富水条件下地铁出入口部分主体结构下沉改造关键技术

吴颖宁

(中铁十八局北京地铁指挥部，北京 100000)

0 引言

随着城市建设和经济的发展，地下工程的改建将越来越多。在地下工程改建过程中，新建结构与原结构的接缝处理，直接关系到建筑物的安全及使用性能。接缝问题若处理不好，将造成严重后果。在以往的研究分析中，以如何解决新旧结构差异性沉降的问题较多。文献［1］结合西直门车站改造施工，阐述了暗挖隧道新旧结构接合的关键技术;文献［2］对已建地铁车站改造结构进行技术评估，并涉及对原结构设计内力和位移附加增量的有效控制;文献［3］针对苏州地铁金鸡湖西站与地下广场结构接驳，对车站原围护结构与主体结构进行改造设计与施工的风险评估;文献［4］以深圳地铁新建3号线老街站换乘综合体与运营地铁车站接驳工程为实例，对运营车站临时加固防护、分部切割既有结构、新旧结构接驳等关键技术展开论述;文献［5］以北戴河火车站接长地下通道防水处理为实例，总结了新旧混凝土接茬部位如何进行防水处理以及施工中的特点与难点;文献［6］分析地铁明挖车站防水问题的主要原因，统计国内主要城市明挖车站使用的柔性防水材料，并总结目前明挖车站主要采用的2种防水体系;文献［7］对常用的地铁明挖车站的防水(包括SBS、沥青卷材、聚氨酯涂膜防水等)施工技术进行探讨和分析;文献［8］以地铁安定路站—北土城东路站区间明挖段穿越小关2号楼为例，对该项技术的应用进行了详细的阐述，并对其优缺点进行了分析;文献［9］主要针对天津地铁1号线既有站改建工程，详细阐述了新建结构与既有结构相接及防水连接的施工技术;文献［10］以某地铁工程为背景对如何解决既有地铁区间隧道结构的防水及其耐久性问题进行了探讨，对新建地铁如何满足结构防水需要提出了初步设想;文献［11］阐述苏州地铁金鸡湖西站与苏州中心地下商业广场结构接驳技术，对已建成车站结构进行改造加固;文献［12］结合朝阳公园站工程实际，介绍了车站明挖基坑段帷幕的施工及设计概况，对帷幕止水效果欠佳造成渗漏的原因进行了分析，并提出了相应的渗漏水处置措施。

以上文献针对结构改造过程中施工自身安全及新旧接缝处理的研究和分析较少。而近年来地铁工程渗漏问题频繁出现，渗漏水的整治既困难、费用又高，严重影响了地铁的正常运营，危害了建筑物的使用安全和寿命。本文以2号线鼓楼大街站西北出入口结构改造为背景，阐述基坑改造旋喷止水帷幕、基底加固及接缝过渡等技术，并提出安全质量控制要点及改进措施。

1 工程概况

1.1 工程概述

新建地铁8号线鼓楼大街站西北口时，需对既有2号线鼓楼大街站原西南口进行改造。为满足2号线鼓楼大街站正常运营要求，2号线鼓楼大街站新增西北出入口。西北出入口平面位置关系见图1。

图1 西北出入口总平面示意图Fig.1 General plan of northwest entrance/exist of Guloudajie station

新增西北出入口共设置东西2处斜通道，其中东侧斜通道结构施工完成后，开始进入暗挖段施工，由于现状污水管线标高与勘测资料提供不符(实际污水管位置比图纸位置低3.9 m，且实际污水管底部有10 cm素混凝土垫层)，暗挖段初期支护施工至污水管下方时，发现污水管位于暗挖上半断面内。暗挖段整体位置须至少下调2.7 m方可避开污水管，从而导致已建成的明挖段结构底板及侧墙凿除并向下续接2.7 m。污水管与暗挖通道位置示意见图2和图3，明挖结构下沉示意见图4。

1.2 工程地质及水文地质情况

明挖段基坑从上至下依次穿越的地层为房渣土、粉质黏土、黏土、细粉砂、粉质黏土、细粉砂，其中下沉段部分位于细粉砂地层中。

根据地质勘察报告显示，本基坑开挖范围内主要地下水层为潜水层，水位埋深4.4～8.65 m。根据原基坑施工揭露地质情况，下沉段开挖范围细粉砂地层含水量较大，存在流砂现象。

图2 污水管与暗挖通道平面示意图Fig.2 Plan showing relationship between sewage pipe and mined passage tunnel

此外明挖改造基坑北侧3.1 m为北二环护城河，该护城河常年水位较高，结构改造时要做好止水及应急措施，防止河水渗入或倒灌。

基坑地质剖面见图5。

2 基坑围护结构及基底加固措施

2.1 基坑稳定性验算

原基坑采用明挖法施工，φ800@1 200钻孔灌注桩做围护结构，基坑周边设置单排φ600，咬合200 mm的三重管高压旋喷桩做止水帷幕。围护桩嵌固深度为2.1～7.2 m(斜坡段部分围护桩嵌固深度较少)，基坑下沉2.7 m后围护桩嵌固深度明显不够，部分围护桩在基坑下沉开挖时，桩底将会暴露，旋喷止水帷幕深度亦不能满足要求，基坑整体稳定性需重新进行验算。

图3 污水管与暗挖通道位置示意图Fig.3 Profile showing relationship between sewage pipe and mined passage tunnel

图4 西北出入口明挖段改造纵剖面示意图Fig.4 Profile showing structure of open-cut passage tunnel

计算方法:采用理正基坑稳定分析验算软件辅助分析，瑞典条分法应力状态，总应力法条分法中的土条宽度为1.0 m。基坑稳定验算简图见图6。

基坑整体稳定性验算相关参数如下:

整体稳定安全系数Ks=1.165＜1.35，不满足规范要求。

圆弧半径R=10.826 m;圆心坐标X=－2.719 m;圆心坐标Y=8.098 m。

图5 基坑地质剖面图Fig.5 Profile showing geological conditions of foundation pit

图6 基坑稳定验算简图(单位:m)Fig.6 Sketch of calculation of foundation pit stability(m)

2.2 设计处理方案

针对基坑整体稳定性不满足规范要求及桩基嵌固深度不够的情况，结合现场实际，在基坑开挖前，采用旋喷桩对改造后基坑底板下方4 m范围土体进行加固，同时将旋喷止水帷幕加深至基坑底2 m，加固后土体渗透系数满足≤1×10－6cm/s，28 d无侧限抗压强度不小于1.2 MPa。

旋喷加固方案见图7，处理后基坑整体稳定性验算简图见图8。

基坑整体稳定性验算相关参数如下:

整体稳定安全系数Ks=1.564＞1.35，满足规范要求。

圆弧半径R=14.070 m;圆心坐标X=－1.225 m;圆心坐标Y=11.783 m。

2.3 施工工艺

2.3.1 基底加固

底板下方土体加固主要目的是为了提高基底土体稳定性，避免出现基底隆起，应在底板破除之前施作。首先利用φ150水钻在底板上打孔，孔间距为600 mm，孔深穿透底板，然后采用XP－50A钻机进行三重管高压旋喷，旋喷直径为800 mm，咬合200 mm，浆液为1∶1水泥浆，喷浆压力为18～20 MPa，加固范围至改造后底板下方4 m。基底加固旋喷桩布孔见图9。

图7 旋喷加固示意图Fig.7 Sketch of jet grouting consolidation

图8 处理后基坑整体稳定性验算简图(单位:m)Fig.8 Sketch of calculation of foundation pit stability after jet grouting consolidation(m)

2.3.2 外围止水帷幕改造

对原止水帷幕进行加深施工，一方面是提高其止水能力，另一方面有稳定侧向基坑外岩土作用。为加快施工速度，提前利用地质钻机进行钻孔，钻孔深度至基坑底2 m，然后进行旋喷桩施工。旋喷桩直径为600 mm，咬合200 mm，浆液采用水泥浆，水灰质量比为0.8～1.5。

图9 旋喷桩布孔示意图(单位:mm)Fig.9 Layout of jet grouting piles(mm)

2.3.3 结构分段改造

除采取以上基底加固及止水帷幕加深方案外，结构改造应分段进行。改造时应由埋深小的部位向埋深大的部位进行，同一时间段内只能进行一段结构改造施工，上一段结构强度达到要求后，再进行下一段施工。结构改造过程中应加强监控量测施工。结构分段改造见图10。

我说到做到，第二天早晨我给周书记打了个电话，告诉他我已经到林业局报到了，周书记在电话中笑哈哈地说，小孙啊，你这就对了嘛，好好干，你可是前程无量啊！我没有答他的话，而是尽快找到有关文件，又请人事部门的领导喝了一餐酒、洗了桑拿、找了小姐按摩，最后把颖春安排进了民政局。

图10 明挖结构底板及侧墙分段改造纵剖面图Fig.10 Division of floor slab and side wall of open-cut passage tunnel for the purpose of renovation

3 新旧混凝土结构接缝防水保证处理措施

原明挖结构防水均采用膨润土防水毯，结构改造时，需凿除已完成的底板及部分侧墙，侧墙防水会有一定的损坏，与新做防水续接时，难以保证防水质量，且接缝处混凝土浇筑难以保证浇筑密实。改造过程中应做好新旧侧墙防水层续接及施工缝接头处理措施。

3.1 新旧防水层续接

3.1.1 做好凿除过程中防水毯保护

既有结构底板及侧墙凿除时，首先将底板沿侧墙内侧切除，侧墙底部范围内的底板保留，然后人工采用风镐破除侧墙，侧墙厚度为700 mm，当将一定范围内的侧墙均破除达到650 mm时，再人工换用钢钎慢慢将剩余侧墙剔除，最后人工慢慢清除防水毯上附着的混凝土块。

3.1.2 做好新旧防水层的搭接

侧墙破除完成后，将已完成的膨润土防水毯破损部位切除，然后清洗钢筋，应尽量保证预留防水毯搭接长度不小于100 mm。

向下续接防水层时，将上部外露防水毯掀起，下层防水毯伸入外露防水层背侧100 mm以上，放下外露防水毯，在外露防水毯底部与续接防水毯接茬位置采用3 kg/m2的膨润土颗粒和密封胶密封。

新旧防水毯接茬部位应设置宽度不小于250 mm的加强层，上下均采用固定件固定牢固，固定件周边采用膨润土密封胶密封。

若在结构凿除过程中发现防水毯破坏，不能满足搭接长度不小于100 mm的要求，应采用膨润土密封膏对损坏部位进行填补，并在迎水面增设一道加强层。

图11 新旧防水层搭接示意图Fig.11 Sketch of overlapping between existing waterproofing layer and new waterproofing layer

3.2 施工缝接头处理

3.2.1 新旧侧墙钢筋连接

侧墙混凝土凿除完成后，将钢筋主筋上的残留混凝土清理干净，新建底板及侧墙与已清理完成的钢筋连接时，为确保连接质量，现场采用Ⅰ级冷挤压套筒机械连接。

3.2.2 新旧混凝土接缝处理

1)侧墙混凝土凿除时，底部与新建侧墙接缝处宜做成坡口型，破口面与水平面成30°，凿毛处理，并在距离侧墙内外表面100 mm处设置2道遇水膨胀止水胶，止水胶挤出粘贴在接缝表面，固化成型后断面尺寸不小于(8～10)mm×(18～20)mm。

2)续接混凝土应采用微膨胀混凝土，并预留注浆管，注浆管采用全断面注浆管，引出间距为2～3 m。

3)续接段结构底板及侧墙应分2步进行施工，先浇筑底板，后浇筑侧墙。侧墙浇筑完成后，及时通过注浆管对施工缝部位进行注浆处理，浆液采用水灰质量比为0.8的水泥浆，注浆压力≤0.5 MPa。

新旧混凝土接缝处理见图11。

4 施工效果

在西北出入口明挖改造期间，通过布设在侧墙内侧的收敛点及冠梁顶部的垂直位移点对基坑整体稳定性进行监测，最终收敛点最大变化值为2 mm，垂直位移点最大变化值为4 mm，均在允许范围之内，结构改造完成至通车1年内新旧混凝土接缝处未发现渗水、湿渍等现象。

5 结论与建议

1)本工程通过对新旧结构混凝土连接、接茬处防水处理的施工，防水工程无渗、无漏，结构表面无明显裂纹，结构强度满足设计要求，确保了结构防水效果，实现了新旧结构的良好过渡。

2)明挖基坑稳定性与围护桩嵌固深度及基底周围水文、地质特性参数息息相关，在因特殊情况导致围护桩嵌固深度不能满足要求的情况下，通过土体加固可以在一定程度上提高基坑整体稳定性。

3)新旧结构连接及防水是一个非常复杂的难题，在正常施工过程中应尽量避免。若因特殊原因需进行新旧结构及防水续接施工，为确保防水效果，应增加设防道数，如增加止水胶条、增设加强层或采用膨胀率较高的新型防水材料等，以保证防水质量。

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