软土环境下超深地下连续墙施工关键技术研究

荀 为 卓

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200433)

0 引言

我国经济建设高速发展，城市化进程不断加快，地下开发规模日益增大、建设难度日益复杂，其变形和环境影响更加明显。作为地下空间开发的主要建设方式——深基坑工程的规模和深度越来越大，同样作为深基坑工程最为安全可靠的围护结构——地下连续墙的深度也越来越深，地质条件和建设环境亦越来越复杂。传统的地下连续墙施工方法存在一些缺陷和局限性，抓斗成槽机在坚硬的砂层、岩层成槽难度极大，甚至无法成槽；超深地下连续墙因其垂直度要求更高，传统地下连续墙施工工艺难以做到；超深地下连续墙中，传统施工方法的一些工序如锁口管提拔风险过高，如锁口管起拔摩阻力太大、型钢接头钢筋笼起吊风险太高；超深地下连续墙成槽时间长，相当长的一段时间是靠泥浆来保持槽壁的稳定的，对护壁泥浆的性能和施工控制技术要求也会更高。此外超深地下连续墙施工单幅槽段周期较长，施工过程对环境的影响控制也提出了更高的要求。基于此，本文以软土城市核心城区紧邻运营轨道交通线的重大工程为依托，开展超深地下连续墙施工关键技术研究，研究软土复杂敏感环境下的超深地下连续墙施工技术，为软土地区地下空间开发提供有力的技术支撑。

1 工程概况

本文的背景工程是在建的上海浦西第一高楼——徐家汇中心项目，该项目是大型综合体项目，位于上海市徐家汇核心地段，北临规划四路、南临虹桥路、东临恭城路、西临宜山路。工程占地面积约6.6万m2，基坑面积约5.5万m2，地下室大部分为6层，普遍挖深32.45 m，局部深坑挖深37.15 m。项目周边环境复杂，建(构)筑物密集，东侧紧邻地铁11号线且与11号线车站主体共墙，北侧地铁9号线隧道区间穿越地块(见图1)。深基坑围护结构采用地下连续墙，6层地下室区域外围采用铣接头形式，其余地下连续墙采用十字钢板接头形式，地下连续墙共计378幅，总延长米近2 000 m，其中75 m深深铣接头地下连续墙共213幅，延长米1 018 m(见图2)。

本工程地下连续墙施工面临的主要难特点有：地墙深度大，最深达75 m，墙底位于⑨1粉砂层，超深地下连续墙致钢筋笼起吊重量大；场地位于徐家汇繁华地段，场地横跨地铁9 号线、紧邻11 号线，周边分布有较多高层建筑，场地周边道路下方分布有电力、信息、能源、雨水等管线，环境十分复杂。

2 槽壁稳定性分析

影响地下连续墙施工安全稳定性的主要因素有很多，比如地质条件、施工工艺、成墙深度、泥浆比重及混凝土浇筑等，其中在成槽过程中槽段开挖深度越大，对地质土层扰动越大，成槽垂直度控制越难，对施工的要求亦越高。在地下连续墙开始施工前，对其槽壁稳定性进行分析，掌握超深地下连续墙成槽对周围土层的影响规律，以期采取针对性的安全施工措施指导实际工程施工。

通过大型有限元数值分析软件建立三维模型对不同成槽深度的槽壁分别进行了计算分析，总结出成槽深度对周围土层侧向位移的影响。因实际施工场地土层厚度分布不均、地下障碍物众多且杂乱无规律等因素，故计算模型中采用单一土层来模拟场地条件，但是模型可反映土体刚度随深度的变化。在每一成槽施工步中，通过“杀死”相应单元来模拟开挖成槽，开挖成槽后立即在槽壁和槽底面施加静水泥浆压力，计算达到平衡状态。通过建模计算，得出成槽深度与最大侧向位移关系如图3所示，成槽阶段泥浆液面下降与最大侧向位移、土层沉降量关系如图4，图5所示。

从图3～图5可看出，侧向位移、土层沉降量和成槽深度总体上是呈正相关线性变化关系。成槽深度由30 m增加到70 m时，成槽阶段最大侧向位移由6.58 mm增加到7.12 mm，增幅8.2%，即每10 m成槽深度增幅约为2.1%。当泥浆液面由正常情况下降2 m时，其侧向位移由6.2 mm增加到12.8 mm，最大值增幅106%，即泥浆液面每下降0.5 m，侧向位移增加百分比为26.6%；当泥浆液面下降2 m时，2 m深度处土层的最大沉降量由2.3 mm增加到5.15 mm，最大值增幅124%，即泥浆液面每下降0.5 m，地层沉降量增加百分比为31%。槽段泥浆液面下降在成槽过程中应引起足够重视，必须保证槽段中泥浆液面满足规范要求，但出现液面下降时，应及时补充泥浆。

3 施工关键技术研究

地下连续墙套铣工艺是一种基于双轮铣槽机的施工工艺，通过双轮铣槽机铣轮的旋转，以铣轮上的刀齿将接先行施工形成的一期槽段接缝面混凝土铣削成锯齿状，起到类似于新旧混凝土施工缝中常用的凿毛作用，使得后浇筑施工的二期槽段混凝土与一期槽段混凝土在接缝处形成良好咬合作用，是目前最为先进的一种地下连续墙接头形式。套铣工艺作为一种新的施工方法已经在国内外一些地区的超深地墙项目中有所应用，套铣工艺施工如图6所示。

3.1 套铣一期槽段施工关键技术

1)抓铣结合施工。

本工程75 m地下连续墙较深，为保证墙体整体垂直度满足设计要求1/500，对于上部纯抓土体用液压抓斗成槽机抓至40 m，然后用双轮铣槽机铣至设计深度。一期槽段采用抓铣结合的成槽工艺进行成槽，发挥了不同成槽设备的优点，以液压抓斗成槽机抓取黏土、双轮铣槽机铣削砂土的方法取长补短，是软土地基中地下连续墙最为合理的成槽工艺。

2)垂直度控制。

一期槽段成槽施工，其定位和垂直度控制直接影响到二期槽段套铣接头的施工质量，利用全站仪定位、铣槽机机载计算机、液压纠偏系统、超声波检测等多种方法或相结合，在成槽施工过程中加以控制，在成槽完成后再加以检测，形成一套的槽段定位、纠偏的施工技术，能够有效的控制一期槽段的垂直度，为套铣接头的施工创造先决条件。

3)钢筋笼制作与吊放。

在确保成槽垂直度满足设计要求的基础上，通过高精度的超长钢筋笼制作和吊放技术，有效保证一期槽段钢筋笼在槽段内安放在准确的位置，避免二期槽段套铣铣削到钢筋笼，有效保证套铣接头的顺利施工。

3.2 套铣二期槽段施工技术研究

1)二期槽段铣削混凝土厚度将关系到其能否形成有效的套铣接头，铣削一期槽段混凝土的厚度在保证接缝需要的前提下，还应结合地下连续墙深度合理选定。在目前的施工精度下，套铣接头铣削混凝土厚度一般为200 mm，当深度超过60 m的应选取搭接300 mm。本工程75 m地墙铣削混凝土两端各为300 mm。

2)二期槽段成槽时铣削一期槽段端面混凝土，故二期槽段施工受一期槽段影响较大。二期槽段施工时应当根据一期槽段的端面垂直度情况进行纠偏控制(见图7)，并采取必要的防抖动措施来避免铣削混凝土时铣槽机抖动所产生的影响。

3)二期槽段成槽完毕后需要采用刷壁器进行刷壁，并利用铣槽机反循环清基技术进行清基换浆，这些措施能够有效的减少槽底成渣和接缝夹泥，保证地下连续墙套铣施工质量。

3.3 套铣泥浆工艺

由于铣槽机依靠铣刀齿铣削成槽，依靠泥浆泵吸浆的施工特点，铣槽机施工中的泥浆更类似于钻孔灌注桩反循环工艺，其主要起到泥浆护壁、携渣和冷却铣轮的作用。除了确定适宜的泥浆配比和性能指标外，还由于铣槽机泵吸反循环流量大，效率高，传统的泥浆供应手段很难满足铣槽机施工需要，因此在施工前还必须建立一个能高效运作的泥浆系统以保证铣槽机施工时泥浆循环供应的需要。

根据相关规范、本工程地质条件、水文情况、类似工程经验以及我司地下连续墙的施工经验，本工程75 m深套铣地墙施工阶段泥浆控制指标为：新浆粘度控制在不小于23 s，比重为1.03～1.08；循环浆粘度不小于25 s，黏土层中比重小于1.2，砂土层中比重小于1.3；清基后泥浆比重为1.05～1.2。

新浆应提前配置储存，经过不少于24 h的水化过程才能投入使用，新浆主要用于首开幅施工、配兑调节循环泥浆性能、槽段清基换浆三个方面。泥浆在施工过程中进行循环利用，还需要一个系统对泥浆进行除砂净化处理。

4 临近地铁保护区域施工关键技术

轨道交通9号线位于背景工程场地西北侧，自场地西北侧横穿，距主体基坑外边线约10 m。轨道交通11号线位于场地东侧，基坑与其相邻。施工中必须采取一定的技术措施保障地铁9号线、11号线安全。基于此复杂敏感的环境保护要求，通过与地铁运营公司沟通，并根据“上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定”执行有关地铁沿线工程有关要求采取以下技术措施来保障运营地铁线安全。

1)在地铁工程外边线两侧邻近3 m范围内不进行任何工程。隧道中心线两侧各30 m、车站中心线两侧各50 m范围内为保护范围加强施工监测，当地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量、隧道变形曲线的曲率半径、相对弯曲等任一项指标超标时应立即停止施工，待变形稳定后重新施工。

2)施工进场后，着手布设监测点，形成监测系统；积极同隧道监测单位联系，及时获取隧道内部自动监测的最新数据，并根据监测数据对施工参数进行及时调整以保证隧道变形在规范、设计要求范围内；通过自身监测及隧道监测单位双方的监测，更好的对车站隧道的信息得以了解，一旦超过警戒值立即报警，并安排专项事故处理进行加固或其他措施。

3)施工参数严格控制。本工程超深地下连续墙成槽设备采用铣槽机与成槽机进行抓铣结合施工，泥浆采用NV-1钠土泥浆进行护壁，加之其他辅助手段，能确保槽壁稳定与成槽顺利；合理布置机械设备、材料堆放等场地布置，合理安排施工流程，成槽时槽壁附近应尽可能避免堆载和机械设备对槽壁产生的附加应力，并减少振动；导墙做成“][”形以防导墙坍塌，并采用双层配筋的措施；严格控制泥浆的液位，液位下落及时补浆，以防塌方。在距离建构筑物过近区域，将泥浆液面抬高，泥浆比重在规范允许的条件下适当提高。

5 结语

本文针对软土地区超深地下连续墙成槽工效低、槽壁易失稳、垂直度控制难等技术难题，结合软土地区城市核心区复杂的地质条件和建设环境，以重大工程为依托，研究了槽壁稳定性、套铣一期槽段“抓铣结合”成槽、二期槽段套铣成槽等关键技术，并对其技术要点进行了阐述，有效的保证了超深地下连续墙的质量和安全施工。该工程378幅地墙已施工完成，施工工艺及施工质量均可满足设计及规范要求，其中223幅75 m超深地墙垂直度都小于1/500，地墙施工充盈系数总体在1.05左右，从侧面印证了该工程地墙施工质量。同时通过制定临近地铁保护区域施工关键技术措施，减小了施工对周边环境的影响，有力的确保了运营地铁线的安全。本文所阐述的技术实现了软土超75 m深地下连续墙在商业性项目大规模实施，可为今后软土更深地墙提供了技术支撑和参考。