浅析深隧地下连续墙工艺及监督管理要点

顾俐格

（上海市水务建设工程安全质量监督中心站，上海 200237）

0 引言

为贯彻“海绵城市”建设要求，体现因水制宜、因地制宜的治水方略，上海提出建设苏州河深层排水调蓄管道系统工程。该工程在软土地基中实施 105 m 超深地下连续墙实属国内首次，其施工难度大、技术复杂、对环境影响控制要求高，如作为竖井围护结构的地下连续墙施工中出现质量问题，在后期竖井开挖过程中可能会造成涌水、涌砂、渗漏水等情况发生，影响基坑开挖过程中的安全；严重时会导致竖井变形及周围建筑物沉降过大、竖井失稳、垮塌等安全事故。因此，对于深隧地墙各道施工环节的质量控制显得尤为重要。此类工程监督管理也没有现成的经验可以借鉴，本文以工程实例阐述了监督过程中的管理要点。

1 工程概况

苏州河深层排水调蓄管道系统工程，建成后可实现系统提标、排水防涝、初雨治理三大核心功能，其深层调蓄管道全长约 15.3 km，管道内径 10 m，位于地下约40～60 m。为控制工程施工风险，先行实施苗圃-云岭西试验段，采用盾构掘进方式，其中苗圃作为盾构始发井，云岭西作为盾构接收井。竖井基坑开挖深度 58.65 m，采用超深地下连续墙作为竖井围护。超深地下连续墙深度 105 m，内外圈厚度 1.0～1.5 m，采用套铣接头，垂直度要求 1/1 000，作为软土地基中的首次尝试，存在着许多风险和挑战（见图 1）。

图1 深隧地墙平面图

2 地质情况

根据可行性勘察孔显示，超深地墙主要穿越黏性土、粉性土及砂土层，地墙墙底进入⑩及⑩夹层，且未隔断⑩夹层。其中穿越的⑦层为第Ⅰ承压水，⑧2 层含微承压水，⑨层为第Ⅱ承压水层，含水量大，水头压力接近 1 MPa。水文地质勘查表明，⑧2与⑨层第Ⅱ承压水层存在水力联系（见图 2）。

图2 深隧基坑地质剖面图（单位：mm）

3 难特点分析

3.1 成槽工艺选择

现有地墙成槽工艺有三种：纯抓、纯铣和抓铣结合，主要由抓斗式成槽机、铣槽机这两种设备来实现。

抓斗式成槽机易于操作维修，广泛应用在软弱的冲积地层，但当土层贯入度（N 值）过大时，抓斗系统的垂直度无法有效控制。由地勘资料可知，该处⑦～⑩夹层 N 值达 28～81，显然单纯利用抓斗成槽并不适合超深地墙施工。铣槽机成槽深度深、适应地层能力强、具有优良的纠偏性能可以提高垂直度精度，但在上部黏土层铣槽时，泥浆性能较差，影响施工工效。另一种方式抓铣结合，上部抓斗成槽下部铣槽，与纯铣相比，上部的施工速度快、有效能耗低，但由于抓槽和铣槽垂直度精度不同，不利于下部铣槽垂直精度的控制［1］。

综上，抓铣结合的施工效率虽高，但从对超深地墙的整体精度控制来说，纯铣更好，因此选择纯铣。同时铣接头与传统锁口管、十字钢板等柔性接头相比可以将槽段接缝部分的泥沙以及搭接部分的混凝土直接铣削掉，把接缝泥沙减少到最低并形成致密的锯齿状接头，且由于其工艺特点，不存在锁口管垂直度控制不佳、顶拔困难、混凝土绕流等影响地下连续墙施工质量的问题，比常规接头更有质量保证。

3.2 铣槽方式选择

铣槽有单刀成槽和三刀成槽两种形式，两种方式各有利弊。单刀成槽具有减少钢筋笼重量；节省拼接时间，利于成槽X方向垂直度控制的优点。但槽段数量多，接缝数量增加，对地下水渗漏控制不利；对整幅钢筋笼的刚度要求高，不利于吊装拼接；成槽过程中，需往复提斗，确保成槽通道的畅通。三刀成槽的地墙接缝少，利于地下水处理。但钢筋笼重量较大，增加拼接时间及吊装设备负荷；成槽及混凝土浇筑所需时间加长，对槽壁稳定性有一定影响［2］。最终深隧工程从基坑结构安全角度考虑选择三刀成槽，通过笼体分节吊装，减小吊装风险。

3.3 垂直度要求高

深隧试验段周边环境保护要求高，紧邻多个构筑物及多条管线，距离最近的煤气管仅 4.5 m，森星高尔夫楼仅 8.2 m。为避免因地墙接缝渗漏造成的周边建构筑物沉降，将地墙的垂直度由常规的 1/300 提高到了 1/1 000。这主要是考虑到地墙接缝的止水性能，超深地墙为套铣接头，设计要求内侧搭接长度 20 cm，以 1/300 的垂直精度控制，两搭接槽段往最不利方向偏斜，则 105 m 地墙的偏差会达到 70 cm，导致相邻两幅地墙无法搭接，从而造成竖井渗漏，对周边环境造成影响。因此从搭接量角度出发，垂直精度必须控制在 1/1 000 以上。

3.4 泥浆性能

护壁泥浆能够平衡水土压力避免塌方，形成泥皮防止泥浆受地下水稀释或泥浆水分流失。影响泥浆性能的主要指标如下。①比重。比重越大，槽壁越稳固，但比重过大，会使泥皮增厚疏松，不利于固壁。②黏度。黏度大，悬浮土渣和钻屑能力强，但易糊斗，黏度小，不利于防止泥浆漏失和流沙层。③含砂率。含砂率大，土渣等易沉落槽底形成沉渣，泥浆的含砂量愈小愈好。④pH 值。膨润土泥浆呈弱碱性，pH 值一般为 8～9，pH 值＞11 的泥浆易产生分层现象，失去护壁作用。⑤泥皮厚度。泥皮愈平坦、愈薄，则泥浆质量愈高［3］。

深隧的超深地墙需要避免穿越承压水层，尤其是⑧2 和⑨ 层对护壁泥浆的影响；其三刀成槽所带来的约60 h 成槽、12 h 吊装及 12 h 混凝土浇筑容易在过程中造成泥浆劣化导致槽段塌方。因此常规的泥浆配比已无法满足超深地墙的要求，需要特别制备泥浆，并监测不同时期泥浆的性能。

3.5 钢筋笼制作精度

地下连续墙钢筋笼采用分节对接，且圆竖井地墙采用的是多段拟圆，内部还布设多根注浆、检测、监测、冷冻管等，这对制作、对接都提出了很高的要求。若钢筋笼制作出现偏差，可能会出现钢筋笼无法对接、对接率不达标；铣槽过程中铣切到钢筋；无法注浆、检测、冷冻；更有甚者破坏圆竖井的整圆度，从力学特性角度，偏差幅的接缝可能成为接缝的薄弱环节，被承压水破坏，造成地墙的渗漏。因此，需要确保其制作精度符合规范及设计要求。

3.6 混凝土浇筑

超深地墙混凝土采用浇导管水下灌注，其 105 m 的浇筑高度对混凝土的坍落度提出很高的要求，需避免在浇筑过程中混凝土的离析。浇筑是由笼体导管仓向墙两端扩散，过程中无法用振捣棒振捣，因此混凝土的扩展度和浇筑的导管直接影响着地墙的质量。浇筑还需要保证其连续性，过程中混凝土拌站的管理、车辆的交通组织，每一环节都需要严格把控，确保混凝土连续浇筑。

4 超深地墙施工的监督管理要点

4.1 导墙

地墙的成槽垂直度影响因素有 3 个：导墙的垂直度、设备就位水平状态、操作人员的技术水平。因此必须确保导墙施工的垂直精度。超深超厚的地墙，在成槽、钢筋笼吊装等环节会频繁使用大型机械，这些大型机械会对土体产生侧推力，对导墙的承载内力和变形能力要求很高，因此制作导墙时外侧上翼缘与场内重型道路双层水平筋搭接焊连接形成整体，保证导墙的垂直度。导墙制作过程中主要抽查以下参数是否满足要求，如表 1 所示。

表1 导墙施工质量控制表

4.2 泥浆制备

在经过了 7 种泥浆配比方案的试验后最终确定优钻 100 型复合钠基膨润土掺加重晶石粉的配置，并要求加强对泥浆性能的监测，分早、中、晚 3 个时段，对各泥浆池、泥浆筒仓以及槽段内的泥浆进行检测，确保泥浆指标在要求的允许范围内。随机抽查新鲜泥浆、循环泥浆、再生泥浆、被置换泥浆，泥浆现场检查指标（比重、黏度、含砂率、pH 值）如表 2 所示；重点检查清基刷壁完成后的 100 % 泥浆置换。

表2 地下连续墙泥浆质量控制标准

4.3 成槽工艺及接头

为了确保首次软土地基突破性尝试的顺利进行，也为了确保高精度 1/1 000，深隧工程采用纯铣工艺，并特别引进了德国宝峨自带纠偏、测斜功能的 MC96 和 MC128 铣槽机进行作业。在铣槽过程中贯彻“慢铣、随测、勤纠”，分段铣分段进行超声波检测，避免已偏斜槽段形成不良导向，影响整幅成槽质量。

确立首件制要求，先做的 3 幅（一期 2 幅，二期 1 幅）每幅都会进行深度、槽位、墙厚、垂直度、沉渣厚度、刷壁情况的检查，后期检查频次不少于总幅数的 10 %，并重点检查操作人员技术交底、垂直度控制、槽壁稳定，如表 3 所示。

表3 地下连续墙成槽施工质量控制表

4.4 钢筋笼制作及吊装

超深地下连续墙的钢筋笼总长 105 m，采用分节对接，其中的一期槽段为异形幅（扇形），现场搭建长 150 m，宽 10 m 的自测平台可调钢筋胎膜场地，在每幅钢筋笼制作前对胎膜进行标高控制复查，且实时检测胎膜场地情况，确保平台形状规则平整。

焊接制作过程中分为六大“工序验收”即：钢筋加工，下排钢筋，桁架，上牌钢筋，预埋件、附件，钢筋笼整体验收。对吊点钢板等重要部位，要求焊接、验收人员在施工、检查完成后签字确认，强化其责任意识。

钢筋笼正式起吊前检查起吊设备、吊索具及钢筋笼是否满足吊装需求，为了确保分节钢筋笼间连接的有效性，并验证钢筋笼制作的精度，接驳器对接接头合格率要求为 100 %。对接完成后由总包及监理单位进行对接率检查并挂牌验收后方可下放钢筋笼，如表 4 所示。

4.5 混凝土浇筑

为确保其原材性能，每月对拌站进行原材料取样，确保其原材料满足要求。进场混凝土每 4 车进行一次性能指标检测，扩展度需满足 500～600 mm 才允许使用，出现不合格车次则逐车测定，不合格混凝土立即退场。

导管可谓水下混凝土浇筑的“生命线”，由于在超深地墙施工中使用，如导管刚度不满足要求，在巨大的泥浆压力作用下容易变形影响混凝土浇筑；如导管接头在泥浆压力下渗漏，则地墙可能存在夹泥现象。因此，超深地墙的导管要求提前做好水密性试验，压力满足了才能使用。施工过程中每月抽检 30 m 导管随机进行水密性抽检，若存在水密性不合格，则全部检测，不合格管材严禁使用，确保导管密封性，进而保证混凝土浇筑质量。

表4 地下连续墙钢筋笼施工质量控制表

5 结语

最终，通过提前埋设深套管对整个地墙断面取芯及声波透射法检测，抽检的地墙墙体及接缝质量均满足设计要求，总体质量优良，垂直度也全部达 1/1 000 以上，这可谓是超深地墙在软土地基上一次成功的挑战。

如此大规模的地墙需达到 1/1 000 的垂直度，对于每一环节都必须严格把控，对于此项开创性的工程，监督管理没有现成的经验可以借鉴，本文就监督过程中的质量管控进行了梳理，希望对今后类似工程的管理提供参考。Q