支護與主體結構一體化地連墻施工技術研究

夏明錟

（中鐵十一局集團有限公司 湖北武漢 430061）

1 引言

隨著城市地下空間的發展，對地下空間的使用要求越來越高，因此建造地下大空間成為工程技術人員必須面對的課題。目前地下大空間明挖法和蓋挖法施工主要采用矩形框架平頂結構，受結構形式限制結構跨度一般小于10 m，且施工過程中需要大剛度的圍護體系滿足環境和施工安全要求。因此，已有結構和施工方法無法滿足地下大空間安全建造要求，必須提出新的結構設計理念和配套施工方法。支護結構一體化將支護與結構合為一體同時施作，增加支護剛度，既滿足大斷面空間要求，又可以很好地控制地表和周圍建（構）筑物變形。一體化結構可以減少開挖支護步序，可以減少傳統大斷面地下空間施工過程中的臨時支護，節約投資。

隨著城市地下空間向深層發展，必然出現更多的超深基坑。為了加強地連墻的隔震、防水等效果，目前地連墻多采用復合墻和疊合墻的型式［1］，但對于超深地連墻若仍采用復合墻或疊合墻的結構型式，工序復雜且效率較低。因此，超深超厚單層地連墻結構的設計理念是：單層地連墻在施工期間作為圍護結構，承受全部水土壓力；在運營期間兼作為結構外墻，成為主體結構的一部分，還可承受地震力等偶然荷載。支護結構一體化技術具有十分顯著的技術和經濟效果，在國內外大量深基礎工程中得到應用和發展［2－4］。本文結合杭州機場軌道快線工程西湖文化廣場站工程對超深超厚地連墻的施工關鍵技術以及施工期間對臨近既有線的影響進行分析，為支護與主體結構一體化地連墻工程提供參考。

2 工程概況

杭州機場軌道快線工程西湖文化廣場站位于中山北路、河東路與文暉路交叉口東側，沿文暉路東西向設置，作為機場快線與地鐵1、3號線換乘站，其中地鐵1號線已于2012年運營，3號線正在建設。車站為地下五層島式車站，雙柱三跨箱形框架結構，主體基坑總長170 m，標準段寬26.9 m，盾構端頭井段寬31.4 m，標準段基坑開挖深度34.3 m，盾構端頭井段基坑開挖深度36.3 m，圍護采用厚度1.5 m地連墻，墻底插入中風化凝灰巖，墻深40～54 m。車站周邊環境如圖1所示。

圖1 西湖文化廣場站平面圖

由于采用支護與主體結構一體化地連墻，墻體厚度深度均大于常規只作為支護的地連墻，穿越地層包括砂質粉土、粉質黏土、粉砂、淤泥質粉質黏土、粉土等多種地質土層。施工過程中高效經濟的成槽設備選型、泥漿對槽壁的穩定性控制、大尺寸鋼筋籠的分段方式與吊裝、大體積混凝土的水下澆筑質量控制、地連墻接頭的防水質量控制均是本工程施工的技術難點問題。

3 支護與結構一體化地連墻施工工藝

支護與主體結構一體化地連墻采用各種類型成槽設備，充分利用泥漿的護壁作用保持槽壁的穩定性，在地下挖出窄而深的溝槽，并澆筑防水材料，從而形成具有防滲、擋土或承重功能。施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程

地下空間開發的需求快速增長，對地連墻的支護能力和施工效率的要求也越來越高。隨著基坑工程的開挖深度越來越大，對應的地連墻墻體深度、支護荷載也會急劇增大，設計的墻體厚度也必須增大，因此，超深超厚墻體范圍內穿越的地層情況也更為復雜，其施工中的槽壁加固施工、鋼筋籠吊裝及接頭防水設計更為重要［5－6］。

3.1 成槽設備選型

地連墻施工時，成槽工法主要分為4種，即抓斗式成槽、沖擊鉆成槽、垂直回轉式鉆進成槽、水平回轉式銑槽機成槽，其中沖擊鉆機成槽質量較差。抓斗機成槽精度較高，但挖掘深度有限，遇堅實地層時不能單獨成槽，需配合其他設備；液壓銑槽機的成槽精度高，但設備昂貴，施工成本高；多頭鉆成槽機成槽垂直度好，施工效率高，但在礫石卵石層中成槽效率低［7］。因此，對于復雜地層下的超深地連墻成槽施工，應綜合工程地質和水文地質條件、施工環境、設備能力、地下墻的結構尺寸及質量要求等因素選擇合適設備，多采用成槽機、引孔鉆機、旋挖鉆、銑槽機等成槽設備組合的形式，方能實現快速成槽、提高施工效率的目標。

本項目為減小地連墻成槽施工對周邊環境的影響，現將近地鐵側地連墻槽壁加固至基坑底部。地連墻穿越地層上部為填土、淤泥質黏土、粉質黏土、全風化巖，下部為中風化硬巖，綜合考慮巖石強度、施工功效等因素，整體采取“抓銑結合”的方式，即上部土體采用抓斗式成槽，下部硬巖采用銑槽機進行成槽施工。連續墻幅間接頭采用工字鋼，并預埋接頭注漿管。鋼筋籠單次起吊最重的籠長44.65 m，吊裝幅寬6 m，重量為110.27 t（含兩邊十字鋼板）吊放，采用450 t履帶吊作為主吊，200 t履帶吊作為副吊。成槽設備如圖3所示。

圖3 地連墻成槽設備

3.2 槽壁穩定與泥漿配比

通過對地連墻成槽的施工過程和槽壁失穩機制分析發現，地面超載、開挖機械、施工工藝、土體和泥漿粘聚力、重度、地下水位等是主要影響因素［8－10］。針對以上不同類型影響因素，施工中可采用以下針對性措施：減小地連墻槽幅長度；采用輔助工法對槽壁土體進行加固處理；開展泥漿配比試驗，適當提高泥漿密度；設置高導墻；抬高泥漿液面或降水以加大槽內外的液面高差；縮短成槽至混凝土澆筑的時間間隔；在保護對象和地連墻槽壁之間設置隔離樁，實際運用中應考慮多種方式同時配合進行，防止成槽施工中的槽壁失穩導致影響周圍環境的安全和施工進度。

針對杭州地區粉質黏土地層～全風化凝灰巖地層條件，綜合考慮泥漿的護壁穩定性、渣土沉積能力、攜渣能力，配制膨潤土泥漿護壁，泥漿性能指標如表1所示。

表1 泥漿性能指標

3.3 大尺寸鋼筋籠分段與吊裝

西湖文化廣場站地連墻鋼筋籠籠長44.65 m，吊裝幅寬6 m，重110.27 t（含兩邊十字鋼板）。鋼筋籠的制作及吊裝，主要包括制作前準備、鋼筋籠加工、吊裝連接三個方面。制作開始前，應對加工場地和制作平臺進行平整處理。鋼筋籠制作時，根據設計圖確保鋼筋型號、位置、鋼筋間距及根數。鋼筋籠加工制作長寬允許偏差分別是－100～100 mm、－20～0 mm。通常鋼筋籠制作根據配筋圖和單元槽段的劃分而定，做成整體或分段制作，吊裝設備吊起后安裝連接。考慮吊裝設備及場地條件等因素，優先采用整體吊裝，減小鋼筋籠連接，提高鋼筋籠整體性及施工效率。對于超深超厚地連墻的鋼筋籠而言，可采用分段制作與安裝。鋼筋籠吊裝如圖4所示。

圖4 大尺寸鋼筋籠吊裝

鋼筋籠吊裝過程中，嚴格控制鋼筋籠變形，不允許產生不可恢復的變形。吊裝設計中需對吊裝設備選取、吊點布置、起吊方式、吊裝加固、吊點轉換及吊裝過程控制措施等進行分析，并進行吊裝驗算。從表2所列的吊裝設備參數可以得出，主吊、副吊機都可以進行長度30 m以內的鋼筋籠吊裝。地連墻吊裝中，考慮吊裝效率和設備成本，建議分2節吊裝長度大于50 m、分3節吊裝長度大于100 m的鋼筋籠。起吊前應檢查、確保回轉半徑600 mm無障礙物，開展試吊工作。鋼筋籠對接后，檢查頂部高度，確保鋼筋籠能順利入槽，如果不能順利入槽，應重新吊出，查明原因。

表2 吊裝設備類型及參數

3.4 接頭防水

地連墻的接頭包括剛性接頭與柔性接頭2種類型，均需從受力和結構防滲要求進行設計。常見的接頭形式有鎖口管接頭、“H”形鋼接頭、十字鋼板接頭、“V”形接頭以及銑接頭、承插式接頭等［11］。

“H”形鋼接頭、十字鋼板接頭在接頭處放置帶孔鋼板，接頭處設穿孔鋼板，滲水路徑增長，相對鎖口管半圓弧接頭而言，顯著提升了墻體的防滲漏性能和抗剪性能。但這兩種鋼板接頭，工序多、施工復雜，難度較大；刷壁和清除側壁泥漿有一定難度，抗彎性能差，用鋼量較多、造價高。兩種接頭從結構上可滿足超深超厚地連墻設計要求，但在實際選用中仍需要綜合考慮施工難度以及造價情況。

預制鋼筋混凝土接頭強度與地連墻基本一致，同時滲流路徑也較長，其整體性及抗滲漏性能較好，工廠化預制后縮短了現場混凝土澆筑時間、提升了墻體混凝土質量，同時剛接頭與地連墻結構一起，不需拔出再次利用，簡化了施工工序，減低了施工難度。由于墻體連接在整體澆筑完成后進行，對槽壁垂直度和吊裝設備能力提出更高要求，需要綜合考慮現場設備、場地和地下水情況進行分析，對預制式的接頭形式進行設計。

3.5 一體化地連墻支護效果分析

為了深入研究支護與主體結構一體化地連墻的支護效果，加強施工期間對周邊環境的保護，對地鐵1號線右線（上行線）、地鐵1號線左線（下行線）的水平位移、道床沉降位移、收斂變形進行自動化監測。地連墻距離既有1號線左線25 m，距離右線15 m。監測斷面布置在K16＋411～K16＋620，共46個監測斷面，其監測結果如圖5、圖6所示。

圖5 地鐵1號線右線監測結果

圖6 地鐵1號線左線監測結果

由監測結果可知，地鐵1號線右線隧道最大水平位移－4.2 mm，隧道整體表現為向西偏移；右線隧道最大道床沉降－3.2 mm，下沉變形，右線隧道最大水平收斂－2.7 mm。左線隧道最大水平位移－3.62 mm，隧道整體表現為向西偏移；左線隧道最大道床沉降－5.3 mm，左線最大水平收斂2.2 mm。對比《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB 50911—2013）中要求［12］，以上變形均在控制值范圍內，施工期間地鐵1號線運營安全。

4 結論

（1）超深超厚地連墻施工成槽中穿越土層條件復雜，從成槽機、引孔鉆機、旋挖鉆、銑槽機等設備的經濟性及施工效率綜合考慮。針對上軟下硬地層，建議采取“抓銑結合”的方式，即上部土體采用抓斗式成槽，下部硬巖采用銑槽機進行成槽施工，充分發揮各工法及設備在適宜土層的優勢。

（2）針對杭州地區粉質黏土地層～全風化凝灰巖地層，建議采用黏度19～30 s、比重1.05～1.2、泥皮厚度小于3 mm的泥漿，保障地連墻槽壁穩定性，避免土渣沉積。

（3）超深地連墻施工中，應分析吊裝設備性能，建議分兩節吊裝長度大于50 m的鋼筋籠，分三節吊裝長度大于100 m的鋼筋籠。