近距離低凈空下地下連續墻成槽技術研究和探討

杜 峰

(中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

0 引言

在我國，大中城市的用地越來越緊張。地鐵工程作為解決城市交通問題的主要手段之一，線路主要穿越城市建成區及中心地帶，地鐵施工場地周邊條件普遍比較復雜，在近距離、低凈空條件下施工地鐵工程的情況將越來越多。

在上述條件下實施深基坑施工，由于其對后續工序有很強的制約性［1－2］，國內類似課題研究相對較少。而國外地鐵工程建設施工條件好、建設速度低、周期長，工程建設基本上伴隨著城市的擴大和發展，所以國外相關工程實例少，相應的研究也較少。目前國內的地鐵工程蓬勃興起，許多城市往往是幾條地鐵線路同時實施，任務重，工期緊，而在城市建成區及中心地帶，地鐵前期工程如管線遷改、交通疏解、房屋征拆等問題已成為地鐵工程是否能如期完工的制約因素。因此，在近、低凈空條件下實施深基坑施工，已經成為地鐵工程各參建單位需研究的相關課題之一。本文依托深圳市地鐵9號線人民南站，探討在近距離及低凈空作業條件下的地下連續墻成槽技術。

1 工程概況

深圳市地鐵9號線人民南站起于羅湖區春風路高架橋與建設路交匯處，止于春風路高架橋與人民南路交匯處，地面交通繁忙，高樓林立。本站為地下3層島式無柱車站(曲線進站臺)。車站總長度為168.6 m，總寬度為19.8 m，標準段基坑寬度約17.9 m，深約29 m，車站頂板覆土厚度約4.0 m，車站主體為蓋挖逆作法施工。

本工程采用地下連續墻圍護，厚度為1 000 mm，形式有“一”、“L”、“Z”型。地下連續墻分標準幅和轉角幅、端頭幅，車站北側標準幅寬4 m、計39幅;車站南側標準幅寬5 m、計31幅;轉角幅寬3.3～5.3 m、計10幅;西端頭連續墻幅寬4 m、計5幅;東端頭連續墻幅寬4 m、計為5幅;總計為90幅。地連墻長度為31.4～36.9 m。

車站周邊建筑物較密集，距車站結構凈距小，交通繁忙，車流量大。人民南車站北側圍護結構位于春風路高架橋之下，橋梁底板距離地面9.72～11.44 m，北側圍護結構地連墻位于春風路高架橋之下的部分約長130 m，從西側端頭井部分起，最大伸入春風路高架橋之下約4.8 m，沿車站軸線向東逐漸過渡到0，地連墻距北側春風路高架橋樁基最近距離為2.8 m左右，南側靠近廣東省銀行、德興大廈，地下連續墻距離德興大廈挑出陽臺僅0.6～1.2 m，距德興大廈地下室外邊墻為2.6 m，距德興大廈下地下室樁基最近距離為3.6 m左右;車站西端位于建設路，東端位于人民南路上;車站結構頂板正上方有羅雨干渠(6 m×1.6 m雙排雨水箱涵)，與車站縱向平行。人民南路布置情況如圖1—3所示。

圖1 人民南站平面布置示意圖Fig.1 Plan layout of South People Road Station

2 工程地質和水文地質條件

車站基坑側壁主要為人工填土、淤泥質黏土、粉質黏土、粉細砂、中粗砂、圓礫、卵石層、殘積土層及全、強風化變質砂巖層、斷層角礫、強風化糜棱巖，局部為微風化變質砂巖。基坑底板主要巖土層為斷層角礫、強風化糜棱巖，局部位于微風化變質砂巖。

勘察場地附近發育有羅湖斷裂帶FL9，該斷裂全新世斷裂活動特征弱，但受該斷裂影響，該區域巖石多碎裂巖化，重結晶作用較明顯，巖性較復雜［3］。場地內地下水的含水層主要包括人工填土層、粉細砂〈3－3〉、中粗砂〈3－4〉、圓礫〈3－5〉和卵石〈3－6〉。地下水具微承壓性，最大承壓水頭一般為地表。第四系沖洪積砂層水量較豐富，具有中等透水性。人民南站地質剖面布置示意如圖4所示。

圖2 人民南站與周邊建筑物平面關系圖Fig.2 Plan showing relationship between South People Road Station and surrounding buildings

圖3 人民南站剖面布置示意圖Fig.3 Profile of South People Road Station

圖4 人民南站地質剖面布置示意圖Fig.4 Profile showing geological conditions of South People Road Station

3 低凈空近距離成槽重難點分析

1)人民南車站北側圍護結構位于春風路高架橋之下，橋梁底板距離地面9.72～11.44 m，地下連續墻距離高架橋樁基2～6 m，高架橋樁基埋深21.5 m，地下連續墻埋深34 m。在地下連續墻成槽施工、鋼筋籠安裝過程中，需做好高架橋保護，確保橋樁樁基穩定及規避觸碰高架橋的風險［4］。人民南路與春風路高架橋位置關系如圖5所示。

2)人民南車站南側靠近德興大廈，地連墻距離德興大廈挑出陽臺僅0.6～1.2 m，距離其鉆孔樁基礎僅4.3 m，地連墻埋深比德興大廈鉆孔樁基礎深3.6 m，德興大廈地下室距離地續墻僅為1.4 m。在地連墻成槽施工、鋼筋籠安裝過程中，需規避觸碰德興大廈挑出陽臺的風險，及保護德興大廈地下室、樁基安全與變形可控［5］。人民南站與德興大廈位置關系如圖6所示。

4 應對措施

4.1 低凈空條件下的成槽

人民南站北側圍護結構位于春風路高架橋之下，成槽采用HITACHI－KH180液壓抓斗配合沖孔鉆完成。該液壓抓斗機身內設置有特殊性傾斜感應器、液壓糾偏導板等組成的糾偏裝置，操作可隨意控制挖掘機的姿勢，其槽壁挖掘垂直度可達到1/1 000以上。工法特點:1)分槽段施工，速度快。槽幅平面長度一般在3.8～7.2 m，液壓抓斗挖土效率高，一幅6 m寬，30 m左右深的普通地下連續墻施工可在24 h內完成。2)成槽垂直精度高。液壓抓斗上設有傾斜儀和糾偏液壓推板，隨時調控成槽垂直度。3)適應性強。能適應各種平面多邊形的地下連續墻圍護結構，能與導墻成90°，60°，45°等多種角度開挖(必要時還能騎導墻開挖)。4)對周圍環境影響小。作業噪聲小、無振動、無污染，能接近構筑物施工，對周圍建筑物、道路交通、地下管線的影響小，尤其適用于場地狹小、建構筑物密集的施工特點。

圖6 人民南站與德興大廈位置關系圖Fig.6 Relationship between South People Road Station and Dexing Mansion

本工程每幅連續墻采用2臺沖孔鉆同時沖孔。成槽時因液壓抓斗提升高度受限，卸料先放到地面上，再通過裝載機配合完成。施工中遇到硬巖，主孔先采用φ100 mm鉆機引孔，然后采用沖孔方法完成施工［6］。成槽機及引孔布置示意如圖7所示。

低凈空下的成槽，在液壓抓斗挖槽前先沖φ1 000的導孔，用鉆機從地面鉆至巖面標高。其目的是使泥漿充分滲入孔周一定范圍的砂層，增加砂層的黏結力，減少挖槽時槽壁的坍塌性和透水性;沖導孔時，需隨時檢測沖孔的垂直精度，保證精度達到1/300。沖完導孔后，用液壓抓斗進行挖槽，液壓抓斗上有垂直最小顯示裝置，當偏差大于1/500時，進行糾偏工作。抓斗工作寬度為2 m，北側一個標準槽段需要3(2)幅抓才能完成，通過砂層時，挖槽速度不宜太快，并隨時觀測槽壁變形、垂直度、泥漿液面高度。

如發現較嚴重塌坍時，及時將機械設備提出，通知現場技術人員分析原因及妥善處理。對于較硬的中風化巖和微風化巖，抓斗刃切削不動(最大切削力425 kN)，需進行沖錘沖槽。

圖7 成槽機及引孔布置示意圖Fig.7 Channel cutting machine and layout of percussion holes

沖槽采用國產ZP－3沖擊鉆機施工，配備十字沖錘。對一個槽段，平面上從一端沖到另一端，每沖0.5 m厚的一層巖，用液壓抓斗清一次沉碴，這樣可提高沖擊效率。沖槽至設計底標高下0.1 m，用液壓抓斗清完沉碴后即可換漿［7］。

連續墻接頭施工采用工字鋼板接頭方式加旋噴樁止水處理，以確保車站基坑防水能力和車站主體結構防水質量。

在泥漿護壁措施上，為提高泥漿的黏度、屈服值及泥皮的形成能力，維護槽壁的穩定性防止水泥或鹽類污染泥漿，選用膨潤土作為制備泥漿的材料，同時在膨潤土泥漿中加入增黏劑CMC，在加CMC的同時加入分散劑碳酸鈉(Na2CO3)。經過試驗分析，地下連續墻施工泥漿質量配合比為水∶膨潤土∶CMC∶純堿 =3∶80∶0.3∶3。

4.2 關于規避觸碰高架橋風險的措施

4.2.1 鋼筋籠安裝

根據現場測量，現狀地面到春風高架橋底的高度為9.72～11.44 m，地連墻分幅根據接駁器位置初步確定6 m分幅與7.5 m分幅2種方案(如圖8所示)。根據吊車參數，吊車頂至吊鉤最短距離為1 m，吊鉤距離鋼筋籠為1.5 m，鋼筋籠搭接區高出導墻地面0.5 m，因此當采用6 m分幅時，吊車頂距離導墻地面距離為1+1.5+6+0.5=9.0 m(＜9.7 m)，當導墻地面距離高架橋底部的距離大于11.0 m時，采用7.5 m分幅，均可滿足規避觸碰高架橋吊裝的要求。

圖8 地下連續墻鋼筋分幅圖Fig.8 Sectioning of rebar cages of underground diaphragm wall

4.2.2 接駁器連接

常規的接駁器連接方法，連接器兩端鋼筋裹絲長度為連接器一半長度，在旋緊連接器的同時，兩端鋼筋要產生相對移動(0.5個連接器長度)，用于整幅鋼筋籠的連接，施工非常困難。本項目采用的方法，在裹絲時將一端裹絲長度擴大為1個連接器長度，另一端為0.5個連接器長度。在鋼筋加工平臺加工時，通過連接器將鋼筋連接起來，在鋼筋籠吊裝前，將連接器旋至螺紋長的一段，拆開鋼筋籠。鋼筋籠在槽段上方安裝就位準確后，再將連接器由整長的一端旋出，與上截鋼筋完成連接。相鄰接頭50%錯開，錯開長度40d(1.12 m)，連接區域長為1.25 m［8］。鋼筋對接形式如圖9和圖10所示。

4.2.3 鋼筋籠對接流程

1)下段鋼筋籠吊入槽內，用鋼梁挑住暫擱在導墻上。

2)起吊上段鋼筋籠，在自然垂直狀態下對準下段鋼筋籠。

3)緩慢下放上段鋼筋籠，使各組縱向主筋配對理順。

4)對鋼筋籠四周有對接限位標志的幾組縱向主筋擰緊接駁器。

5)重新拎起鋼筋籠，使上下段鋼筋籠呈自然垂直狀態。

6)對其余各組縱向主筋擰緊接駁器。

7)對設置吊環的幾組縱向主筋擰緊接駁器。

8)完善導管插入通道與導管導向筋，有工字鋼槽段焊接工字鋼。

9)補焊水平鋼筋、保護層墊塊。

10)將對接成整幅的鋼筋籠下放入槽［9］。

圖9 鋼筋對接示意圖Fig.9 Rebar connecting

圖10 鋼筋對接現場照片Fig.10 Site of rebar connecting

4.2.4 吊裝設備

吊裝設備采用低凈空、吊裝能力強的隨車吊(型號CAMC+INGABOKGLIOK)。在最低凈高7 m的情況下，吊裝能力達40 t，最大吊裝能力為65 t。低凈空吊裝設備和鋼筋籠照片分別如圖11和圖12所示。隨車吊主要技術參數如表1所示。

圖11 低凈空吊裝設備照片Fig.11 Hoisting machine used in confined space

圖12 低凈空吊裝鋼筋籠現場照片Fig.12 Rebar cage hoisting in confined space

表1 隨車吊(型號CAMC+INGABOKGLIOK)設備主要技術參數Table 1 Main technical parameters of hoisting equipment(CAMC+INGABOKGLIOK)

4.3 高架橋保護措施

4.3.1 設置臨時支墩

與樁柱共同支撐高架橋梁板，分擔橋梁荷載，減少樁基承載力，避免樁側和樁底應力集中而導致基坑連續墻受力變形。同時，圍繞樁基2.5 m范圍內進行注漿加固保護，注漿封堵空隙，減小沉降，提高地基整體性［10］。

4.3.2 監控量測，信息化施工

在樁基礎上設置沉降監測點觀測沉降變化，在臨時支墩上設置應力測試儀監測臨時支墩受力狀況，在橋梁下地面設置沉降點監測地面沉降，根據監測信息指導施工。

4.3.3 控制泥漿比例

杜絕塌槽、槽壁掉塊導致連續墻位移的情況發生。根據掘進深度的不同，泥漿比重也需要進行調整，特別是在〈3－2〉和〈3－5〉土層、軟弱土層交界處、橋梁樁基底部一定范圍內，泥漿比重需通過現場試驗確定［11］。

4.3.4 規避觸碰德興大廈挑出陽臺風險的措施

1)采用一次整幅鋼筋籠吊裝入槽。對現場吊裝工況進行模擬，對吊裝設備行走路線進行演示。盡可能減少吊裝設備的移動，以減少由于吊裝行動引起的吊鉤和吊繩的慣性移動，特別是在鋼筋籠吊裝就位過程中避免移動［12］。鋼筋籠采用整體吊裝，吊裝鋼筋籠選用2臺起重設備起吊(1臺主吊機和1臺副吊機)，先水平吊起離開地面，再緩慢、平穩使之處于垂直狀態，通過主吊車移動、調整放入挖好的槽段中。吊裝作業時，在吊裝區域設立警戒區，其區域主要在吊物正下方和吊臂下方。在吊裝區域附近設置警示標志，指派專人進行安全警戒，吊裝作業時阻止閑雜人員靠近，警戒區內德興大廈一側底層采取安全網防護。德興大廈側地連墻鋼筋籠吊裝照片如圖13所示。

圖13 德興大廈側地連墻鋼筋籠吊裝照片Fig.13 Hoisting of rebar cage for underground diaphragm wall beside Dexing Mansion

2)加強設備操作人員和指揮人員的協調訓練，使之每個動作都協調一致。要求參與人員熟悉現場情況，清楚每幅吊裝參數、吊裝位置情況、吊裝移動距離及吊裝移動速度等信息。

4.4 保護德興大廈地下室的措施

1)車站開挖施工前對德興大廈進行袖閥管注漿加固基礎的保護，注漿保護的具體實施情況如下:沿房屋外墻邊線與基坑之間的地面進行袖閥管注漿鉆孔加固(約3.6 m寬)，注漿材料為普通水泥砂漿，注漿孔間隔1.2 m，注漿深度從地面到基坑底部1 m范圍內注漿壓力不大于1.5 MPa。袖閥管打設以最大程度加固該范圍的地面，盡量減少無法加固盲區為原則。

2)在車站開挖施工前，對德興大廈一側車站地連墻外采用φ600@450，樁長10 m的水泥土攪拌樁進行隔離圍護。德興大廈地下室保護方案圖如圖14所示。

圖14 德興大廈地下室保護方案圖Fig.14 Protection of basement of Dexing Mansion

3)對德興大廈監控量測點進行加密，縱向方向布點加密1倍，增加監控頻率。

在采用上述措施后，對車站基坑開挖進行施工。監測數據顯示，德興大廈地下室向車站基坑方向最大水平側約4.5 mm，變形可控。基坑開挖后顯示地連墻表面平整度及墻體垂直度均達到規范控制要求，墻體及接縫處基本無滲漏水現象，無侵限情況發生，施工過程的安全情況達到預期目的。

5 結論與建議

相關分析及實施結果表明，在近距離低凈空的施工條件下，采用特殊的起吊成槽設備，配合分段鋼筋籠工藝，加強周邊建筑物的注漿保護及配合監測措施，施工方案是可實施的，同時只要技術正確、管理妥善，也是切實可行、安全可靠的。本工程如采用常規的拆除部分高架橋(仍需重新改建)后施工地連墻，經測算需增加相關費用約3 000萬元，施工時間至少滯后1年以上，對項目實施的影響巨大。建議本技術在相同類型工程中加以推廣應用，以達到方便施工、節省費用、提高工效、節地環保的綠色建造目的。

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