潛水員在地鐵車站水下開挖工藝中的應(yīng)用探討

彭祥峰 張真

Application of Divers in Underwater Excavation Technology at Subway Station

摘要： 本文從一個(gè)工程實(shí)例出發(fā)，介紹了在永定門外地鐵車站的建設(shè)中，潛水員隊(duì)伍在水下開挖中起到的關(guān)鍵作用，詳細(xì)介紹了潛水員參與水下開挖的施工工法、施工工藝、施工工序以及流程。對地鐵車站水下開挖施工領(lǐng)域具有一定的借鑒意義。

Abstract： This article starts from an engineering example and introduces the key role of the divers' team in underwater excavation during the construction of the subway station outside Yongdingmen. The construction method， construction technology and construction process of the divers' participation in underwater excavation are introduced in detail， which has certain reference significance for underwater excavation construction of subway station.

關(guān)鍵詞： 潛水員；水下切割；盲區(qū)清淤；水下錄像

Key words： divers；underwater cutting；blind dredging；underwater video

中圖分類號(hào)：U231+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）15-0111-02

0 引言

潛水員在工程中的應(yīng)用主要為港口與航道工程、橋梁工程、沉船打撈等，但在地鐵車站中應(yīng)用為全國首次。由于工程潛水作業(yè)時(shí)間長，強(qiáng)度大，對安全的要求較高，工程潛水一般采用水面管供的形式。進(jìn)行工程潛水需要配備一定技術(shù)裝備，有水下錄像設(shè)備、水下電焊切割設(shè)備、輕重潛水設(shè)備、水下分裂混凝土設(shè)備等，潛水人員要求要取得專業(yè)資格證書，潛水作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，并且對水下作業(yè)深度有一定要求。北京地鐵8號(hào)線永定門外車站基坑水位線以下土體開挖不做常規(guī)降水開挖，使用旋挖鉆機(jī)、重力抓斗進(jìn)行土方帶水開挖。但因主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐及腰梁導(dǎo)致盲區(qū)部位無法開挖，因此需要潛水員進(jìn)行對盲區(qū)進(jìn)行處理以及其他水下作業(yè)。本文通過總結(jié)潛水員在水下開挖中應(yīng)用的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要點(diǎn)，為北京市地鐵車站及類似地層區(qū)域的工程中更廣泛地應(yīng)用水下開挖施工工法提供技術(shù)參考。

1 工程概況與難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

8號(hào)線三期06標(biāo)包括1站1區(qū)間。車站為永定門外站，區(qū)間為永定門外站～木樨園橋北站。車站主體結(jié)構(gòu)為地下四層三跨框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系，車站總長139.2m，標(biāo)準(zhǔn)段寬24.9m，端頭井寬29m，底板埋深約34/32m。

本次潛水作業(yè)施工包括車站承臺(tái)基坑地下連續(xù)墻水下墻體、剪力槽清理、附著地連墻止?jié){鐵皮切割去除，腰梁及板撐（陰角）下側(cè)土體清理，基坑底部進(jìn)行清理整平作業(yè)。

水下作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)顯著：①水深：最大作業(yè)水深17米；②表層水溫：根據(jù)潛水員實(shí)際下水作業(yè)時(shí)間確定；③能見度為零。

1.2 水文地質(zhì)條件

水下開挖區(qū)域位于地下水位線標(biāo)高向下至封底混凝土底標(biāo)高的卵石⑤層、粘土⑥層和卵石⑦層，該地層含水量高、透水性好，地下水流速大，其中卵石⑤、⑦層極其致密，重型動(dòng)力觸探值分別為85和115，詳見圖1。

2 水下開挖簡述

永定門外站是北京地鐵8號(hào)線3期難度最大的車站之一，該站地下水充盈，如果按照常規(guī)施工，車站的日涌水量將達(dá)到18萬立方米，既浪費(fèi)地下水資源，又有極大的安全控制風(fēng)險(xiǎn)。“當(dāng)年北京南站施工時(shí)的日排水量達(dá)到13萬立方米，永定門外站水位比南站還深了近6m，常規(guī)開挖方法根本無法完成施工。

為了解決這個(gè)技術(shù)難題，施工單位決定參照在建設(shè)南京緯三路過江通道時(shí)水下開挖的方式，提出永定門外站水下開挖施工的初步設(shè)想。

水下開挖是一種跨江河橋梁深水墩基礎(chǔ)施工工藝，而修地鐵和橋梁不一樣，從圍護(hù)體系、開挖方式到作業(yè)環(huán)境都不一樣，將水下開挖運(yùn)用到地鐵施工中，在國內(nèi)尚屬首次。

施工單位將車站分為16個(gè)倉進(jìn)行開挖，并采用了超厚地連墻、貝雷鋼架平臺(tái)作業(yè)、旋挖鉆車站水下取土、潛水員水下作業(yè)等軌道交通建設(shè)中極少見到的設(shè)備和工藝。

3 潛水員在水下開挖中的應(yīng)用

3.1 潛水員施工內(nèi)容概況

水下開挖過程中，主要涉及工程范圍為封底混凝土范圍內(nèi)地下連續(xù)墻（圍護(hù)結(jié)構(gòu)）墻壁清理、地下連續(xù)墻剪力槽清理、止?jié){鐵皮清理、腰梁及板撐（陰角）下側(cè)土體清理、分倉墻吊筋切割、基坑底面整平、淤泥清理以及拍照攝像的檢測工作，如圖2所示。

3.2 潛水員施工準(zhǔn)備

①潛水員采用TF-12型通風(fēng)式重裝潛水裝置，該裝置主要由380V外接電源、0.9m3空氣壓縮機(jī)、潛水膠管、頭盔、潛水服、壓鉛、腰節(jié)閥、潛水鞋、對講機(jī)等組成。②水上作業(yè)平臺(tái)：由于施工在地連墻圍護(hù)體內(nèi)，施工船舶無法進(jìn)入，故水上作業(yè)平臺(tái)采用浮箱現(xiàn)場拼裝，選用單體浮箱尺寸為3m×3m。③吊籃：從基坑頂?shù)剿伦鳂I(yè)面高差約22m，為便于潛水員從地面到達(dá)基坑水中，故采用吊機(jī)配合吊籃配合潛水員上下。吊籃設(shè)計(jì)為1.5m（長）×1.5m（寬）×1.2m（高），吊籃骨架采用5×5角鋼焊接，內(nèi)鋪木板，一側(cè)采用移動(dòng)門，方便潛水員進(jìn)出吊籃，吊籃用履帶吊或汽車吊著上下。

3.3 潛水員水下施工

①腰梁及板撐（陰角）下側(cè)土體清理。當(dāng)開挖到腰梁下段水線下時(shí)，停止開挖，由潛水員使用高壓槍清理腰梁及板撐（陰角）下側(cè)土體，配合抓除清理物。當(dāng)開挖到剪力槽上端平面時(shí)，停止開挖，由潛水員使用高壓槍清理腰梁及板撐（陰角）下側(cè)殘余土體，配合抓除清理物。②水下混凝土澆筑范圍內(nèi)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻壁（地下連續(xù)墻）、陰角處的卵石及殘留土由潛水員水下沖、吸，隨開挖進(jìn)度進(jìn)行清理。潛水員著裝下水，操作10個(gè)立方的空氣壓縮機(jī)進(jìn)行陰角處理，卵石及殘留物水吸排到倉中，備于抓斗作業(yè)清除，清除后由潛水員下水使用鋼刷作業(yè)，鋪排式刷除清理圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻壁（地下連續(xù)墻）的粘物，并進(jìn)行刷除后的檢查，以后再用高壓水槍沖洗，確保墻體清潔到位，不留附著物。③剪力槽清理。當(dāng)開挖到剪力槽下1m時(shí)，停止開挖，由潛水員下水，清理剪力槽，并檢查剪力槽的清理效果。潛水員著裝下水，手帶鋼釬潛到剪力槽部位。潛水員探摸確定剪力槽下口，把鋼釬從下口插入向上扳起，使充填泡沫受到損壞并脫開。然后用手或鋼釬撬出，直到泡沫清理干凈為止。剪力槽泡沫清理完畢后，潛水員潛入水下，用水下風(fēng)槍把水泥漿清除干凈，探摸并檢查剪力槽的清理效果。完畢后，聯(lián)系水面工作平臺(tái)人員，上浮出水。

3.4 割除地連墻止?jié){鐵皮外露墻平面部分

①切割設(shè)備介紹：電焊機(jī)選用硅整流300直流焊機(jī)，輸出電壓為5-35V。水下切割工具型號(hào)：SGⅢ型水下氧弧割炬，配用專用水下電割條。②工作原理：割刀利用電和氧氣進(jìn)行切割，電弧放電溶化金屬，同時(shí)赤熱的金屬與氧發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的熱，又在氧氣流的作用下，吹去液態(tài)金屬，達(dá)到連續(xù)切割目的。

3.5 對基坑底部進(jìn)行清理整平，清理地連墻側(cè)壁

完成上述水下作業(yè)后，潛水員對水平面以下墻體清理情況、墻體止?jié){鐵皮切割情況、剪力槽槽口內(nèi)清理情況進(jìn)行水下自檢。自檢并確認(rèn)上述作業(yè)符合要求后，潛水員水下配合進(jìn)行基坑底部清理整平。基坑封底前，由于抓斗在抓取基坑底部時(shí)所產(chǎn)生的凹凸面必須由潛水員水下實(shí)施整平作業(yè)，整平后，底部平面產(chǎn)生的淤土，包括墻體水平面以下清理沖洗后的沉淀物，用專用潛水泥漿泵倒拔抽吸干凈，確保達(dá)到基坑混凝土灌漿封底技術(shù)要求。

潛水泥漿泵選用：潛水泥沙泵NSQ250-35-55參數(shù)，泵流量250m3/h，揚(yáng)程35m，功率55kW，轉(zhuǎn)速980轉(zhuǎn)/分，泵的出口150mm，最低作業(yè)水位126cm，最深作業(yè)水深不超過20m。最大通過顆粒36mm，工作電壓380V，50Hz。

3.6 拍照及攝像

完成基坑內(nèi)所有潛水作業(yè)內(nèi)容，潛水員著裝下水，攜帶水下錄像設(shè)備對作業(yè)面進(jìn)行拍照、攝像存檔作業(yè)，完成后出水。施工水域因基坑開挖所致形成泥漿混合型水質(zhì)，能見度為零，我部水下拍照及攝像作業(yè)將根據(jù)實(shí)際情況采取凈水措施，待具備水下攝像、拍照作業(yè)條件后，由潛水員水下操作施工。

3.7 出水檢查歸位

潛水員出水卸裝完畢后，把所有器材、工具、物品放回原處并清洗整理。潛水員與潛水工程師及時(shí)整理檢查第一手資料。

4 影響

八號(hào)線三期永定門外站作為全國首例水下開挖地鐵車站，對日后國內(nèi)的地鐵修建有著重大的意義。許多因水文地質(zhì)條件而困擾的地域，以永定門外站為先例，能夠更好地開展軌道交通建設(shè)，而潛水員作為水下開挖的重要組成，對于整個(gè)水下開挖有著必不可缺的意義。潛水員的參與及首例水下開挖的開創(chuàng)，多次吸引十幾家媒體前來參觀采訪，在業(yè)內(nèi)也廣為流傳。

5 結(jié)論

八號(hào)線三期永定門外站作為全國首例水下開挖地鐵車站，開創(chuàng)了軌道交通施工建設(shè)的先河，解決了富水致密砂卵石地層條件下地下水處理難、風(fēng)險(xiǎn)高的施工問題，潛水員在其中的應(yīng)用對于水下開挖起到了關(guān)鍵性的作用，解決了水面以下普通人員、機(jī)械無法處理的難題，加快了施工的進(jìn)度，保證了施工的質(zhì)量，值得在軌道交通領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。

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