復雜地層地下連續墻施工關鍵技術*

李學聰

(廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510220)

0 引言

隨著城鎮化推進，市區用地日趨緊張。為緩解土地資源矛盾，加快城市發展，地下空間開發與利用逐漸得到重視。地下連續墻在護壁泥漿保護下，采用機械成槽，在槽內下放鋼筋籠、水下澆筑混凝土，形成集承重、擋土、抗滲效果于一體的連續墻體，在深大基坑開挖過程中被廣泛應用[1]。針對目前地下連續墻存在的地下水滲漏問題，Segura-Castillo等[2]提出在傳統鋼筋混凝土層表面噴射鋼纖維混凝土防水添加劑，并驗證其有效性。李建高等[3]從泥漿性能、承壓水頭、土層物理力學性能3個方面分析總結地下連續墻槽壁穩定性，給出實際施工參數指標。陳先智等[4]針對普通護壁泥漿的工程應用問題，提出一種新型聚丙烯酸鈉復合泥漿改進泥漿成分，在實際工程中取得良好效果。李林[5]對國內罕見的100m以上特深地下連續墻水下分段澆筑不同強度等級混凝土進行現場試驗，其試驗結果可為實際施工提供參考。朱繼紅等[6]針對海域圍堰施工地層存在大量孤石的情況，提出一套可保障成槽質量、提高成槽效率的施工工藝。對于不同類型地層分布，許多學者針對性地提出不同施工工藝，并取得了良好的施工效果[7-10]。但目前對地下連續墻施工工藝的研究多為基于軟弱地層條件，針對復雜巖土地層條件施工方案的研究相對較少。本文以廣州地鐵13號線某車站復雜地層條件下地下連續墻施工項目為背景，分析總結其關鍵施工技術，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 設計概況

廣州地鐵某車站位于中山大道與車陂北街交叉口，車站沿中山大道東西方向布置，地下4層，共設3組風亭，2個出入口，與既有地鐵4號線某車站共同組成換乘站。車站長211m，寬11.85～17.50m，基坑深34.12m，總建筑面積22 030.16m2，采用蓋挖逆作法施工，支護形式為地下連續墻+內支撐。

地下連續墻厚1 000mm，深35.62m，嵌固深度為1.5m。分兩期槽段交錯布置，其中1期槽段寬6.8m，2期槽段寬2.4m，各槽段墻身采用套銑法連接。地下連續墻采用C35水下澆筑混凝土，抗滲等級P8。

1.2 地質概況及水文條件

車站位于珠江三角洲沖積平原地貌區，地表沉積物為海陸交互相和沖積-洪積相砂層及黏性土層，下伏基巖為白堊系碎屑巖。土層物理力學性能參數如表1所示，地層分布狀況及車站主體結構剖面如圖1所示。

表1 土層物理力學性能參數

圖1 車站主體結構剖面

車站地下水屬于珠江水系，水位除受雨水及地表水徑流影響外，還受潮汐作用的影響。地下潛水層主要分布于人工填土層①,水位深度為0.8～4.1m,承壓水主要分布于中粗砂③2、粉質黏土②及全風化碎屑巖⑥中，承壓水頭為8.7～14.1m。

在腐蝕性評價中，地下水及土體對地下連續墻的影響為微腐蝕性，施工及日常使用階段無需考慮腐蝕性影響。

1.3 周邊環境

車站位于廣州市繁華地段，南側緊鄰中山大道，車流量、人流量極大。北側緊鄰郝氏祠堂、蘇寧廣場和匯鴻商業廣場，其中蘇寧廣場距車站主體最近約5.5m；匯鴻商業廣場距車站主體最近約5m；郝氏祠堂為天河區文物保護單位，淺基礎砌體結構，距車站主體最近約1.6m，對周邊地層振動、變形、沉降的控制要求最嚴格。車站監測點平面布置如圖2所示。

圖2 車站監測點平面布置

2 施工重難點

1)車站施工場地位于城市繁華地帶，周邊既有建筑物多，直接采用傳統旋挖鉆配合成槽機成槽，施工產生的振動及地表沉降會對周邊建筑產生不良影響，同時也不滿足安全文明施工的要求。所以合理選取土層加固方案及成槽機械，將對周邊建筑的影響降至最低，是本工程施工難點之一。

2)車站所處位置地下水系發育，地質條件復雜，土層整體為上軟下硬分布，地層軟硬交界處的成槽速度直接影響成槽精度和質量。如何在工期較短的情況下保質保量完成地下連續墻的施工是需解決的難題之一。

3)地下連續墻施工時，上部土層主要為人工填土和粉質黏土，成槽期間易發生局部塌陷，增大混凝土澆筑時充盈系數。配合比良好的泥漿可有效維持槽壁穩定，防止槽壁坍塌，所以根據地層狀況配制性能良好的護壁泥漿是施工的重難點。

4)地下連續墻作為車站主體結構的一部分，除起擋土、承重作用外，其抗滲性能也十分重要。地下水滲漏通常發生于各槽段連接處，接頭性能的好壞直接影響后續基坑開挖作業和車站日常使用。選擇正確的連接形式以提高結構整體剛度和抗滲性能也是本工程施工重點之一。

5)成槽施工至淤泥質粉砂巖層時，泥漿中含砂量增加，成槽完成至混凝土澆筑前，泥漿中粉細砂及其他雜質沉淀在槽底堆積。若沉渣處理不徹底，混凝土澆筑后會直接影響地下連續墻承載力，甚至導致墻體下沉、墻腳破壞。及時處理槽底沉渣是地下連續墻施工的重點之一。

3 施工關鍵技術

3.1 槽壁加固

由于該車站上部土層地質條件較差，且地下連續墻周邊建筑物分布密集，距離較近。若直接進行導墻施工、成槽開挖，易導致槽壁局部塌陷，且會對結構周邊土層造成強烈擾動，導致地表沉降過大，對既有建筑物造成安全隱患。

圍護結構施工前，沿地下連續墻在其內、外兩側采用雙軸攪拌樁對人工填土層、淤泥質粉細砂、粉質黏土層進行加固處理，在既有建筑物沿線單獨設置1排雙軸攪拌樁，加強對建筑物的保護。攪拌樁設計直徑為600mm，樁間咬合150mm，平均設計深度為13m。

3.2 成槽機械選擇

地下連續墻成槽施工一般先采用成槽機抓取上部軟弱土層，施工至風化巖層時利用旋挖鉆進行引孔作業，引孔至設計標高后，利用成槽機分段抓取下部土層，以完成槽段施工。

該車站地下連續墻成槽深度范圍一半以上為風化泥質粉砂巖，巖層強度較高，含砂量較大。傳統成槽機施工效率較低，無法滿足工期要求，且傳統機械施工的振動沖擊較大，對周邊土層影響較大，不符合周邊地表沉降控制要求。

為保障成槽質量與效率，減少對周邊環境的影響，采用旋挖鉆和雙輪銑槽機配合完成地下連續墻成槽。雙輪銑槽機成槽振動小、噪聲低、成槽精度高(垂直度≤0.3%)，尤其適用于粉砂巖層[11]。為提高施工效率及成槽精度，用旋挖鉆在各槽段引孔(鉆孔直徑1 000mm)，可加強對相應槽段垂直度的控制，提高雙輪銑槽機成槽速度。雙輪銑循環寬度為2 800mm，現場每循環引鉆2孔，如圖3所示。

圖3 槽段引孔示意

3.3 泥漿制備

護壁泥漿在成槽過程中可有效平衡地下水壓力和部分槽壁土壓力，且泥漿中部分土顆粒可滲入槽壁形成1層緊密泥皮，防止槽壁坍塌。

根據現場地質探測結果可知，本工程地層種類較多，不同成槽階段需根據不同地層類型及時調整泥漿密度。上部黏土、砂土層對應泥漿密度為1.05～1.15g/cm3， 遇到下部粉砂層時可適當提高至1.30g/cm3。

現場配有由攪拌池、貯漿池、循環池、沉淀池及泥漿泵組成的泥漿循環系統。新鮮泥漿由水、優質膨潤土、纖維素、分散劑按配合比依次投料攪拌制成。新制泥漿應在儲漿池中存放24h，各項性能指標檢測合格后方可投入使用，存放過程中每8h用空氣壓縮機攪拌1次。

使用后的泥漿由泥漿泵抽出，經振動篩和旋流器處理后流入沉淀池，通過沉淀處理檢測泥漿指標，補充相應原料并攪拌，放置儲漿池備用，以實現泥漿的循環使用，不合格的廢棄泥漿經處理后排出。

泥漿護壁過程中泥漿液面應高于地下水位1.5m，以防止上部槽壁局部坍塌。成槽至粉砂巖層時泥漿黏度不宜過大，黏度過大會導致泥漿裹挾較多泥砂，加重泥漿泵負擔，加大泥漿循環處理難度，從而降低施工效率。

3.4 套銑法連接工藝

目前，常見的地下連續墻槽段連接方式有工字鋼連接和套銑法2種。傳統工字鋼連接受限于槽深，在構件整體起吊過程中易產生扭轉變形，影響接縫處抗滲性能，且在混凝土澆筑過程中，底部易發生擾流現象，從而增大混凝土充盈系數，影響結構質量。為避免上述情況的發生，結合本工程實際情況，決定選用套銑法連接工藝。

套銑法連接利用雙輪銑槽機切削硬巖的能力，在已成槽段兩側各切削等寬混凝土，在不使用鎖口管、接頭箱的情況下形成抗滲性能好、致密的接頭。

地下連續墻1期槽段混凝土澆筑完成10d后，用雙輪銑槽機在1期槽段兩側各切削20cm厚混凝土，進行2期槽段澆筑，如圖4所示。若切削與澆筑時間間隔較長，則應使用刷壁器清刷切削部位，以消除表面雜質對連接性的影響。

圖4 套銑工藝

3.5 清底換漿

泥漿中含砂量隨著成槽深度不斷增加，吊放鋼筋籠、澆筑混凝土前，泥漿中砂土由于沉淀作用堆積在槽底，嚴重影響澆筑質量。吊放鋼筋籠前有必要使用空氣升液器對槽底沉渣及槽段下部泥漿進行置換處理。

成槽完成后，利用起重機將空氣升液器吊至槽口，為防止底部沉渣堵塞吸管口，升液器吸管需在距槽底約1.5m處試吸。吸渣時吸管由淺入深，在距底部0.5m處沿槽段寬度范圍內上下左右移動，以吸出槽底碎砂淤泥，清底后對槽段5m以下處泥漿進行置換。清底換漿完成后，檢測槽底沉渣厚度和泥漿性能，當沉渣厚度<100mm，泥漿密度<1.15g/cm3、黏度<30s時立即施工下道工序。

4 施工效果分析

廣州地鐵13號線某車站地下連續墻施工受工期、地質條件、周邊環境等諸多因素影響，采用攪拌樁加固地層、旋挖鉆引孔、雙輪銑成槽、套銑法連接、墻腳清底換漿的技術方案進行施工。該方案在實際施工過程中能顯著減小成槽機械對地層的振動影響，防止上部軟弱土層局部坍塌。周邊建筑物沉降監測數據如圖5所示。由圖5可知，周邊建筑物在地下連續墻施工階段最大沉降量僅為1.62mm，在設計允許范圍內。墻體施工完成后，通過測斜管測得墻身垂直度<0.3%，現場超聲波檢測表明墻身質量符合設計要求。本工程在保證墻身垂直度、墻體質量的前提下，縮短了工期，減小了施工對周邊環境的影響。

圖5 周邊建筑物地表沉降監測曲線

5 結語

本文以廣州地鐵13號線某車站地下連續墻工程為例，對復雜地質條件下地下連續墻成槽、連接等重難點問題進行分析總結，并采取相應的施工技術措施，得出以下結論。

1)施工場地周邊建筑物較多、沉降控制較嚴時，可使用攪拌樁對槽壁兩側土體進行加固，并沿建筑物相對施工側輪廓線進行雙層加固，成槽掘進時可有效減少對周邊地層擾動，減小地表沉降。

2)復雜地層條件下，采用旋挖鉆配合雙輪銑槽機成槽施工，能將地表沉降控制在設計允許范圍內(20mm)，減少對周邊環境的影響。

3)泥漿性能直接影響成槽質量，施工至淤泥質粉砂巖層時，可適當提高泥漿密度，以維持槽壁穩定。成槽完成后應及時進行清底換漿，避免槽底沉渣對地下連續墻結構性能造成影響。

4)地下連續墻槽段采用套銑法連接，能提高結構抗滲性和整體性。