軟土環境下超深地下連續墻施工關鍵技術研究

荀 為 卓

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433)

0 引言

我國經濟建設高速發展，城市化進程不斷加快，地下開發規模日益增大、建設難度日益復雜，其變形和環境影響更加明顯。作為地下空間開發的主要建設方式——深基坑工程的規模和深度越來越大，同樣作為深基坑工程最為安全可靠的圍護結構——地下連續墻的深度也越來越深，地質條件和建設環境亦越來越復雜。傳統的地下連續墻施工方法存在一些缺陷和局限性，抓斗成槽機在堅硬的砂層、巖層成槽難度極大，甚至無法成槽；超深地下連續墻因其垂直度要求更高，傳統地下連續墻施工工藝難以做到；超深地下連續墻中，傳統施工方法的一些工序如鎖口管提拔風險過高，如鎖口管起拔摩阻力太大、型鋼接頭鋼筋籠起吊風險太高；超深地下連續墻成槽時間長，相當長的一段時間是靠泥漿來保持槽壁的穩定的，對護壁泥漿的性能和施工控制技術要求也會更高。此外超深地下連續墻施工單幅槽段周期較長，施工過程對環境的影響控制也提出了更高的要求?；诖耍疚囊攒浲脸鞘泻诵某菂^緊鄰運營軌道交通線的重大工程為依托，開展超深地下連續墻施工關鍵技術研究，研究軟土復雜敏感環境下的超深地下連續墻施工技術，為軟土地區地下空間開發提供有力的技術支撐。

1 工程概況

本文的背景工程是在建的上海浦西第一高樓——徐家匯中心項目，該項目是大型綜合體項目，位于上海市徐家匯核心地段，北臨規劃四路、南臨虹橋路、東臨恭城路、西臨宜山路。工程占地面積約6.6萬m2，基坑面積約5.5萬m2，地下室大部分為6層，普遍挖深32.45 m，局部深坑挖深37.15 m。項目周邊環境復雜，建(構)筑物密集，東側緊鄰地鐵11號線且與11號線車站主體共墻，北側地鐵9號線隧道區間穿越地塊(見圖1)。深基坑圍護結構采用地下連續墻，6層地下室區域外圍采用銑接頭形式，其余地下連續墻采用十字鋼板接頭形式，地下連續墻共計378幅，總延長米近2 000 m，其中75 m深深銑接頭地下連續墻共213幅，延長米1 018 m(見圖2)。

本工程地下連續墻施工面臨的主要難特點有：地墻深度大，最深達75 m，墻底位于⑨1粉砂層，超深地下連續墻致鋼筋籠起吊重量大；場地位于徐家匯繁華地段，場地橫跨地鐵9 號線、緊鄰11 號線，周邊分布有較多高層建筑，場地周邊道路下方分布有電力、信息、能源、雨水等管線，環境十分復雜。

2 槽壁穩定性分析

影響地下連續墻施工安全穩定性的主要因素有很多，比如地質條件、施工工藝、成墻深度、泥漿比重及混凝土澆筑等，其中在成槽過程中槽段開挖深度越大，對地質土層擾動越大，成槽垂直度控制越難，對施工的要求亦越高。在地下連續墻開始施工前，對其槽壁穩定性進行分析，掌握超深地下連續墻成槽對周圍土層的影響規律，以期采取針對性的安全施工措施指導實際工程施工。

通過大型有限元數值分析軟件建立三維模型對不同成槽深度的槽壁分別進行了計算分析，總結出成槽深度對周圍土層側向位移的影響。因實際施工場地土層厚度分布不均、地下障礙物眾多且雜亂無規律等因素，故計算模型中采用單一土層來模擬場地條件，但是模型可反映土體剛度隨深度的變化。在每一成槽施工步中，通過“殺死”相應單元來模擬開挖成槽，開挖成槽后立即在槽壁和槽底面施加靜水泥漿壓力，計算達到平衡狀態。通過建模計算，得出成槽深度與最大側向位移關系如圖3所示，成槽階段泥漿液面下降與最大側向位移、土層沉降量關系如圖4，圖5所示。

從圖3～圖5可看出，側向位移、土層沉降量和成槽深度總體上是呈正相關線性變化關系。成槽深度由30 m增加到70 m時，成槽階段最大側向位移由6.58 mm增加到7.12 mm，增幅8.2%，即每10 m成槽深度增幅約為2.1%。當泥漿液面由正常情況下降2 m時，其側向位移由6.2 mm增加到12.8 mm，最大值增幅106%，即泥漿液面每下降0.5 m，側向位移增加百分比為26.6%；當泥漿液面下降2 m時，2 m深度處土層的最大沉降量由2.3 mm增加到5.15 mm，最大值增幅124%，即泥漿液面每下降0.5 m，地層沉降量增加百分比為31%。槽段泥漿液面下降在成槽過程中應引起足夠重視，必須保證槽段中泥漿液面滿足規范要求，但出現液面下降時，應及時補充泥漿。

3 施工關鍵技術研究

地下連續墻套銑工藝是一種基于雙輪銑槽機的施工工藝，通過雙輪銑槽機銑輪的旋轉，以銑輪上的刀齒將接先行施工形成的一期槽段接縫面混凝土銑削成鋸齒狀，起到類似于新舊混凝土施工縫中常用的鑿毛作用，使得后澆筑施工的二期槽段混凝土與一期槽段混凝土在接縫處形成良好咬合作用，是目前最為先進的一種地下連續墻接頭形式。套銑工藝作為一種新的施工方法已經在國內外一些地區的超深地墻項目中有所應用，套銑工藝施工如圖6所示。

3.1 套銑一期槽段施工關鍵技術

1)抓銑結合施工。

本工程75 m地下連續墻較深，為保證墻體整體垂直度滿足設計要求1/500，對于上部純抓土體用液壓抓斗成槽機抓至40 m，然后用雙輪銑槽機銑至設計深度。一期槽段采用抓銑結合的成槽工藝進行成槽，發揮了不同成槽設備的優點，以液壓抓斗成槽機抓取黏土、雙輪銑槽機銑削砂土的方法取長補短，是軟土地基中地下連續墻最為合理的成槽工藝。

2)垂直度控制。

一期槽段成槽施工，其定位和垂直度控制直接影響到二期槽段套銑接頭的施工質量，利用全站儀定位、銑槽機機載計算機、液壓糾偏系統、超聲波檢測等多種方法或相結合，在成槽施工過程中加以控制，在成槽完成后再加以檢測，形成一套的槽段定位、糾偏的施工技術，能夠有效的控制一期槽段的垂直度，為套銑接頭的施工創造先決條件。

3)鋼筋籠制作與吊放。

在確保成槽垂直度滿足設計要求的基礎上，通過高精度的超長鋼筋籠制作和吊放技術，有效保證一期槽段鋼筋籠在槽段內安放在準確的位置，避免二期槽段套銑銑削到鋼筋籠，有效保證套銑接頭的順利施工。

3.2 套銑二期槽段施工技術研究

1)二期槽段銑削混凝土厚度將關系到其能否形成有效的套銑接頭，銑削一期槽段混凝土的厚度在保證接縫需要的前提下，還應結合地下連續墻深度合理選定。在目前的施工精度下，套銑接頭銑削混凝土厚度一般為200 mm，當深度超過60 m的應選取搭接300 mm。本工程75 m地墻銑削混凝土兩端各為300 mm。

2)二期槽段成槽時銑削一期槽段端面混凝土，故二期槽段施工受一期槽段影響較大。二期槽段施工時應當根據一期槽段的端面垂直度情況進行糾偏控制(見圖7)，并采取必要的防抖動措施來避免銑削混凝土時銑槽機抖動所產生的影響。

3)二期槽段成槽完畢后需要采用刷壁器進行刷壁，并利用銑槽機反循環清基技術進行清基換漿，這些措施能夠有效的減少槽底成渣和接縫夾泥，保證地下連續墻套銑施工質量。

3.3 套銑泥漿工藝

由于銑槽機依靠銑刀齒銑削成槽，依靠泥漿泵吸漿的施工特點，銑槽機施工中的泥漿更類似于鉆孔灌注樁反循環工藝，其主要起到泥漿護壁、攜渣和冷卻銑輪的作用。除了確定適宜的泥漿配比和性能指標外，還由于銑槽機泵吸反循環流量大，效率高，傳統的泥漿供應手段很難滿足銑槽機施工需要，因此在施工前還必須建立一個能高效運作的泥漿系統以保證銑槽機施工時泥漿循環供應的需要。

根據相關規范、本工程地質條件、水文情況、類似工程經驗以及我司地下連續墻的施工經驗，本工程75 m深套銑地墻施工階段泥漿控制指標為：新漿粘度控制在不小于23 s，比重為1.03～1.08；循環漿粘度不小于25 s，黏土層中比重小于1.2，砂土層中比重小于1.3；清基后泥漿比重為1.05～1.2。

新漿應提前配置儲存，經過不少于24 h的水化過程才能投入使用，新漿主要用于首開幅施工、配兌調節循環泥漿性能、槽段清基換漿三個方面。泥漿在施工過程中進行循環利用，還需要一個系統對泥漿進行除砂凈化處理。

4 臨近地鐵保護區域施工關鍵技術

軌道交通9號線位于背景工程場地西北側，自場地西北側橫穿，距主體基坑外邊線約10 m。軌道交通11號線位于場地東側，基坑與其相鄰。施工中必須采取一定的技術措施保障地鐵9號線、11號線安全。基于此復雜敏感的環境保護要求，通過與地鐵運營公司溝通，并根據“上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵技術管理暫行規定”執行有關地鐵沿線工程有關要求采取以下技術措施來保障運營地鐵線安全。

1)在地鐵工程外邊線兩側鄰近3 m范圍內不進行任何工程。隧道中心線兩側各30 m、車站中心線兩側各50 m范圍內為保護范圍加強施工監測，當地鐵結構設施絕對沉降量及水平位移量、隧道變形曲線的曲率半徑、相對彎曲等任一項指標超標時應立即停止施工，待變形穩定后重新施工。

2)施工進場后，著手布設監測點，形成監測系統；積極同隧道監測單位聯系，及時獲取隧道內部自動監測的最新數據，并根據監測數據對施工參數進行及時調整以保證隧道變形在規范、設計要求范圍內；通過自身監測及隧道監測單位雙方的監測，更好的對車站隧道的信息得以了解，一旦超過警戒值立即報警，并安排專項事故處理進行加固或其他措施。

3)施工參數嚴格控制。本工程超深地下連續墻成槽設備采用銑槽機與成槽機進行抓銑結合施工，泥漿采用NV-1鈉土泥漿進行護壁，加之其他輔助手段，能確保槽壁穩定與成槽順利；合理布置機械設備、材料堆放等場地布置，合理安排施工流程，成槽時槽壁附近應盡可能避免堆載和機械設備對槽壁產生的附加應力，并減少振動；導墻做成“][”形以防導墻坍塌，并采用雙層配筋的措施；嚴格控制泥漿的液位，液位下落及時補漿，以防塌方。在距離建構筑物過近區域，將泥漿液面抬高，泥漿比重在規范允許的條件下適當提高。

5 結語

本文針對軟土地區超深地下連續墻成槽工效低、槽壁易失穩、垂直度控制難等技術難題，結合軟土地區城市核心區復雜的地質條件和建設環境，以重大工程為依托，研究了槽壁穩定性、套銑一期槽段“抓銑結合”成槽、二期槽段套銑成槽等關鍵技術，并對其技術要點進行了闡述，有效的保證了超深地下連續墻的質量和安全施工。該工程378幅地墻已施工完成，施工工藝及施工質量均可滿足設計及規范要求，其中223幅75 m超深地墻垂直度都小于1/500，地墻施工充盈系數總體在1.05左右，從側面印證了該工程地墻施工質量。同時通過制定臨近地鐵保護區域施工關鍵技術措施，減小了施工對周邊環境的影響，有力的確保了運營地鐵線的安全。本文所闡述的技術實現了軟土超75 m深地下連續墻在商業性項目大規模實施，可為今后軟土更深地墻提供了技術支撐和參考。