大型越江隧道地下連續墻墻身質量修復方案探討

陳慧芳

（上海市政工程建設發展有限公司，上海市 200025）

0 前言

20世紀是橋的時代，21世紀是隧道的時代。上海不斷延伸擴展的地下城，印證了這句話。從無到有，短短4年半的時間，上海已擁有7條直徑14 m以上的超大直徑隧道（其中5條建成使用，2條在建）。但在快速發展越江隧道、緩解交通的同時，因為上海的飽和含水軟土地層，如何確保地下圍護結構的質量安全是橫亙在建設者面前的一道難題。本文主要介紹一大型越江隧道工程地下連續墻墻身質量修復過程，并提出了相應的防治措施與經驗。

1 工程概述

上海虹梅南路越江隧道工程位于閔行和奉賢兩區，為雙管單層隧道全長約5260 m。其中工程主線采用直徑14.93 m超大泥水加壓平衡盾構推進，東、西兩條隧道各3.4 km的掘進任務。建成后的通道將極大增強上海南部區域與中心城區的聯系，同時緩解S4、奉浦大橋、莘莊立交及滬閔高架的交通壓力。

根據地理位置和施工工藝的不同，以奉賢工作井、閔行工作井為界點將工程分為四個區段，分別為奉賢段（包括奉賢工作井及南結構段）、閔行段（包括閔行工作井及北結構段）、江中段圓隧道和管理中心。其中奉賢段圍護施工第一階段包括盾構工作井和設備段（FX1～FX4）。該段圍護結構采用地下連續墻，厚度在1.0～1.2 m之間，深度34～50 m。其中1.2 m厚地墻采用十字鋼板接頭，其余均采用鎖口管接頭。

本工程地下土層以相對較穩定的塑性粘土為主，而盾構工作井內地下墻深度達50 m，需穿越近20 m以上的⑦號土層，其中穿越N值較大的⑦2號粉砂土層達16 m，對成槽開挖有較大影響。⑦號土層又為含承壓水層，在地下墻施工及基坑開挖過程中易發生坍方、接縫滲漏、管涌等不利影響。

2 施工情況說明

發生質量問題的W4槽段位于奉賢結構段西側FX1節段內。在奉賢工作井基坑開挖至地下10 m左右時，發現W4槽段南側的1/3處有露筋現象，露筋范圍2 m×2 m見方，露筋范圍為劣質混凝土，只見混凝土粗骨料，膠凝材料缺失嚴重。現場掏挖至墻體深處50 cm左右尚不見正常混凝土，為確保基坑安全立即用C40微膨脹混凝土進行了填充加固處理。

W4露筋范圍延伸至開挖面（第三道鋼筋混凝土圈梁底）呈向下發展趨勢，為確保基坑開挖安全，須了解W4幅地下連續墻下層墻身質量情況，于是對該幅地下墻采取豎向取芯的措施。根據取芯情況，初步判斷W4槽段地下墻從地面以下約9～15 m左右范圍沒取到明顯的混凝土，以純骨料為主，取出芯樣未見明顯夾泥和土樣，15～16 m為好的混凝土，但16 m以下因孔壁碎石不斷塌落，導致無法繼續向下取芯，后采取注漿等多項措施都無效，最后終止取芯作業。

3 W4墻身質量問題原因分析

3.1 地下連續墻施工過程回顧

W4槽段地下連續墻槽幅寬為4.75 m，于2010年10月25日開始成槽，10月26日吊放鋼筋籠和反力箱，隨后在反力箱背側空隙內回填石子和粘土，在回填土體快結束時，鋼筋籠南側吊筋下臨時挑住鋼筋籠的鋼扁擔發生斷裂，導致鋼筋籠南側發生傾斜并落入槽段內2 m左右，由于鋼筋籠在墜落后發生了嚴重變形，不能繼續使用，只能用吊車和成槽機先后將已經散落在槽內的鋼筋籠取出，槽內鋼筋全部清除后，經超聲波檢測，處理鋼筋籠過程中槽段發生了局部塌方，為避免塌方擴大和確保后續施工安全，現場立刻用摻有7%水泥土回填槽內。

為避免重新成槽時槽孔內塌方區回填土和擾動土發生坍塌，采取在W4槽段兩側各施工一排Φ850三軸攪拌樁，坑內加固深度25 m，坑外加固23 m，養護2周后，重新施工W4槽段，后續施工一切正常，并于12月4日最后完成，理論混凝土澆注276 m3，實際澆注281 m3，充盈系數1.02。另外，后續又對W4槽段兩條接縫進行了3根Φ1200的旋噴樁加固，以增加地下墻接縫止水性能，加固范圍從底板開挖面以下5 m到地面以下3 m。

3.2 原因分析

由于W4槽段施工中出現過上述問題，所以特別對槽段回填并妥善加固后才重新施工的，但還是出現了墻體部分區域缺陷的問題。經過對原始資料分析和施工過程控制回憶，造成這一問題主要原因有以下兩點：

（1）在下放鋼筋籠后攪拌樁和地下墻之間土體發生坍塌，塌方土體落入鋼筋籠內造成墻體部分區域沒有混凝土。

（2）在澆灌混凝土過程中，導管埋管深度不夠，導致墻體質量出現問題。

4 地下連續墻墻身修補方案

地下連續墻作為工作井圍護結構，W4墻身質量問題可能導致該處圍護結構在強度、剛度和止水三方面功能性缺失。為確保基坑安全，同時保證隧道主體結構完整，從以下三方面擬定措施：

（1）坑外支護：在W4幅地下連續墻西側（坑外）施工一排柱列式灌注樁，覆蓋W4幅地下連續墻迎土面，彌補地下連續墻強度、剛度的不足。在灌注樁內外兩側各施工一排旋噴樁，采用MJS高壓噴射注漿工藝實施土體加固，加強止水效果。

（2）基坑開挖：工作井每層土方開挖時，以1 m高度分若干薄層實施基坑開挖，優先開挖W4附近土體，如墻身質量較差則采用人工掏挖至40 cm后立模補澆混凝土，主要起到三個作用：改善圈梁受力、加強圍護止水、傳遞圍護水平分力。

（3）內部結構：底板澆筑完成并達到設計強度后，由下往上順筑工作井內部結構。在內部結構特別是內襯墻施工的同時，鑿除開挖階段補澆的混凝土，分層向外掏挖W4劣質混凝土至迎土面豎向主筋，與內襯墻一起澆筑混凝土，完成W4地下連續墻墻身修復工作，見圖1。

4.1 柱列式灌注樁

工作井W4幅地下連續墻外側施工一排深50 m、Φ1500 mm鉆孔灌注樁，樁距1800 mm。為避免受前期施工的三軸攪拌樁影響，灌注樁施工前須確認前期三軸攪拌樁位置。

待MJS加固完成后放坡開挖至工作井頂圈梁底，鑿除灌注樁樁頂，暴露出主筋，制作柱列式灌注樁頂圈梁1800 mm×1200 mm，頂圈梁成[形與W4幅地下連續墻頂圈梁緊貼。圈梁施工時，需對新舊頂圈梁連接處進行鑿毛，暴露出舊圈梁側向主筋，將新、舊圈梁主筋進行焊接。

4.2 MJS加固

待柱列式灌注樁施工完成并養護達到一定強度后，在灌注樁東西兩側土體進行加固，土體加固采用MJS高壓噴射注漿工藝。加固范圍灌注樁東西兩側各一排，內排加固深度為地面以下22～50 m，外排為地面以下8～24 m。

5 后續基坑開挖方案

工作井土體分層繼續以工作井設計支撐結構底面為界進行劃分。但每層土體開挖再細分2個步驟進行。每層土體開挖前，先對工作井W4幅地下連續墻附近范圍內的土體進行試探性開挖，以1 m深度為單位分層，逐層放坡開挖。試探性開挖后須向工作井東側臨時放坡，放坡坡度不超過1:1.5。根據開挖暴露后W4幅地下連續墻墻身情況分以下幾種處理方式：

（1）若 W4幅地下連續墻墻身質量無異常

不采取相關措施，繼續工作井本層剩余土方開挖，按照原基坑施工方案進行施工。

（2）若W4幅地下連續墻墻身質量較差

若此種情況，但未見明顯滲漏和涌泥涌砂險情，基坑監測數據無明顯異常，則對該幅地下連續墻進行人工掏挖40 cm，然后在地下連續墻墻身上立模板向掏挖處澆筑商品混凝土，標號為C40，抗滲等級為P10。施工過程中如見險情，則立即停止人工掏挖，采取回填土方等措施確保基坑安全穩定后，再討論后續施工措施。待墻身補澆混凝土同條件試塊養護達到設計后方進行該層剩余土方開挖，然后進行鋼筋混凝土圈梁。

為方便主體結構施工階段的W4墻身修復工作，在墻身補澆混凝土中預留鋼筋混凝土圈梁下層墻身修復澆混凝土的澆搗孔。

圖1 地下連續墻修復示意圖

開挖施工流程：局部開挖→墻身立模→墻身補混凝土→土方開挖→圈梁制作→圈梁養護，重復該流程直至底板澆筑完成。

圈梁施工時需預留下一層內襯墻的澆搗孔和振搗孔，預留孔位置應在本層內襯墻澆筑范圍外，在圈梁中斜深入下一道內襯墻澆筑范圍。

（3）內襯墻施工

工作井內襯墻在底板施工完成后，由下至上順筑施工，分層澆筑。內襯墻施工與W4墻身修復補混凝土工作相結合，同步進行。

澆筑內襯墻前，須鑿除基坑開挖過程中向W4墻身補澆的混凝土，然后對地下連續墻繼續實施人工掏挖，直至地下連續墻迎土面豎向主筋或遇到墻身的正常混凝土后方可停止。

內襯墻施工以鋼筋混凝土圈梁底為界分層進行，W4墻身修復工作以鋼筋混凝土圈梁豎向中心為界分層進行。

施工流程：鑿除W4補澆混凝土→W4人工掏挖→內襯墻鋼筋綁扎→內襯墻鋼筋立模→W4和內襯澆混凝土。

模板工程中采用地下連續墻主筋焊接三角鐵板再與對拉螺桿焊接，螺栓擰緊水平外楞，輔助頂板滿堂支架的對撐作用固定內襯墻側模。

6 后續基坑開挖情況分析

6.1 開挖情況

工作井第四層土方開挖自2011年6月20日開始，坑內設置2臺液壓挖掘機，坑邊布置2臺履帶抓斗配合出土，優先開挖工作井的西半邊土體。受間斷性降雨影響，基坑開挖較緩慢，至2011年6月22日才完成W4幅地下連續墻處土方開挖，累計完成土方開挖約3000方，至此約5 m高的墻身（標高-5.5～-10.32 m范圍）全部暴露。

2011年6月22日下午，施工人員對W4地下連續墻處繼續向下開挖約2 m（標高約為-10.32～-12.32 m），暴露墻身后，對墻身進行插筋測試，然后立即實施土方回填。

位于標高-5.5～-10.32 m范圍的劣質墻身分布范圍由上之下趨向縮小，成倒梯形，主要分布于W4南半墻身。實施表層混凝土人工掏挖，15 c m深度內混凝土結構較松散，強度低；15 cm深度以外混凝土結構趨向緊密，強度明顯升高，致使人工掏挖難度增大，必須采用風鎬方能繼續。

位于標高-10.32～-12.32 m的墻身仍有劣質混凝土分布。項經部對墻身進行簡單的插筋試驗，測試墻身混凝土密實度和強度，據估計15 cm深度范圍內的墻身混凝土結構松散，強度較低。

工作井第四、第五層開挖，深度15～24 m，考慮到墻身混凝土質量情況較好，為防止墻身滲漏，決定在掏挖15 cm深度后采取水泥速凝膠填堵表面。

6.2 原因分析

（1）因為W4地下墻修補時攪拌樁施工長度也到了24 m，W4上部6～10 m露筋深度大，淺層本容易塌方。塌方量多，造成地下墻夾泥多。所以W4攪拌樁和隔離墻之間的土體塌方是造成墻身質量問題的主要原因。

（2）由于發生了塌方，反力箱背側回填的石子容易從塌方區域繞到槽段內，造成墻體內大量塞滿石子，沒有混凝土。混凝土澆灌曲線也反映6～10 m處少澆。從實際開挖看，在6～10 m塌方區（原塌方區加固攪拌樁）靠近反力箱位置夾泥最嚴重。

（3）不排除混凝土導管局部脫管。

6.3 開挖結果

本工程土質較好，開挖面以上以粘土為主，所以雖然有夾泥但未發生嚴重滲漏水，工程順利開挖完畢。

局部有些墻體輕微滲水的地方，多是因為接頭沒有處理干凈或者地下墻施工時沉渣較厚引起的，需要及時改進。

7 經驗與教訓

（1）嚴格按照施工組織設計要求布置鋼筋籠的吊點、擱置鋼板等施工用筋，反力箱背側回填土和石子均要求和混凝土同步回填，堅決避免類似事故再次發生。

（2）確保泥漿質量，尤其是粘度指標控制，加強清孔控制，100%清孔換漿，降低泥漿中含砂量。

（3）加強現場監管，尤其是混凝土澆灌過程中埋管深度控制一定要嚴格按照規范標準執行。這是保證墻體質量的最后一道防線。

（4）如果遇到大量塌方，重新回填再加固的工程，攪拌樁加固體邊線距離地下墻不能大于15 cm，養護時間不能少于2周。

（5）對地下墻接頭處理要徹底，這是避免接頭滲漏水的關鍵。