富水條件下地鐵出入口部分主體結構下沉改造關鍵技術

吳穎寧

(中鐵十八局北京地鐵指揮部，北京 100000)

0 引言

隨著城市建設和經濟的發展，地下工程的改建將越來越多。在地下工程改建過程中，新建結構與原結構的接縫處理，直接關系到建筑物的安全及使用性能。接縫問題若處理不好，將造成嚴重后果。在以往的研究分析中，以如何解決新舊結構差異性沉降的問題較多。文獻［1］結合西直門車站改造施工，闡述了暗挖隧道新舊結構接合的關鍵技術;文獻［2］對已建地鐵車站改造結構進行技術評估，并涉及對原結構設計內力和位移附加增量的有效控制;文獻［3］針對蘇州地鐵金雞湖西站與地下廣場結構接駁，對車站原圍護結構與主體結構進行改造設計與施工的風險評估;文獻［4］以深圳地鐵新建3號線老街站換乘綜合體與運營地鐵車站接駁工程為實例，對運營車站臨時加固防護、分部切割既有結構、新舊結構接駁等關鍵技術展開論述;文獻［5］以北戴河火車站接長地下通道防水處理為實例，總結了新舊混凝土接茬部位如何進行防水處理以及施工中的特點與難點;文獻［6］分析地鐵明挖車站防水問題的主要原因，統計國內主要城市明挖車站使用的柔性防水材料，并總結目前明挖車站主要采用的2種防水體系;文獻［7］對常用的地鐵明挖車站的防水(包括SBS、瀝青卷材、聚氨酯涂膜防水等)施工技術進行探討和分析;文獻［8］以地鐵安定路站—北土城東路站區間明挖段穿越小關2號樓為例，對該項技術的應用進行了詳細的闡述，并對其優缺點進行了分析;文獻［9］主要針對天津地鐵1號線既有站改建工程，詳細闡述了新建結構與既有結構相接及防水連接的施工技術;文獻［10］以某地鐵工程為背景對如何解決既有地鐵區間隧道結構的防水及其耐久性問題進行了探討，對新建地鐵如何滿足結構防水需要提出了初步設想;文獻［11］闡述蘇州地鐵金雞湖西站與蘇州中心地下商業廣場結構接駁技術，對已建成車站結構進行改造加固;文獻［12］結合朝陽公園站工程實際，介紹了車站明挖基坑段帷幕的施工及設計概況，對帷幕止水效果欠佳造成滲漏的原因進行了分析，并提出了相應的滲漏水處置措施。

以上文獻針對結構改造過程中施工自身安全及新舊接縫處理的研究和分析較少。而近年來地鐵工程滲漏問題頻繁出現，滲漏水的整治既困難、費用又高，嚴重影響了地鐵的正常運營，危害了建筑物的使用安全和壽命。本文以2號線鼓樓大街站西北出入口結構改造為背景，闡述基坑改造旋噴止水帷幕、基底加固及接縫過渡等技術，并提出安全質量控制要點及改進措施。

1 工程概況

1.1 工程概述

新建地鐵8號線鼓樓大街站西北口時，需對既有2號線鼓樓大街站原西南口進行改造。為滿足2號線鼓樓大街站正常運營要求，2號線鼓樓大街站新增西北出入口。西北出入口平面位置關系見圖1。

圖1 西北出入口總平面示意圖Fig.1 General plan of northwest entrance/exist of Guloudajie station

新增西北出入口共設置東西2處斜通道，其中東側斜通道結構施工完成后，開始進入暗挖段施工，由于現狀污水管線標高與勘測資料提供不符(實際污水管位置比圖紙位置低3.9 m，且實際污水管底部有10 cm素混凝土墊層)，暗挖段初期支護施工至污水管下方時，發現污水管位于暗挖上半斷面內。暗挖段整體位置須至少下調2.7 m方可避開污水管，從而導致已建成的明挖段結構底板及側墻鑿除并向下續接2.7 m。污水管與暗挖通道位置示意見圖2和圖3，明挖結構下沉示意見圖4。

1.2 工程地質及水文地質情況

明挖段基坑從上至下依次穿越的地層為房渣土、粉質黏土、黏土、細粉砂、粉質黏土、細粉砂，其中下沉段部分位于細粉砂地層中。

根據地質勘察報告顯示，本基坑開挖范圍內主要地下水層為潛水層，水位埋深4.4～8.65 m。根據原基坑施工揭露地質情況，下沉段開挖范圍細粉砂地層含水量較大，存在流砂現象。

圖2 污水管與暗挖通道平面示意圖Fig.2 Plan showing relationship between sewage pipe and mined passage tunnel

此外明挖改造基坑北側3.1 m為北二環護城河，該護城河常年水位較高，結構改造時要做好止水及應急措施，防止河水滲入或倒灌。

基坑地質剖面見圖5。

2 基坑圍護結構及基底加固措施

2.1 基坑穩定性驗算

原基坑采用明挖法施工，φ800@1 200鉆孔灌注樁做圍護結構，基坑周邊設置單排φ600，咬合200 mm的三重管高壓旋噴樁做止水帷幕。圍護樁嵌固深度為2.1～7.2 m(斜坡段部分圍護樁嵌固深度較少)，基坑下沉2.7 m后圍護樁嵌固深度明顯不夠，部分圍護樁在基坑下沉開挖時，樁底將會暴露，旋噴止水帷幕深度亦不能滿足要求，基坑整體穩定性需重新進行驗算。

圖3 污水管與暗挖通道位置示意圖Fig.3 Profile showing relationship between sewage pipe and mined passage tunnel

圖4 西北出入口明挖段改造縱剖面示意圖Fig.4 Profile showing structure of open-cut passage tunnel

計算方法:采用理正基坑穩定分析驗算軟件輔助分析，瑞典條分法應力狀態，總應力法條分法中的土條寬度為1.0 m。基坑穩定驗算簡圖見圖6。

基坑整體穩定性驗算相關參數如下:

整體穩定安全系數Ks=1.165＜1.35，不滿足規范要求。

圓弧半徑R=10.826 m;圓心坐標X=－2.719 m;圓心坐標Y=8.098 m。

圖5 基坑地質剖面圖Fig.5 Profile showing geological conditions of foundation pit

圖6 基坑穩定驗算簡圖(單位:m)Fig.6 Sketch of calculation of foundation pit stability(m)

2.2 設計處理方案

針對基坑整體穩定性不滿足規范要求及樁基嵌固深度不夠的情況，結合現場實際，在基坑開挖前，采用旋噴樁對改造后基坑底板下方4 m范圍土體進行加固，同時將旋噴止水帷幕加深至基坑底2 m，加固后土體滲透系數滿足≤1×10－6cm/s，28 d無側限抗壓強度不小于1.2 MPa。

旋噴加固方案見圖7，處理后基坑整體穩定性驗算簡圖見圖8。

基坑整體穩定性驗算相關參數如下:

整體穩定安全系數Ks=1.564＞1.35，滿足規范要求。

圓弧半徑R=14.070 m;圓心坐標X=－1.225 m;圓心坐標Y=11.783 m。

2.3 施工工藝

2.3.1 基底加固

底板下方土體加固主要目的是為了提高基底土體穩定性，避免出現基底隆起，應在底板破除之前施作。首先利用φ150水鉆在底板上打孔，孔間距為600 mm，孔深穿透底板，然后采用XP－50A鉆機進行三重管高壓旋噴，旋噴直徑為800 mm，咬合200 mm，漿液為1∶1水泥漿，噴漿壓力為18～20 MPa，加固范圍至改造后底板下方4 m。基底加固旋噴樁布孔見圖9。

圖7 旋噴加固示意圖Fig.7 Sketch of jet grouting consolidation

圖8 處理后基坑整體穩定性驗算簡圖(單位:m)Fig.8 Sketch of calculation of foundation pit stability after jet grouting consolidation(m)

2.3.2 外圍止水帷幕改造

對原止水帷幕進行加深施工，一方面是提高其止水能力，另一方面有穩定側向基坑外巖土作用。為加快施工速度，提前利用地質鉆機進行鉆孔，鉆孔深度至基坑底2 m，然后進行旋噴樁施工。旋噴樁直徑為600 mm，咬合200 mm，漿液采用水泥漿，水灰質量比為0.8～1.5。

圖9 旋噴樁布孔示意圖(單位:mm)Fig.9 Layout of jet grouting piles(mm)

2.3.3 結構分段改造

除采取以上基底加固及止水帷幕加深方案外，結構改造應分段進行。改造時應由埋深小的部位向埋深大的部位進行，同一時間段內只能進行一段結構改造施工，上一段結構強度達到要求后，再進行下一段施工。結構改造過程中應加強監控量測施工。結構分段改造見圖10。

我說到做到，第二天早晨我給周書記打了個電話，告訴他我已經到林業局報到了，周書記在電話中笑哈哈地說，小孫啊，你這就對了嘛，好好干，你可是前程無量啊！我沒有答他的話，而是盡快找到有關文件，又請人事部門的領導喝了一餐酒、洗了桑拿、找了小姐按摩，最后把穎春安排進了民政局。

圖10 明挖結構底板及側墻分段改造縱剖面圖Fig.10 Division of floor slab and side wall of open-cut passage tunnel for the purpose of renovation

3 新舊混凝土結構接縫防水保證處理措施

原明挖結構防水均采用膨潤土防水毯，結構改造時，需鑿除已完成的底板及部分側墻，側墻防水會有一定的損壞，與新做防水續接時，難以保證防水質量，且接縫處混凝土澆筑難以保證澆筑密實。改造過程中應做好新舊側墻防水層續接及施工縫接頭處理措施。

3.1 新舊防水層續接

3.1.1 做好鑿除過程中防水毯保護

既有結構底板及側墻鑿除時，首先將底板沿側墻內側切除，側墻底部范圍內的底板保留，然后人工采用風鎬破除側墻，側墻厚度為700 mm，當將一定范圍內的側墻均破除達到650 mm時，再人工換用鋼釬慢慢將剩余側墻剔除，最后人工慢慢清除防水毯上附著的混凝土塊。

3.1.2 做好新舊防水層的搭接

側墻破除完成后，將已完成的膨潤土防水毯破損部位切除，然后清洗鋼筋，應盡量保證預留防水毯搭接長度不小于100 mm。

向下續接防水層時，將上部外露防水毯掀起，下層防水毯伸入外露防水層背側100 mm以上，放下外露防水毯，在外露防水毯底部與續接防水毯接茬位置采用3 kg/m2的膨潤土顆粒和密封膠密封。

新舊防水毯接茬部位應設置寬度不小于250 mm的加強層，上下均采用固定件固定牢固，固定件周邊采用膨潤土密封膠密封。

若在結構鑿除過程中發現防水毯破壞，不能滿足搭接長度不小于100 mm的要求，應采用膨潤土密封膏對損壞部位進行填補，并在迎水面增設一道加強層。

圖11 新舊防水層搭接示意圖Fig.11 Sketch of overlapping between existing waterproofing layer and new waterproofing layer

3.2 施工縫接頭處理

3.2.1 新舊側墻鋼筋連接

側墻混凝土鑿除完成后，將鋼筋主筋上的殘留混凝土清理干凈，新建底板及側墻與已清理完成的鋼筋連接時，為確保連接質量，現場采用Ⅰ級冷擠壓套筒機械連接。

3.2.2 新舊混凝土接縫處理

1)側墻混凝土鑿除時，底部與新建側墻接縫處宜做成坡口型，破口面與水平面成30°，鑿毛處理，并在距離側墻內外表面100 mm處設置2道遇水膨脹止水膠，止水膠擠出粘貼在接縫表面，固化成型后斷面尺寸不小于(8～10)mm×(18～20)mm。

2)續接混凝土應采用微膨脹混凝土，并預留注漿管，注漿管采用全斷面注漿管，引出間距為2～3 m。

3)續接段結構底板及側墻應分2步進行施工，先澆筑底板，后澆筑側墻。側墻澆筑完成后，及時通過注漿管對施工縫部位進行注漿處理，漿液采用水灰質量比為0.8的水泥漿，注漿壓力≤0.5 MPa。

新舊混凝土接縫處理見圖11。

4 施工效果

在西北出入口明挖改造期間，通過布設在側墻內側的收斂點及冠梁頂部的垂直位移點對基坑整體穩定性進行監測，最終收斂點最大變化值為2 mm，垂直位移點最大變化值為4 mm，均在允許范圍之內，結構改造完成至通車1年內新舊混凝土接縫處未發現滲水、濕漬等現象。

5 結論與建議

1)本工程通過對新舊結構混凝土連接、接茬處防水處理的施工，防水工程無滲、無漏，結構表面無明顯裂紋，結構強度滿足設計要求，確保了結構防水效果，實現了新舊結構的良好過渡。

2)明挖基坑穩定性與圍護樁嵌固深度及基底周圍水文、地質特性參數息息相關，在因特殊情況導致圍護樁嵌固深度不能滿足要求的情況下，通過土體加固可以在一定程度上提高基坑整體穩定性。

3)新舊結構連接及防水是一個非常復雜的難題，在正常施工過程中應盡量避免。若因特殊原因需進行新舊結構及防水續接施工，為確保防水效果，應增加設防道數，如增加止水膠條、增設加強層或采用膨脹率較高的新型防水材料等，以保證防水質量。

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