穿越既有管線的地下連續(xù)墻施工技術(shù)研究*

張 標 孫顏頂 田華良 楊文強 李林川

(中國建筑第二工程局有限公司, 100160, 北京∥第一作者, 工程師)

地下連續(xù)墻(以下簡稱“地連墻”)作為一種工藝成熟的圍護結(jié)構(gòu)形式,在地鐵建設中被廣泛應用[1-5]。地連墻施工過程中,有時會遇到一些切改施工難度大或需重點保護的地下管線,常規(guī)的施工方法不再適用。鑒于此,國內(nèi)一些專家學者對此開展了一系列研究,文獻[6]介紹了氣舉反循環(huán)和液壓槽壁機傾斜成槽配合自制切土箱進行既有管線下方地連墻成槽的施工技術(shù),并對兩種施工方法進行了對比分析;文獻[7]提出了一種成槽機液壓抓斗改進方法,利用抓斗側(cè)齒和斗齒削切側(cè)向地下管線的下方土體;文獻[8]提出了液壓抓斗與反循環(huán)鉆機聯(lián)合成槽穿越地下管線的地連墻處理技術(shù);文獻[9]提出一種氣舉反循環(huán)絞吸式地連墻施工方法;文獻[10]結(jié)合地鐵車站工程實踐,通過氣舉反循環(huán)絞吸式成槽方法在障礙物下方進行地連墻施工。氣舉反循環(huán)絞吸式作為一種最常用的施工方法,仍存在不足之處,主要體現(xiàn)在:一方面需引入潛水鉆孔成槽機、泥漿泵、空壓機及其他配套設備[10],導致施工成本及工期均不同程度增加;另一方面受限于施工工藝,受影響地連墻只能作為首開幅進行施工。

基于此,本文提出一種穿越既有管線的地連墻施工技術(shù),克服了氣舉反循環(huán)絞吸式施工方法的不足之處,節(jié)約了地連墻的施工成本,縮短了工期,能夠保證圍護結(jié)構(gòu)地連墻的順利施工。本文從槽壁三軸攪拌樁加固、深導墻制作、裝配抓斗成槽、鋼筋籠分片制作和吊裝以及混凝土澆筑等改進施工工序?qū)υ摷夹g(shù)進行詳細介紹。

1 工程概況

天津地鐵7號線一期工程興華道站為地下兩層雙柱三跨標準車站,圍護結(jié)構(gòu)體系為地連墻+內(nèi)支撐。車站地連墻厚度為0.8 m,采用鎖口管接頭,標準段地連墻墻長32.5 m,插入比為0.9;盾構(gòu)井段地連墻墻長為34 m和35 m,相應的插入比分別為0.86和0.85。車站主體基坑采用明挖順作法施工,標準段開挖深度約為16.67 m,盾構(gòu)井段基坑開挖深度約為18.29 m和18.90 m,車站站臺中心處頂板覆土約為2.83 m。

在車站圍護結(jié)構(gòu)設計圖紙中編號為WW-44及WE-44的兩幅地連墻處存在一條AC 110 kV電力管涵(地鐵5號線及電力公司專用線路)橫跨基坑,管涵為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸為1.35 m×0.75 m(寬×高),埋深約為1.2 m,該電力管涵平面位置如圖1所示,橫剖面如圖2所示。

尺寸單位:mm

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施工圖設計中,編號為WW-44和WE-44的兩幅地連墻采用氣舉反循環(huán)絞吸式方法進行施工。地連墻導墻采用深導墻,在導墻鋼筋綁扎過程中,采用20 mm厚鋼板焊接成長方形鋼筒對電力管涵進行保護,之后再澆注混凝土。地連墻鋼筋籠施工時以電力管涵為中心分幅,兩部分采取公母對接形式。地連墻內(nèi)鋼筋避開電力管涵,管涵范圍內(nèi)縱向鋼筋在管涵底截斷,水平向鋼筋在管涵兩側(cè)截斷。

2 改進后地連墻施工工序

該技術(shù)與常規(guī)施工方法相同之處不做贅述,本文詳細介紹地連墻各施工工序的改進之處。

2.1 槽壁三軸攪拌樁加固

工程實踐表明,該車站標準段6 m寬一字型閉合幅地連墻采用成槽機成槽所需的時間為7～9 h,鋼筋籠吊裝的時間為0.5～1.0 h。由于受電力管涵影響,編號為WW-44和WE-44的兩幅地連墻成槽寬度及深度較標準幅大,成槽及鋼筋籠吊裝時間勢必會大幅延長。為保證槽孔的穩(wěn)定性,根據(jù)其他地鐵車站工程實踐,使用三軸攪拌機對這兩幅地連墻槽壁進行加固處理,在每幅墻槽孔兩側(cè)共計加固20組。三軸攪拌機的樁徑為850 mm,樁間距為600 mm,樁深為18 m。為了保證三軸攪拌樁的加固效果,在加固完成14 d以后,進行鉆芯取樣并送至有資質(zhì)的實驗室,測試加固土體的無側(cè)限抗壓強度,檢測報告顯示數(shù)據(jù)為1.2 MPa;該數(shù)據(jù)遠遠大于地勘報告給出的原狀土體的承載力數(shù)值(250 kPa)。通過分析試驗數(shù)據(jù)以及結(jié)合其他車站的施工經(jīng)驗,開始進行導墻施工。三軸攪拌樁加固平面如圖3所示。

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2.2 深導墻施工

在導墻施工前,先開挖至管涵底部,采用5 mm厚鋼板通過焊接將管涵四面封閉包裹保護,包裹長度為1.4 m(兩側(cè)伸出導墻各0.3 m)。管涵保護完成后,進行深導墻施工,型式為倒L型,厚度為200 mm,深度為3 m(延伸至電力管涵以下1 m)。導墻設計配筋為C12@200 mm,單層布置。鋼筋綁扎時,保證管涵四周均有鋼筋。根據(jù)DB/T 29-103—2018《天津市鋼筋混凝土地下連續(xù)墻施工技術(shù)規(guī)程》要求,結(jié)合現(xiàn)場實際工況及材料準備情況,導墻拆模后沿其縱向每隔2 m加設上、中、下三道截面尺寸為100 mm×100 mm的木方支撐,呈梅花形布置。導墻與管涵位置關(guān)系橫剖面及配筋如圖4所示。

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2.3 裝配抓斗成槽

在圍護結(jié)構(gòu)施工前,已做了整體籌劃,將編號為WW-44和WE-44的兩幅地連墻作為閉合幅來施工,并對這兩幅墻及鄰近地連墻幅寬進行調(diào)整,使電力管涵兩側(cè)至少各留成槽機一抓的寬度。已知電力管涵寬度為1.35 m,成槽機一抓成槽寬度為2.80 m,綜合考慮這兩幅墻及鄰近地連墻的情況,將幅寬定為8.25 m。

先行導槽施工:將電力管涵兩側(cè)能夠正常施工的槽段,使用成槽機抓斗抓出槽孔。此槽孔作為管涵下方土體成槽的先行導槽,導槽的深度較設計深度深2 m,以保證管涵下槽孔的深度。先行導槽施工時注意垂直度的檢查,以保證管涵下槽孔施工的垂直度。先行導槽施工示意圖如圖5所示。

圖5 先行導槽施工示意圖

管涵兩側(cè)的先行導槽施工完成后,采用改裝后的抓斗將管涵下方土體成槽,如圖6所示。改裝后的抓斗由兩部分組成:原抓斗1、采用鋼板焊接并與成品齒尖組裝成的抓斗2,兩者之間通過插銷裝配成一體(見圖6 b))。進行管涵下土體成槽施工時,將改裝后的抓斗從先行導槽中下放,平移使抓斗2緊貼管線下方土體,調(diào)節(jié)液壓柱塞控制抓斗1開合聯(lián)動抓斗2刮削土體,隨后刮削下的土渣沉入先行導槽內(nèi)。待土渣積存一定量后停止刮削土體,平移改裝后的抓斗,使用抓斗1將土渣從先行導槽內(nèi)抓出,放入渣土車并運至渣土池。這一步驟反復多次,直至管涵下的土體被刮削至少一半的量且成槽深度至槽底。然后將成槽機移動至槽段的另一側(cè),下放改裝后的抓斗至管線另一側(cè)的導槽內(nèi),重復以上成槽步驟,直至該幅地連墻槽孔施工完成。

a) 鋼板焊接的抓斗2

2.4 鋼筋籠分片制作和吊裝

根據(jù)AC 110 kV電力管涵的埋置參數(shù),結(jié)合地連墻施工技術(shù)規(guī)程要求以及吊裝安全要求,將每幅地連墻的鋼筋籠分3部分(編號為1、2和3)進行加工,尺寸分別為2.5 m、2.4 m和2.8 m,采用公母對接形式連接。管涵范圍內(nèi)鋼筋籠鋼筋避開管涵,縱向鋼筋在管涵底部截斷,水平向鋼筋在管涵兩側(cè)截斷。三部分鋼筋籠對接如圖7所示。

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吊裝前,在導墻與鋼筋籠頂部均做好標記,以確保鋼筋籠定位準確,兩標記重合時說明鋼筋籠吊裝到位。以編號為WW-44的地連墻為例闡述鋼筋籠吊裝工序(如圖8所示)。首先,吊起2號鋼筋籠(即電力管涵下的鋼筋籠),將其緩慢放入左側(cè)先行導槽內(nèi);下放至鋼筋籠的“豁口”下方吊點與導墻平齊時,用擔杠擔起鋼筋籠并更換吊點(由兩個吊點變?yōu)橐粋€);更換完成后繼續(xù)下放鋼筋籠至“豁口”底部,該底部在管涵底部以下30 cm左右(見圖8 a));吊起鋼筋籠向管涵方向水平移動,至上部兩標記完全重合;然后用鏟車等機械牽引一端固定在鋼筋籠下部的用于水平牽引用的鋼絲繩上,使鋼筋籠下部分也向管涵的方向移動,以保證鋼筋籠整體的垂直度,同時不影響左側(cè)1號鋼筋籠的吊裝。為確保鋼筋籠定位準確,平移和牽引步驟可以多次重復進行,兩標記之間的誤差按照±2.5 cm進行控制,到位后用擔杠將鋼筋籠擔于導墻上(見圖8 b))。剩余的1號和3號鋼筋籠采用常規(guī)吊裝方法進行施工,必須保證鋼筋籠的準確定位,確保整幅地連墻的剛度滿足要求(見圖8 c))。

a) 2號鋼筋籠下放

2.5 混凝土澆筑

鋼筋籠安裝完成后,在鋼筋籠預留導管倉位置下放導管,用3組導管灌注混凝土。將導管間距控制在3 m范圍內(nèi)。灌注時,混凝土面均勻上升且速度大于2 m/h,混凝土面高差小于0.3 m,以防止因混凝土面高差過大而產(chǎn)生夾層現(xiàn)象。同時,將導管埋入混凝土內(nèi)深度控制在2～6 m,以保證混凝土灌注的質(zhì)量。

3 改進后地連墻施工工序工程應用效果

工程實踐表明,采用改進后的地連墻施工工序進行施工,編號為WW-44和WE-44的兩幅地連墻的施工時間分別為35 h和32 h,相較于常采用的氣舉反循環(huán)絞吸式施工方法,工期縮短1～2 d;經(jīng)核算,施工成本較氣舉反循環(huán)絞吸式施工方法減少一半;后期土方開挖后顯示,兩幅墻施工質(zhì)量如墻體垂直度、表面平整度和接縫止水效果等各項參數(shù)均滿足設計和施工要求,能夠確保下一道施工工序的順利進行。

4 結(jié)論

1) 針對地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)地連墻施工中因遇到地下管線而導致施工困難的問題,提出了一種穿越既有管線的地連墻施工技術(shù),在不切改、不破壞地下障礙物的情況下,能夠確保地連墻順利施工。

2) 該施工技術(shù)對常規(guī)的成槽機液壓抓斗進行了改進,并通過采用槽壁三軸攪拌樁加固、深導墻制作、裝配抓斗成槽、鋼筋籠分片制作和吊裝以及混凝土澆筑等改進的施工工序來實現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)的施作。

3) 工程實踐表明,相較于氣舉反循環(huán)絞吸式施工方法,該施工技術(shù)在不影響地連墻質(zhì)量的前提下,既解決了成槽難題,又降低了施工成本、縮短了工期,可為同類工程的施工提供參考。