蘇州地鐵淺覆土區(qū)間通道下穿重要河道施工技術(shù)研究

0 引言

某河道是蘇州市在梅雨季節(jié)防洪排澇的重要通道，地鐵區(qū)間通道受條件制約，下穿此河道僅能采用明挖法施工。施工期間不僅需要保證蘇州市汛期的安全，還要確保結(jié)構(gòu)施工的安全。因此，研究區(qū)間通道施工過程中的河道導(dǎo)流技術(shù)與圍護(hù)分期技術(shù)，對同類工程安全實(shí)施具有重要意義。

1工程概況

蘇州城市軌道交通某區(qū)間下穿市內(nèi)重要河道，線路受鐵路段預(yù)留通道高程影響，此段區(qū)間出預(yù)留通道后采用 35‰ 下坡，穿過快速路后進(jìn)入河道范圍，區(qū)間下穿河道段為地下一層箱型結(jié)構(gòu)，頂板覆土厚度約為 0.5～3.0m 。下穿段河道寬度約 72m ，河底高程 -2.0m ，水面高程約 1.3m 。

由于此段區(qū)間覆土較淺，僅能采用鋼板樁圍堰筑島明挖法實(shí)施。施工期間不僅要保證航道船只的正常通行，還需保障汛期的安全。施工分為兩期，為使每一期河道過水?dāng)嗝娣弦螅捎谩氨睌U(kuò)南施、南擴(kuò)北施”的原則，即對河道兩側(cè)先新建臨時駁岸進(jìn)行河道拓浚，河道拓浚后圍堰圍閉進(jìn)行主體基坑結(jié)構(gòu)施工[1]。一期施工南側(cè)和二期施工北側(cè)的圍堰范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。

圖1河道導(dǎo)流與結(jié)構(gòu)分期平面布置圖（單位：m）

過河段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻，基坑深度約11.5～14.0m ，結(jié)構(gòu)底板位于粉砂夾粉土微承壓水層，與河道存在水力聯(lián)系，結(jié)構(gòu)底板下砂層厚度約1.6～4.0m[2]

2河道導(dǎo)流與區(qū)間結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)研究

為滿足通航需求以及保證汛期的安全，在圍堰占用期間，務(wù)必確保河道過水?dāng)嗝娌坏陀谠袛嗝娴?5% 。本段工程所處環(huán)境及水文地質(zhì)條件錯綜復(fù)雜，工程接口眾多，施工工序繁雜，且施工作業(yè)場地極為狹小、受限。此外，分期施工不可避免地對坑底原狀土造成較大擾動，不可預(yù)見與不可控制因素層出不窮。綜合來看，施工難點(diǎn)主要涵蓋以下幾種類型。

（1）河道南北兩側(cè)均無條件進(jìn)行大范圍的河道拓浚，需結(jié)合北側(cè)、南側(cè)能夠拓浚河道的寬度，研究滿足要求的河道導(dǎo)流方案。

（2）一期結(jié)構(gòu)施工完成上部通水后，進(jìn)行二期結(jié)構(gòu)施工，此時一期圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅需要阻斷水平方向來水，還需防止垂直方向水流，通過一期和二期結(jié)構(gòu)交界位置進(jìn)入二期基坑。一期與二期交界位置滲水通道主要有3種：圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)間存在縫隙；底板下止水帷幕與底板結(jié)構(gòu)間存在縫隙；二期圍堰鋼板樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間存在縫隙。需研究此3處滲水通道的止水措施。

（3）分期擋水墻拆除時結(jié)構(gòu)已完成，無法實(shí)施鋼板樁圍堰，需研究分期擋水墻拆除的技術(shù)方案。

3河道導(dǎo)流與區(qū)間結(jié)構(gòu)施工工藝及流程

3.1一期圍堰及結(jié)構(gòu)施工工藝及流程

（1）施工北側(cè)臨時圍堰采用雙排拉森鋼板樁，圍堰寬度 2m ，樁長 12.0m ，樁頂高程 2.0m ；雙排鋼板樁間回填粘土，粘土頂高程 3.0m 。臨時圍堰與老駁岸相接處，需超出老駁岸 1m ，抽排圍堰場地內(nèi)積水。

（2）實(shí)施北側(cè)一期臨時駁岸，受周邊環(huán)境影響，臨時駁岸分為鉆孔樁駁岸與重力式駁岸。臨近快速路側(cè)采用鉆孔樁駁岸，鉆孔樁 φ1.0m@ 1.2m ，樁長24m ，迎水面?zhèn)仍O(shè)置鋼筋混凝土掛板，掛板從圈梁底至河床以下 0.5m ；遠(yuǎn)離快速路側(cè)采用重力式駁岸。

（3）拆除臨時圍堰，進(jìn)行一期河道拓浚，為滿足過水?dāng)嗝嬉螅柰瑫r增加河道寬度與河道深度。第一步：挖除拓寬區(qū)域土方至河底高程 -2.0m ；第二步：挖除拓深區(qū)域土方至 -4.0m ，拓深區(qū)域向東西兩側(cè)各延伸 100m ，高程由""漸變至 -2.0m ，斷面采用“凹”形狀，兩側(cè)平臺寬度 5m 并采用1：1.5放坡。（4）施工一期場地圍堰采用雙排拉森鋼板樁，圍堰寬度 3m ，樁長 15.0m ，樁頂高程 2.0m ；雙排鋼板樁間回填粘土，粘土頂高程 3.0m ，場地圍堰與老駁岸相接處，需超出老駁岸 1.0m 。（5）一期工程中，先對場地內(nèi)積水進(jìn)行抽排處理，徹底清除河床上部淤泥。隨后在場地內(nèi)回填粘土并分層夯實(shí)，接著實(shí)施場地硬化作業(yè)，使場坪高程達(dá)到 2.0m 。在此基礎(chǔ)上，推進(jìn)場地內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的施工。待頂板強(qiáng)度滿足設(shè)計要求后，進(jìn)行頂板防水施工，同步澆筑壓頂梁并安裝保護(hù)板。

3.2二期圍堰及結(jié)構(gòu)施工工藝及流程

（1）實(shí)施一期場地內(nèi)二期圍堰，施工一期與二期交界位置分期擋水墻，擋水墻厚度 0.4m ，頂板施工時預(yù)留分期擋水墻鋼筋，墻頂高程 3.0m 。

（2）施工南側(cè)臨時駁岸圍堰，實(shí)施二期臨時重力式駁岸。

（3）頂板上部回填粘土至高程 -3.0m 并夯實(shí)，拆除分期擋水墻南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)至高程 -3.0m ，按照二期拓浚方案，挖除場地內(nèi)土方與拓寬區(qū)域土方至河底高程 -2.0m 。

（4）拆除一期圍堰，使已完成結(jié)構(gòu)上部通水。

（5）挖除拓深區(qū)域土方至 -3.0m ，拓深區(qū)域向東西兩側(cè)延伸與一期拓深區(qū)域連接，高程進(jìn)行漸變，斷面采用“凹”形狀，兩側(cè)平臺寬度 5m 并采用1：1.5放坡[3]。

（6）進(jìn)行北側(cè)剩余二期圍堰施工，圍堰均采用雙排拉森鋼板樁。駁岸圍堰寬度 2m ，樁長 12.0m樁頂高程 2.0m ，樁間回填粘土；場地圍堰寬度 3m樁長 15.0m ，樁頂高程 2.0m ，樁間回填粘土。

（7）圍堰外一期拓深區(qū)域回填粘土至一期與二期拓深區(qū)域交界處。

（8）進(jìn)行一期場地內(nèi)積水抽排，清除河床上部淤泥，拆除二期場地內(nèi)一期剩余圍堰，場地內(nèi)回填粘土并夯實(shí)，進(jìn)行場地硬化，使場坪高程達(dá) 2.0m ，進(jìn)行場地內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)實(shí)工。待頂板強(qiáng)度滿足設(shè)計要求后，進(jìn)行頂板防水施工，同步澆筑壓頂梁并安裝保護(hù)板。

3.3分期擋水墻拆除

（1）根據(jù)分期擋水墻拆除方案，沿土圍堰外側(cè)回填粘土并碾壓密實(shí)，挖除擋水墻外側(cè)土體至頂板[4]。

（2）采用繩鋸切割擋水墻，擋水墻切割至頂板。擋水墻分塊進(jìn)行拆除，拆除期間采用吊車進(jìn)行配合。

（3）施工擋水墻位置頂板防水及壓頂梁、保護(hù)板。（4）同步施工河道北側(cè)永久重力式駁岸，背后回填 6% 灰土，回填土密實(shí)度 ?95% 。

3.4 河道恢復(fù)

（1）二期結(jié)構(gòu)頂板上部回填粘土至高程 -2.0m 并夯實(shí)，拆除圍護(hù)結(jié)構(gòu)至高程 -2.0m ，挖除場地內(nèi)多余土方至河床底，為減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除期間的振動影響，均采用繩鋸切割。

（2）拆除二期圍堰，實(shí)施南側(cè)永久駁岸臨時圍 堰，進(jìn)行場地內(nèi)積水抽排并清除重力式駁岸基礎(chǔ)范圍 內(nèi)淤泥。

（3）施工河道南側(cè)永久重力式駁岸，背后回填6% 灰土，回填土密實(shí)度 ?95% 。

4一期與二期結(jié)構(gòu)交界位置止水措施

北側(cè)快速路上部為高架橋，橋梁凈高約 8.0m ，受橋梁凈高限制，僅能采用鉆孔樁 + 高壓旋噴樁的圍護(hù)形式，且結(jié)構(gòu)底板位于粉砂夾粉土微承壓水層。在一期結(jié)構(gòu)完工、二期結(jié)構(gòu)施工階段，已完成結(jié)構(gòu)的上部河道水深約達(dá) 4.3m 。在強(qiáng)大水壓作用下，河水會經(jīng)前文分析的3種滲水通道滲人二期基坑，進(jìn)而引發(fā)安全風(fēng)險。因此，需針對這3種滲水通道深入研究切實(shí)有效的止水措施。此外，為減輕后期河道清淤作業(yè)碰撞結(jié)構(gòu)所帶來的影響，特在河道段頂板設(shè)置防護(hù)板。

4.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)間縫隙止水措施

（1）經(jīng)研究分析，一期圍堰場地內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻，兩期結(jié)構(gòu)交界處圍護(hù)結(jié)構(gòu)為分期地連墻，一期與二期結(jié)構(gòu)交界處底板下止水帷幕為素地連墻1，地連墻頂高出基坑底 0.2m 。一期圍護(hù)與二期圍堰鋼板樁交接處優(yōu)化為“十”字型地連墻，“十”字型地連墻南北方向部分是基坑支護(hù)，需設(shè)置鋼筋籠，東西方向部分是止水帷幕，采用素混凝土，為素地連墻2，“十”字型地連墻頂高程與冠梁底齊平（見圖2）。

（2）地連墻施工期間同步預(yù)埋壓頂梁鋼筋接駁器，頂板防水保護(hù)層澆筑完成，鑿出壓頂梁接駁器，壓頂梁高度范圍地連墻全面鑿毛，涂刷水泥基滲透結(jié)晶，增設(shè)2道止水條，安裝壓頂梁與防護(hù)板鋼筋，澆筑混凝土。防護(hù)板與分期擋水墻采用同樣的方式進(jìn)行連接。

圖2兩期結(jié)構(gòu)交界位置止水措施平面圖

4.2底板下止水帷幕與底板結(jié)構(gòu)間縫隙止水措施

（1）一期基坑開挖過程中同步拆除基坑內(nèi)素地連墻2，拆除至墊層中部；同步拆除基坑內(nèi)素地連墻1至墊層中部，拆除過程需盡量減少對基坑底土層的擾動。（2）二期基坑開挖過程中同步拆除分期地連墻，拆除至墊層中部。（3）一期基坑施工過程中在分期地連墻、素地連墻1/2南側(cè)設(shè)置 400mm×600mm 下翻梁，下翻梁采用素混凝土與墊層同時澆筑。（4）一期與二期主體結(jié)構(gòu)連接位置底板、側(cè)墻、頂板施工縫密貼分期地連墻，于結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋鋼筋接駁器，二期主體結(jié)構(gòu)施工時鑿出并連接。

4.3二期圍堰鋼板樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間縫隙止水措施

（1）二期圍堰鋼板樁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間的止水方案有2種。方案一：素地連墻2混凝土澆筑完成未凝固前，將二期圍堰鋼板樁插入素地連墻2混凝土內(nèi)部，預(yù)留后期圍堰鋼板樁接頭，插入混凝土內(nèi)的鋼板樁后期與圍護(hù)結(jié)構(gòu)同步拆除。方案二：利用一期場地實(shí)施二期與一期交界位置圍堰，外排鋼板樁應(yīng)密貼素地連墻2陰角部位，內(nèi)排鋼板樁應(yīng)密貼地連墻，在素地連墻2端部與鋼板樁交界位置、內(nèi)排鋼板樁與地連墻交界位置增加高壓旋噴樁止水加固措施，深度同圍堰鋼板樁，在一期圍堰拆除前實(shí)施完成。

（2）分期擋水墻兩端伸至地連墻外側(cè)，一期場地內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除時，地連墻拆除至分期擋水墻北邊，分期擋水墻與剩余地連墻植筋連接。兩者連接面地連墻鑿毛，涂刷水泥基滲透結(jié)晶，增設(shè)2道止水條，最后澆筑分期擋水墻混凝土。

4.4分期擋水墻拆除圍堰措施

（1）一期圍堰拆除前，在分期擋水墻外側(cè)設(shè)置土圍堰，圍堰頂寬度 3m ，1：1.5放坡。在過水?dāng)嗝鏉M足要求的情況下，應(yīng)考慮盡量增大圍堰寬度，增加滲水通道長度，同時需保障圍堰土體的密實(shí)度（見圖2）。

（2）分期擋水墻拆除時，將土圍堰頂加寬至10m ，1：1.5放坡，并保證新增加圍堰土體的密實(shí)度，利用土圍堰在盡量短的時間內(nèi)拆除分期擋水墻，減少河道占用時間。

5結(jié)語

（1）本工程涉及工序多，各工序環(huán)環(huán)相扣并互相制約，無法平行作業(yè)，工序轉(zhuǎn)換繁雜，施工周期長，難度大，安全風(fēng)險高。

（2）采用本文中的河道導(dǎo)流措施，成功保證了整個汛期的施工安全；采用本文中的一期與二期結(jié)構(gòu)交界位置的止水措施，雖然在二期基坑開挖過程中產(chǎn)生了輕微的滲漏，但經(jīng)過簡單的堵漏，安全地完成了整個區(qū)間通道的建設(shè)。

（3）采用圍堰明挖法下穿河道，不建議采用鉆孔樁 + 水泥式正水帷幕，此種圍護(hù)形式阻止水平方向來水效果較好，阻斷垂直方向來水效果較差，二期結(jié)構(gòu)施工時會產(chǎn)生較高的安全隱患，且水泥加固體在河道強(qiáng)水壓下缺陷會無限放大，處理困難。

（4）本工程不僅要承擔(dān)地下水滲漏的風(fēng)險，還需承擔(dān)河道水流進(jìn)入基坑的風(fēng)險。因此，上述3種滲水通道的止水措施尤為重要，質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格保證。

（5）分期擋水墻拆除期間，應(yīng)加密土圍堰的監(jiān)測與巡視，以保證拆除期間的安全。

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