城市地铁超深竖井非爆破开挖及质量控制关键技术

熊志富，朱亦墨，杨海鹏，陈寿根

(1.中铁二局第四工程有限公司，四川 成都 610031；2.西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031)

1 研究背景

广州市轨道交通十一号线呈环形线路，线路经由天河区、白云区、越秀区、荔湾区和海珠区，线路全长44.2 km，全部采用地下敷设方式，全线共设32座车站。流花路站为地下两层(高19.6 m、宽30 m)双柱岛式车站，车站全长696.55 m，标准段宽为26.15 m，总建筑面积41 674 m2。车站位于人民北路与流花路交汇处的十字路口下方，沿南北方向布置，周边分别为广州军区总医院，流花展贸中心，流花湖公园及南海渔村(五钻酒家，改革开放后第一批餐饮企业)，东方宾馆(五星级)等，所处位置十分复杂、敏感。经优化流花路站施工设置了4个竖井(1，4，5和6)，竖井深度约43 m，类似工程非常罕见。

根据我国《爆破安全规程》(GB6722-2014)的建议，爆破安全距离的计算公式为R=(K/V)1/αQm，其中，R为爆破安全距离，m；Q为炸药量，kg；齐发爆破取总炸药量；微差爆破或秒差爆破取最大段药量；V为地震安全速度，cm/s。框架结构的建筑物的振动速度应在3～6 cm/s的范围内，最不利情况取3 cm/s；m为药量指数，取1/3；K，α—与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，一般取K=160，α=1.9。根据该公式，当装药量取较小值18 kg时安全距离为21.25 m。而在爆破中心21.25 m范围内存在着广州军区总医院，流花展贸中心，流花湖公园及多家五星级酒店，故不宜采用爆破开挖，建议采用非爆破方法。本文通过广州市轨道交通十一号线流花路站超深竖井施工实践，探讨了一套城市地铁超深竖井非爆破施工技术。

2 竖井非爆破施工

2.1 竖井下挖

竖井开挖先沿围护桩边施工排水环沟，在梯笼底部将长宽高分别为0.5 m×0.5 m×0.5 m的集水坑破除用于抽水，然后沿集水坑边逐步破除形成1 m×1 m×0.5 m的施工区域后，将原集水坑位置往下继续下挖/破除0.5 m形成新集水坑；然后将其他地方逐步沿1 m×1 m×0.5 m的施工区域下挖/破除，其中，<1>素填土、<3-2>中粗砂层、<5N-2>硬塑状粉性粘土层、<7-1>强风化粗砂岩等地层采用PC50/PC60挖掘机开挖。<8-1>中风化(含砾)粗砂岩和<9-1>微风化含砾粗砂岩采用PC120/PC200型破碎锤破除，再使用PC50挖掘机将碎渣装土斗后，用门吊+土斗进行出渣。

2.2 竖井修边

破碎锤对竖井大面积进行破碎开挖后，<7-1>强微风化(含砾)粗砂岩、<8-1>中微风化(含砾)粗砂岩、<9-1>微风化含砾粗砂岩等靠围护桩位置需用风镐或液压劈裂机来进行人工修边。

2.3 出渣

<1>素填土、<3-2>中粗砂层、<5N-2>硬塑状粉性粘土层等地层采用PC50/PC60挖掘机直接装土。<7-1>强微风化(含砾)粗砂岩、<8-1>中微风化(含砾)粗砂岩、<9-1>微风化含砾粗砂岩等采用16T桥式起重机、主副钩+土斗底部挂钩设计，无需人工挂钩，提高作业效率。

2.4 支护

竖井围护桩间进行喷浆支护，采用φ8@200×200钢筋网片+C12@1000横向拉筋与桩间钢筋焊接，网喷C25混凝土，厚度为60 mm。

2.5 施作环框梁

施工前将环框梁的边线控制点放出，将侵线的围护桩标注出来、用风镐将围护桩侵线部分破除掉，对围护桩进行凿毛；检查围护桩预埋筋数量(每根桩4根φ25钢筋，横通道两侧3根桩各6根φ25钢筋)预埋筋数量不足时便进行植筋。环框梁的施工流程依次：垫层浇筑、钢筋绑扎、钢筋验收、模板安装、模板验收和混凝土浇筑。流花路站各竖井层开挖实际情况，开挖时间、深度、及效率分析见表1。

表1 流花路站竖井非爆破开挖效率分析表

通过上表统计数据分析：岩层<1>、<3-2>、<5N-2>等使用相同开挖机械，开挖效率逐步降低；岩层<7-1>、<8-1>、<9-1>等使用大型开挖机械，开挖效率也不及岩层<1>、<3-2>、<5N-2>的开挖效率的一半，岩层的岩性占开挖效率90%的决定性，岩层越软弱，非爆破开挖效率越高，岩层越硬，非爆破开挖效率越低。

3 施工风险和质量控制

超深竖井开挖的主要风险为桩间渗透水，若不及时处理，易造成井底积水过多，影响土体开挖及土方外运，严重情况下会引起围护桩外侧土体坍塌，形成空洞，进而引起地面沉降、建筑物开裂、管线破损等后果。主要处理措施为渗漏点打孔+打止水针头+抹堵漏王+注浆(环氧树脂)。

施工中的质量控制非常关键。开挖过程要观察是否有渗漏水出现，控制开挖标高，控制竖井内的临时排水沟和集水坑的深度，破除时控制竖井底部整体向往集水坑方向放坡，防止竖井积水。人工修边时，需将竖井围护桩上的鼓包凿除掉，避免侵线竖井壁支护。挖掘机作业在装土时，先将集水坑方向的渣土装进渣土斗内，利于排水，切忌将渣土斗装满，防止渣土斗在吊装过程中有碎渣掉落，造成人员伤害。

喷浆时，应注意：(1)竖井壁喷浆时，喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度不宜大于6 m；(2)喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上顺序分层、往复喷射。喷射速度要适当，以利于混凝土的压实。风压过大，喷射速度增大，回弹增加；风压过小，喷射速度过小，压实力小，影响喷混凝土强度。因此在开机后要注意观察风压，起始风压达到0.5 MPa后，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.65 MPa；(3)喷射时使喷嘴与受喷面间保持适当距离，喷射角度尽可能接近90°，以使获得最大压实和最小回弹。喷嘴与受喷面间距宜为1.5～2.0 m；喷嘴应连续、缓慢作横向环行移动，一圈压半圈，喷射手所画的环形圈，横向40～60 cm，高15～20 cm。

施作环框梁时应：(1)垫层找平，需在垫层浇筑前用水准仪复核垫层标高定位筋，避免浇筑的梁底凹凸不平；(2)环框梁钢筋绑扎时，控制好主筋，箍筋的间距，拉筋需要梅花型布置；(3)钢筋连接采用套筒连接，套筒需要用扭力扳手拧到两端钢筋外露1～2丝扣为合格，若有钢筋锈蚀需用除锈剂处理好；(4)注意围护桩内预留预埋件锚入梁内长度为钢筋的30 d，若是不足需搭接焊10 d钢筋加长锚入长度；(5)钢筋焊接时需注意焊缝饱满、无虚焊、无焊渣等。模板安装时：(6)需复核测量组放线的点位，检查模板定位线，检查模板内的浇筑混凝土的标高墨线是否清晰， 若不清晰， 及时补充；(7)环框梁混凝土浇筑前检查是否有环框梁上表面的混凝土控制标高，浇筑时混凝土应一次浇筑完毕，不得随意留置施工缝。浇注混凝土须先浇注桩顶处，后浇注桩间混凝土。混凝土浇筑超过2 m时，应采取防离析措施。振捣采用Φ50 mm插入式振捣器，每浇筑30 cm厚混凝土振捣一次。插入式振捣器移动间距不大于振捣器作用半径的1.5倍，且插入下层混凝土内深度控制在5～10 cm。振动棒要快插慢拔，不断上下移动，以便捣实均匀、密实，减少混凝土表面气泡。振动棒插入下层混凝土中5～10 cm，移动间距不超过40 cm，与侧模保持5～10 cm距离，对每一个振动部位，振捣时间延续20～30 s，振动到该部位混凝土密实为止，即混凝土不再冒出气泡，表面出现平坦泛浆，严禁过振、漏振或不振；(8)环框梁养护时混凝土浇筑完毕后应对混凝土覆盖薄膜进行保水保湿养护；养护用水需达生活用水标准，混凝土养护期间，混凝土内部最高温度不宜超过65 ℃，混凝土内部温差与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于15 ℃，养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15 ℃；(9)模板拆除保证其表面及棱角不因拆除模板而受损时方可进行。模板、支撑及扣件拆除完成后及时清理、分类码放整齐，对拉杆孔或拉杆进行处理。

4 结 论

(1)城市地铁施工采用非爆破施工时可行但效率较低；(2)岩层越软弱，非爆破开挖效率越高，岩层越硬，非爆破开挖效率越低；(3)采用渗漏点打孔+打止水针头+抹堵漏王+注浆(环氧树脂)措施可以有效避免竖井开挖中的桩间渗透水；(4)施工中的质量控制措施对有效提高工程质量非常关键。