近距离低净空下地下连续墙成槽技术研究和探讨

杜 峰

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

0 引言

在我国，大中城市的用地越来越紧张。地铁工程作为解决城市交通问题的主要手段之一，线路主要穿越城市建成区及中心地带，地铁施工场地周边条件普遍比较复杂，在近距离、低净空条件下施工地铁工程的情况将越来越多。

在上述条件下实施深基坑施工，由于其对后续工序有很强的制约性［1－2］，国内类似课题研究相对较少。而国外地铁工程建设施工条件好、建设速度低、周期长，工程建设基本上伴随着城市的扩大和发展，所以国外相关工程实例少，相应的研究也较少。目前国内的地铁工程蓬勃兴起，许多城市往往是几条地铁线路同时实施，任务重，工期紧，而在城市建成区及中心地带，地铁前期工程如管线迁改、交通疏解、房屋征拆等问题已成为地铁工程是否能如期完工的制约因素。因此，在近、低净空条件下实施深基坑施工，已经成为地铁工程各参建单位需研究的相关课题之一。本文依托深圳市地铁9号线人民南站，探讨在近距离及低净空作业条件下的地下连续墙成槽技术。

1 工程概况

深圳市地铁9号线人民南站起于罗湖区春风路高架桥与建设路交汇处，止于春风路高架桥与人民南路交汇处，地面交通繁忙，高楼林立。本站为地下3层岛式无柱车站(曲线进站台)。车站总长度为168.6 m，总宽度为19.8 m，标准段基坑宽度约17.9 m，深约29 m，车站顶板覆土厚度约4.0 m，车站主体为盖挖逆作法施工。

本工程采用地下连续墙围护，厚度为1 000 mm，形式有“一”、“L”、“Z”型。地下连续墙分标准幅和转角幅、端头幅，车站北侧标准幅宽4 m、计39幅;车站南侧标准幅宽5 m、计31幅;转角幅宽3.3～5.3 m、计10幅;西端头连续墙幅宽4 m、计5幅;东端头连续墙幅宽4 m、计为5幅;总计为90幅。地连墙长度为31.4～36.9 m。

车站周边建筑物较密集，距车站结构净距小，交通繁忙，车流量大。人民南车站北侧围护结构位于春风路高架桥之下，桥梁底板距离地面9.72～11.44 m，北侧围护结构地连墙位于春风路高架桥之下的部分约长130 m，从西侧端头井部分起，最大伸入春风路高架桥之下约4.8 m，沿车站轴线向东逐渐过渡到0，地连墙距北侧春风路高架桥桩基最近距离为2.8 m左右，南侧靠近广东省银行、德兴大厦，地下连续墙距离德兴大厦挑出阳台仅0.6～1.2 m，距德兴大厦地下室外边墙为2.6 m，距德兴大厦下地下室桩基最近距离为3.6 m左右;车站西端位于建设路，东端位于人民南路上;车站结构顶板正上方有罗雨干渠(6 m×1.6 m双排雨水箱涵)，与车站纵向平行。人民南路布置情况如图1—3所示。

图1 人民南站平面布置示意图Fig.1 Plan layout of South People Road Station

2 工程地质和水文地质条件

车站基坑侧壁主要为人工填土、淤泥质黏土、粉质黏土、粉细砂、中粗砂、圆砾、卵石层、残积土层及全、强风化变质砂岩层、断层角砾、强风化糜棱岩，局部为微风化变质砂岩。基坑底板主要岩土层为断层角砾、强风化糜棱岩，局部位于微风化变质砂岩。

勘察场地附近发育有罗湖断裂带FL9，该断裂全新世断裂活动特征弱，但受该断裂影响，该区域岩石多碎裂岩化，重结晶作用较明显，岩性较复杂［3］。场地内地下水的含水层主要包括人工填土层、粉细砂〈3－3〉、中粗砂〈3－4〉、圆砾〈3－5〉和卵石〈3－6〉。地下水具微承压性，最大承压水头一般为地表。第四系冲洪积砂层水量较丰富，具有中等透水性。人民南站地质剖面布置示意如图4所示。

图2 人民南站与周边建筑物平面关系图Fig.2 Plan showing relationship between South People Road Station and surrounding buildings

图3 人民南站剖面布置示意图Fig.3 Profile of South People Road Station

图4 人民南站地质剖面布置示意图Fig.4 Profile showing geological conditions of South People Road Station

3 低净空近距离成槽重难点分析

1)人民南车站北侧围护结构位于春风路高架桥之下，桥梁底板距离地面9.72～11.44 m，地下连续墙距离高架桥桩基2～6 m，高架桥桩基埋深21.5 m，地下连续墙埋深34 m。在地下连续墙成槽施工、钢筋笼安装过程中，需做好高架桥保护，确保桥桩桩基稳定及规避触碰高架桥的风险［4］。人民南路与春风路高架桥位置关系如图5所示。

2)人民南车站南侧靠近德兴大厦，地连墙距离德兴大厦挑出阳台仅0.6～1.2 m，距离其钻孔桩基础仅4.3 m，地连墙埋深比德兴大厦钻孔桩基础深3.6 m，德兴大厦地下室距离地续墙仅为1.4 m。在地连墙成槽施工、钢筋笼安装过程中，需规避触碰德兴大厦挑出阳台的风险，及保护德兴大厦地下室、桩基安全与变形可控［5］。人民南站与德兴大厦位置关系如图6所示。

4 应对措施

4.1 低净空条件下的成槽

人民南站北侧围护结构位于春风路高架桥之下，成槽采用HITACHI－KH180液压抓斗配合冲孔钻完成。该液压抓斗机身内设置有特殊性倾斜感应器、液压纠偏导板等组成的纠偏装置，操作可随意控制挖掘机的姿势，其槽壁挖掘垂直度可达到1/1 000以上。工法特点:1)分槽段施工，速度快。槽幅平面长度一般在3.8～7.2 m，液压抓斗挖土效率高，一幅6 m宽，30 m左右深的普通地下连续墙施工可在24 h内完成。2)成槽垂直精度高。液压抓斗上设有倾斜仪和纠偏液压推板，随时调控成槽垂直度。3)适应性强。能适应各种平面多边形的地下连续墙围护结构，能与导墙成90°，60°，45°等多种角度开挖(必要时还能骑导墙开挖)。4)对周围环境影响小。作业噪声小、无振动、无污染，能接近构筑物施工，对周围建筑物、道路交通、地下管线的影响小，尤其适用于场地狭小、建构筑物密集的施工特点。

图6 人民南站与德兴大厦位置关系图Fig.6 Relationship between South People Road Station and Dexing Mansion

本工程每幅连续墙采用2台冲孔钻同时冲孔。成槽时因液压抓斗提升高度受限，卸料先放到地面上，再通过装载机配合完成。施工中遇到硬岩，主孔先采用φ100 mm钻机引孔，然后采用冲孔方法完成施工［6］。成槽机及引孔布置示意如图7所示。

低净空下的成槽，在液压抓斗挖槽前先冲φ1 000的导孔，用钻机从地面钻至岩面标高。其目的是使泥浆充分渗入孔周一定范围的砂层，增加砂层的黏结力，减少挖槽时槽壁的坍塌性和透水性;冲导孔时，需随时检测冲孔的垂直精度，保证精度达到1/300。冲完导孔后，用液压抓斗进行挖槽，液压抓斗上有垂直最小显示装置，当偏差大于1/500时，进行纠偏工作。抓斗工作宽度为2 m，北侧一个标准槽段需要3(2)幅抓才能完成，通过砂层时，挖槽速度不宜太快，并随时观测槽壁变形、垂直度、泥浆液面高度。

如发现较严重塌坍时，及时将机械设备提出，通知现场技术人员分析原因及妥善处理。对于较硬的中风化岩和微风化岩，抓斗刃切削不动(最大切削力425 kN)，需进行冲锤冲槽。

图7 成槽机及引孔布置示意图Fig.7 Channel cutting machine and layout of percussion holes

冲槽采用国产ZP－3冲击钻机施工，配备十字冲锤。对一个槽段，平面上从一端冲到另一端，每冲0.5 m厚的一层岩，用液压抓斗清一次沉碴，这样可提高冲击效率。冲槽至设计底标高下0.1 m，用液压抓斗清完沉碴后即可换浆［7］。

连续墙接头施工采用工字钢板接头方式加旋喷桩止水处理，以确保车站基坑防水能力和车站主体结构防水质量。

在泥浆护壁措施上，为提高泥浆的黏度、屈服值及泥皮的形成能力，维护槽壁的稳定性防止水泥或盐类污染泥浆，选用膨润土作为制备泥浆的材料，同时在膨润土泥浆中加入增黏剂CMC，在加CMC的同时加入分散剂碳酸钠(Na2CO3)。经过试验分析，地下连续墙施工泥浆质量配合比为水∶膨润土∶CMC∶纯碱 =3∶80∶0.3∶3。

4.2 关于规避触碰高架桥风险的措施

4.2.1 钢筋笼安装

根据现场测量，现状地面到春风高架桥底的高度为9.72～11.44 m，地连墙分幅根据接驳器位置初步确定6 m分幅与7.5 m分幅2种方案(如图8所示)。根据吊车参数，吊车顶至吊钩最短距离为1 m，吊钩距离钢筋笼为1.5 m，钢筋笼搭接区高出导墙地面0.5 m，因此当采用6 m分幅时，吊车顶距离导墙地面距离为1+1.5+6+0.5=9.0 m(＜9.7 m)，当导墙地面距离高架桥底部的距离大于11.0 m时，采用7.5 m分幅，均可满足规避触碰高架桥吊装的要求。

图8 地下连续墙钢筋分幅图Fig.8 Sectioning of rebar cages of underground diaphragm wall

4.2.2 接驳器连接

常规的接驳器连接方法，连接器两端钢筋裹丝长度为连接器一半长度，在旋紧连接器的同时，两端钢筋要产生相对移动(0.5个连接器长度)，用于整幅钢筋笼的连接，施工非常困难。本项目采用的方法，在裹丝时将一端裹丝长度扩大为1个连接器长度，另一端为0.5个连接器长度。在钢筋加工平台加工时，通过连接器将钢筋连接起来，在钢筋笼吊装前，将连接器旋至螺纹长的一段，拆开钢筋笼。钢筋笼在槽段上方安装就位准确后，再将连接器由整长的一端旋出，与上截钢筋完成连接。相邻接头50%错开，错开长度40d(1.12 m)，连接区域长为1.25 m［8］。钢筋对接形式如图9和图10所示。

4.2.3 钢筋笼对接流程

1)下段钢筋笼吊入槽内，用钢梁挑住暂搁在导墙上。

2)起吊上段钢筋笼，在自然垂直状态下对准下段钢筋笼。

3)缓慢下放上段钢筋笼，使各组纵向主筋配对理顺。

4)对钢筋笼四周有对接限位标志的几组纵向主筋拧紧接驳器。

5)重新拎起钢筋笼，使上下段钢筋笼呈自然垂直状态。

6)对其余各组纵向主筋拧紧接驳器。

7)对设置吊环的几组纵向主筋拧紧接驳器。

8)完善导管插入通道与导管导向筋，有工字钢槽段焊接工字钢。

9)补焊水平钢筋、保护层垫块。

10)将对接成整幅的钢筋笼下放入槽［9］。

图9 钢筋对接示意图Fig.9 Rebar connecting

图10 钢筋对接现场照片Fig.10 Site of rebar connecting

4.2.4 吊装设备

吊装设备采用低净空、吊装能力强的随车吊(型号CAMC+INGABOKGLIOK)。在最低净高7 m的情况下，吊装能力达40 t，最大吊装能力为65 t。低净空吊装设备和钢筋笼照片分别如图11和图12所示。随车吊主要技术参数如表1所示。

图11 低净空吊装设备照片Fig.11 Hoisting machine used in confined space

图12 低净空吊装钢筋笼现场照片Fig.12 Rebar cage hoisting in confined space

表1 随车吊(型号CAMC+INGABOKGLIOK)设备主要技术参数Table 1 Main technical parameters of hoisting equipment(CAMC+INGABOKGLIOK)

4.3 高架桥保护措施

4.3.1 设置临时支墩

与桩柱共同支撑高架桥梁板，分担桥梁荷载，减少桩基承载力，避免桩侧和桩底应力集中而导致基坑连续墙受力变形。同时，围绕桩基2.5 m范围内进行注浆加固保护，注浆封堵空隙，减小沉降，提高地基整体性［10］。

4.3.2 监控量测，信息化施工

在桩基础上设置沉降监测点观测沉降变化，在临时支墩上设置应力测试仪监测临时支墩受力状况，在桥梁下地面设置沉降点监测地面沉降，根据监测信息指导施工。

4.3.3 控制泥浆比例

杜绝塌槽、槽壁掉块导致连续墙位移的情况发生。根据掘进深度的不同，泥浆比重也需要进行调整，特别是在〈3－2〉和〈3－5〉土层、软弱土层交界处、桥梁桩基底部一定范围内，泥浆比重需通过现场试验确定［11］。

4.3.4 规避触碰德兴大厦挑出阳台风险的措施

1)采用一次整幅钢筋笼吊装入槽。对现场吊装工况进行模拟，对吊装设备行走路线进行演示。尽可能减少吊装设备的移动，以减少由于吊装行动引起的吊钩和吊绳的惯性移动，特别是在钢筋笼吊装就位过程中避免移动［12］。钢筋笼采用整体吊装，吊装钢筋笼选用2台起重设备起吊(1台主吊机和1台副吊机)，先水平吊起离开地面，再缓慢、平稳使之处于垂直状态，通过主吊车移动、调整放入挖好的槽段中。吊装作业时，在吊装区域设立警戒区，其区域主要在吊物正下方和吊臂下方。在吊装区域附近设置警示标志，指派专人进行安全警戒，吊装作业时阻止闲杂人员靠近，警戒区内德兴大厦一侧底层采取安全网防护。德兴大厦侧地连墙钢筋笼吊装照片如图13所示。

图13 德兴大厦侧地连墙钢筋笼吊装照片Fig.13 Hoisting of rebar cage for underground diaphragm wall beside Dexing Mansion

2)加强设备操作人员和指挥人员的协调训练，使之每个动作都协调一致。要求参与人员熟悉现场情况，清楚每幅吊装参数、吊装位置情况、吊装移动距离及吊装移动速度等信息。

4.4 保护德兴大厦地下室的措施

1)车站开挖施工前对德兴大厦进行袖阀管注浆加固基础的保护，注浆保护的具体实施情况如下:沿房屋外墙边线与基坑之间的地面进行袖阀管注浆钻孔加固(约3.6 m宽)，注浆材料为普通水泥砂浆，注浆孔间隔1.2 m，注浆深度从地面到基坑底部1 m范围内注浆压力不大于1.5 MPa。袖阀管打设以最大程度加固该范围的地面，尽量减少无法加固盲区为原则。

2)在车站开挖施工前，对德兴大厦一侧车站地连墙外采用φ600@450，桩长10 m的水泥土搅拌桩进行隔离围护。德兴大厦地下室保护方案图如图14所示。

图14 德兴大厦地下室保护方案图Fig.14 Protection of basement of Dexing Mansion

3)对德兴大厦监控量测点进行加密，纵向方向布点加密1倍，增加监控频率。

在采用上述措施后，对车站基坑开挖进行施工。监测数据显示，德兴大厦地下室向车站基坑方向最大水平侧约4.5 mm，变形可控。基坑开挖后显示地连墙表面平整度及墙体垂直度均达到规范控制要求，墙体及接缝处基本无渗漏水现象，无侵限情况发生，施工过程的安全情况达到预期目的。

5 结论与建议

相关分析及实施结果表明，在近距离低净空的施工条件下，采用特殊的起吊成槽设备，配合分段钢筋笼工艺，加强周边建筑物的注浆保护及配合监测措施，施工方案是可实施的，同时只要技术正确、管理妥善，也是切实可行、安全可靠的。本工程如采用常规的拆除部分高架桥(仍需重新改建)后施工地连墙，经测算需增加相关费用约3 000万元，施工时间至少滞后1年以上，对项目实施的影响巨大。建议本技术在相同类型工程中加以推广应用，以达到方便施工、节省费用、提高工效、节地环保的绿色建造目的。

［1］ 李少利.超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装技术［J］.隧道建设，2011，31(6):718 － 719.(LI Shaoli.Technology for manufacturing and hoisting of rebar cages for extremely-deep diaphragm walls［J］.Tunnel Construction，2011，31(6):718 －719.(in Chinese))

［2］ 赵红光.南京河西地区超深地下连续墙施工技术［J］.江苏建筑，2010，135(4):67 － 68.(ZHAO Hongguang.Construction technology of extra deep diaphragm wall in hexi district of Nanjing［J］.Jiangsu Construction，2010，135(4):67 －68.(in Chinese))

［3］ 孙立宝.超深地下连续墙施工中若干问题探讨［J］.探矿工程，2010，37(2):53 －54.(SUN Libao.Discussion on the construction of super-deep underground diaphragm wall［J］.Exploration Engineering，2010，37(2):53 － 54.(in Chinese))

［4］ 冯虎，刘国彬，张伟立，等.上海地区超深基坑工程地下连续墙的变形特性［J］.地下空间与工程学报，2010，6(1):155 － 156.(FENG Hu，LIU Guobin，ZHANG Weili，et al.Deformation properties of diaphragm walls associated with excavation of ultra-deep foundation pits in Shanghai［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2010，6(1):155 －156.(in Chinese))

［5］ 王卫东，朱伟林，陈峥，等.上海世博500 kV地下变电站超深基坑工程的设计研究与实践［J］.岩土工程学报，2008(S1):564 － 576.(WANG Weidong，ZHU Weilin，CHEN Zhen，et al.Design，study and practice of deep cylindrical excavation of Shanghai World Expo 500 kV underground transmission project［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2008(S1):564 － 576.(in Chinese))

［6］ 王明胜.超深地下连续墙的设计与施工［J］.岩土工程界，2008，12(2):55 － 56.(WANG Mingsheng.Design and construction of super deep underground continuous wall［J］.Geotechnical Engineering World，2008，12(2):55 －56.(in Chinese))

［7］ 郑宏，傅金栋，宋凯，等.天津滨海新区61 m深异形地下连续墙施工技术［J］.施工技术，2010，39(10):51 －52.(ZHENG Hong，FU Jindong，SONG Kai，et al.Construction technology of 61 m-deep and special-shaped diaphragm wall in Tianjin Binghai New Area［J］.Construction Technology，2010，39(10):51 －52.(in Chinese))

［8］ 刘兵科，彭丽云.广州地铁深基坑嵌岩式地下连续墙施工技术［J］.施工技术，2009，38(S):46 －47.(LIU Bingke，PENG Liyun.Rock-embeded diaphragm wall construction on technology，for deep foundation on Guangzhou Metro［J］.Construction Technology，2009，38(S):46 － 47.(in Chinese))

［9］ 董晓斌.地下连续墙接头缝渗漏水综合堵漏处理的施工实践［J］.西部探矿工程，2006，122(6):122.(DONG Xiaobin.Comprehensive plugging treatment In diaphgragm wall joint seam leaks［J］.West-China Exploration Engineering，2006，122(6):122.(in Chinese))

［10］ 王健.广东地区地下连续墙接头的研究［J］.西部探矿工程，2005，12(8):17 － 18.(WANG Jian.Study of diaphragm walls joints of Guangdong［J］.West-China Exploration Engineering，2005，12(8):17 － 18.(in Chinese))

［11］ 易智宏，李小刚.地下连续墙施工技术难点讨论［J］.探矿工程，2004，31(4):10 －12.(Yi Zhihong，Li Xiaogang.Discussion on difficulty in the diaphfagm wall construction technology［J］.Exploration Engineering，2004，31(4):10 －12.(in Chinese))

［12］ 陈昊，胡辉.超深地下连续墙施工监理控制要点［J］.城市道桥与防洪，2007(12):73－74.(CHEN Hao，HU Hui.Supervisory control gist for construction of super-deep diaphragm wall［J］.Urban Roads Bridges ＆ Flood Control，2007(12):73 －74.(in Chinese))