潜水员在地铁车站水下开挖工艺中的应用探讨

彭祥峰 张真

Application of Divers in Underwater Excavation Technology at Subway Station

摘要： 本文从一个工程实例出发，介绍了在永定门外地铁车站的建设中，潜水员队伍在水下开挖中起到的关键作用，详细介绍了潜水员参与水下开挖的施工工法、施工工艺、施工工序以及流程。对地铁车站水下开挖施工领域具有一定的借鉴意义。

Abstract： This article starts from an engineering example and introduces the key role of the divers' team in underwater excavation during the construction of the subway station outside Yongdingmen. The construction method， construction technology and construction process of the divers' participation in underwater excavation are introduced in detail， which has certain reference significance for underwater excavation construction of subway station.

关键词： 潜水员；水下切割；盲区清淤；水下录像

Key words： divers；underwater cutting；blind dredging；underwater video

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）15-0111-02

0 引言

潜水员在工程中的应用主要为港口与航道工程、桥梁工程、沉船打捞等，但在地铁车站中应用为全国首次。由于工程潜水作业时间长，强度大，对安全的要求较高，工程潜水一般采用水面管供的形式。进行工程潜水需要配备一定技术装备，有水下录像设备、水下电焊切割设备、轻重潜水设备、水下分裂混凝土设备等，潜水人员要求要取得专业资格证书，潜水作业经验，并且对水下作业深度有一定要求。北京地铁8号线永定门外车站基坑水位线以下土体开挖不做常规降水开挖，使用旋挖钻机、重力抓斗进行土方带水开挖。但因主体围护结构支撑及腰梁导致盲区部位无法开挖，因此需要潜水员进行对盲区进行处理以及其他水下作业。本文通过总结潜水员在水下开挖中应用的施工经验和技术要点，为北京市地铁车站及类似地层区域的工程中更广泛地应用水下开挖施工工法提供技术参考。

1 工程概况与难点分析

1.1 工程概况

8号线三期06标包括1站1区间。车站为永定门外站，区间为永定门外站～木樨园桥北站。车站主体结构为地下四层三跨框架结构，围护结构采用地下连续墙+内支撑体系，车站总长139.2m，标准段宽24.9m，端头井宽29m，底板埋深约34/32m。

本次潜水作业施工包括车站承台基坑地下连续墙水下墙体、剪力槽清理、附着地连墙止浆铁皮切割去除，腰梁及板撑（阴角）下侧土体清理，基坑底部进行清理整平作业。

水下作业环境特点显著：①水深：最大作业水深17米；②表层水温：根据潜水员实际下水作业时间确定；③能见度为零。

1.2 水文地质条件

水下开挖区域位于地下水位线标高向下至封底混凝土底标高的卵石⑤层、粘土⑥层和卵石⑦层，该地层含水量高、透水性好，地下水流速大，其中卵石⑤、⑦层极其致密，重型动力触探值分别为85和115，详见图1。

2 水下开挖简述

永定门外站是北京地铁8号线3期难度最大的车站之一，该站地下水充盈，如果按照常规施工，车站的日涌水量将达到18万立方米，既浪费地下水资源，又有极大的安全控制风险。“当年北京南站施工时的日排水量达到13万立方米，永定门外站水位比南站还深了近6m，常规开挖方法根本无法完成施工。

为了解决这个技术难题，施工单位决定参照在建设南京纬三路过江通道时水下开挖的方式，提出永定门外站水下开挖施工的初步设想。

水下开挖是一种跨江河桥梁深水墩基础施工工艺，而修地铁和桥梁不一样，从围护体系、开挖方式到作业环境都不一样，将水下开挖运用到地铁施工中，在国内尚属首次。

施工单位将车站分为16个仓进行开挖，并采用了超厚地连墙、贝雷钢架平台作业、旋挖钻车站水下取土、潜水员水下作业等轨道交通建设中极少见到的設备和工艺。

3 潜水员在水下开挖中的应用

3.1 潜水员施工内容概况

水下开挖过程中，主要涉及工程范围为封底混凝土范围内地下连续墙（围护结构）墙壁清理、地下连续墙剪力槽清理、止浆铁皮清理、腰梁及板撑（阴角）下侧土体清理、分仓墙吊筋切割、基坑底面整平、淤泥清理以及拍照摄像的检测工作，如图2所示。

3.2 潜水员施工准备

①潜水员采用TF-12型通风式重装潜水装置，该装置主要由380V外接电源、0.9m3空气压缩机、潜水胶管、头盔、潜水服、压铅、腰节阀、潜水鞋、对讲机等组成。②水上作业平台：由于施工在地连墙围护体内，施工船舶无法进入，故水上作业平台采用浮箱现场拼装，选用单体浮箱尺寸为3m×3m。③吊篮：从基坑顶到水下作业面高差约22m，为便于潜水员从地面到达基坑水中，故采用吊机配合吊篮配合潜水员上下。吊篮设计为1.5m（长）×1.5m（宽）×1.2m（高），吊篮骨架采用5×5角钢焊接，内铺木板，一侧采用移动门，方便潜水员进出吊篮，吊篮用履带吊或汽车吊着上下。

3.3 潜水员水下施工

①腰梁及板撑（阴角）下侧土体清理。当开挖到腰梁下段水线下时，停止开挖，由潜水员使用高压枪清理腰梁及板撑（阴角）下侧土体，配合抓除清理物。当开挖到剪力槽上端平面时，停止开挖，由潜水员使用高压枪清理腰梁及板撑（阴角）下侧残余土体，配合抓除清理物。②水下混凝土浇筑范围内的围护结构墙壁（地下连续墙）、阴角处的卵石及残留土由潜水员水下冲、吸，随开挖进度进行清理。潜水员着装下水，操作10个立方的空气压缩机进行阴角处理，卵石及残留物水吸排到仓中，备于抓斗作业清除，清除后由潜水员下水使用钢刷作业，铺排式刷除清理围护结构墙壁（地下连续墙）的粘物，并进行刷除后的检查，以后再用高压水枪冲洗，确保墙体清洁到位，不留附着物。③剪力槽清理。当开挖到剪力槽下1m时，停止开挖，由潜水员下水，清理剪力槽，并检查剪力槽的清理效果。潜水员着装下水，手带钢钎潜到剪力槽部位。潜水员探摸确定剪力槽下口，把钢钎从下口插入向上扳起，使充填泡沫受到损坏并脱开。然后用手或钢钎撬出，直到泡沫清理干净为止。剪力槽泡沫清理完毕后，潜水员潜入水下，用水下风枪把水泥浆清除干净，探摸并检查剪力槽的清理效果。完毕后，联系水面工作平台人员，上浮出水。

3.4 割除地连墙止浆铁皮外露墙平面部分

①切割设备介绍：电焊机选用硅整流300直流焊机，输出电压为5-35V。水下切割工具型号：SGⅢ型水下氧弧割炬，配用专用水下电割条。②工作原理：割刀利用电和氧气进行切割，电弧放电溶化金属，同时赤热的金属与氧发生氧化反应，放出大量的热，又在氧气流的作用下，吹去液态金属，达到连续切割目的。

3.5 对基坑底部进行清理整平，清理地连墙侧壁

完成上述水下作业后，潜水员对水平面以下墙体清理情况、墙体止浆铁皮切割情况、剪力槽槽口内清理情况进行水下自检。自检并确认上述作业符合要求后，潜水员水下配合进行基坑底部清理整平。基坑封底前，由于抓斗在抓取基坑底部时所产生的凹凸面必须由潜水员水下实施整平作业，整平后，底部平面产生的淤土，包括墙体水平面以下清理冲洗后的沉淀物，用专用潜水泥浆泵倒拔抽吸干净，确保达到基坑混凝土灌浆封底技术要求。

潜水泥浆泵选用：潜水泥沙泵NSQ250-35-55参数，泵流量250m3/h，扬程35m，功率55kW，转速980转/分，泵的出口150mm，最低作业水位126cm，最深作业水深不超过20m。最大通过颗粒36mm，工作电压380V，50Hz。

3.6 拍照及摄像

完成基坑内所有潜水作业内容，潜水员着装下水，携带水下录像设备对作业面进行拍照、摄像存档作业，完成后出水。施工水域因基坑开挖所致形成泥浆混合型水质，能见度为零，我部水下拍照及摄像作业将根据实际情况采取净水措施，待具备水下摄像、拍照作业条件后，由潜水员水下操作施工。

3.7 出水检查归位

潜水员出水卸装完毕后，把所有器材、工具、物品放回原处并清洗整理。潜水员与潜水工程师及时整理检查第一手资料。

4 影响

八号线三期永定门外站作为全国首例水下开挖地铁车站，对日后国内的地铁修建有着重大的意义。许多因水文地质条件而困扰的地域，以永定门外站为先例，能够更好地开展轨道交通建设，而潜水员作为水下开挖的重要组成，对于整个水下开挖有着必不可缺的意义。潜水员的参与及首例水下开挖的开创，多次吸引十几家媒体前来参观采访，在业内也广为流传。

5 结论

八号线三期永定门外站作为全国首例水下开挖地铁车站，开创了轨道交通施工建设的先河，解决了富水致密砂卵石地层条件下地下水处理难、风险高的施工问题，潜水员在其中的应用对于水下开挖起到了关键性的作用，解决了水面以下普通人员、机械无法处理的难题，加快了施工的进度，保证了施工的质量，值得在轨道交通领域进一步推广。

参考文献：

[1]JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2]北京地铁8号线三期工程06合同段施工组织设计.

[3]唐光盛.水库大坝高原复杂工况潜水作业方案的制定[C].救捞专业委员会2005年学术交流会论文集.

[4]赵风，陈景龙.高地下水位条件下旋流沉井湿作业施工技术[A].建筑技术开发.

[5]鄭志国，吴向君，李其修.桥梁钢围堰施工中的潜水作业 2009年度救捞论文集.