

根據(jù)該車站的工程地質(zhì)情況,選用膨潤土制作泥漿,當松散層及砂礫層出現(xiàn)滲流現(xiàn)象時,依據(jù)實際情況來合理調(diào)整泥漿的試配配合比[11].控制泥漿質(zhì)量可以有效地保護地下連續(xù)墻墻壁和在挖槽過程中順利成孔。提高地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性.所使用的護壁泥漿必須有適當?shù)酿ざ群捅戎?并具備良好的穩(wěn)定性.泥漿控制指標如表2所示[12].

表2 泥漿控制指標

3.3 成槽施工控制

基于該車站的地質(zhì)條件,卵石層和強中風化層厚會導致抓槽機不能順利成槽,為提高地下連續(xù)墻施工的入巖成槽效果,沖擊鉆聯(lián)合成槽機開挖,先進行幅間鉆或沖導向引孔,再進行抓槽機的作業(yè).抓槽至不適應的堅硬層時,進入沖擊和修槽完成[11].

成槽過程中應加強監(jiān)控觀測,若出現(xiàn)漏漿等情況要立即處理,經(jīng)處理后重新開挖成槽.當挖至槽底2～3 m,利用測繩測槽,避免超挖或欠挖,并對泥漿立即進行置換和質(zhì)量控制[11].

3.4 鋼筋籠制作及吊裝控制

鋼筋籠主筋凈保護層內(nèi)外側(cè)厚度不同,水平筋端部工字鋼接頭如圖3所示.通過對鋼筋籠制作及吊裝過程控制,可以提高鋼筋籠制作效率和安全性，從而解決地下連續(xù)墻的漏筋問題.為提高導墻的穩(wěn)定性可以采用以下措施:在場地條件允許時,鋼筋制作平臺、鋼筋堆放場及鋼筋設(shè)備棚應設(shè)置在一起;鋼筋籠要具有牢靠的剛度和整體性,避免起吊過程中變形,起吊點必須焊接牢固,鋼絲繩及吊具應具有可靠安全系數(shù),施工便道要有充足的承載力,能滿足起重設(shè)備的起重要求;在鋼筋壁下放前需控制槽壁垂直度(平整度)等施工要求,若出現(xiàn)卡籠現(xiàn)象,不能強行下放[11].鋼筋籠制作允許偏差如表3.

圖3 工字鋼接頭大樣

表3 鋼筋籠制作允許偏差

3.5 混凝土澆筑控制

混凝土采用水下混凝土C30,用套導管進行混凝土灌注(見圖4).混凝土澆筑控制可以提高地下連續(xù)墻的質(zhì)量與安全,為確保地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性可以采用以下措施:混凝土需持續(xù)澆筑(不能中斷),鋼筋籠放置到位后,灌注混凝土需在4 h內(nèi)開始,導管需插入到槽底上方50 cm處灌注,導管料斗混凝土儲量需確保初灌量;為保證其在導管內(nèi)正常流動,減少夾泥的現(xiàn)象,應進行平緩澆筑處理.導管埋深太淺,會導致流動性過高，而埋深過深,會導致流動性過低,故埋入混凝土深度需控制在1.5～4.0 m[11].

圖4 水下混凝土澆注

4 動態(tài)控制

針對南湖路站地下連續(xù)墻出現(xiàn)的開挖面露筋等問題,須對其施工過程進行動態(tài)控制,如采用UDM100超聲波進行成孔(槽)檢測、成槽后泥漿性能檢測、地下連續(xù)墻垂直度實測等檢測手段對地下連續(xù)墻進行監(jiān)控量測[12].進行現(xiàn)場監(jiān)控量測,可了解地層與圍護結(jié)構(gòu)體系的狀態(tài)及施工對既有建(構(gòu))筑物的影響.通過對量測數(shù)據(jù)的整理和分析,及時調(diào)整相應的施工方案,確保施工過程和既有建筑的安全(如在成槽過程中增加對周圍建筑物沉降和位移以及地面下沉降監(jiān)測的頻次,及時反饋監(jiān)測信息,根據(jù)監(jiān)測信息制定相應的措施).從開挖至開通長沙南湖路站,通過變形監(jiān)測,提高了成槽位置的準確性及垂直精度，保護了地下連續(xù)墻墻壁，達到了順利成孔的效果.

5 結(jié)論

1)施工現(xiàn)場的條件、地質(zhì)水文條件、周邊建筑物等外界因素都會對地下連續(xù)墻施工產(chǎn)生較大的影響.

2)針對導墻施工、泥漿質(zhì)量、成槽施工、鋼筋籠制作及吊裝和混凝土澆筑過程,實施動態(tài)監(jiān)控,有效解決開挖面露筋、夾沙(泥)、槽段接縫滲水等問題.提高成槽位置精度和垂直精度,保護地下連續(xù)墻墻壁,達到順利成孔的效果.