高富水砂层超深竖井施工关键技术

杨志先

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

本文基于河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程下穿沁河段检修井围护结构地下连续墙施工、超深竖井封底加固止水、竖井主体结构逆作法施工，总结高富水砂层超深竖井施工关键技术，为今后类似复杂地质条件下的工程提供一定参考。

1 工程概况

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程包含一段新建穿沁河隧洞，长2850m，线路沿方陵村以北由西向东穿越沁河至南贾村以南敷设。出口检修井施工期间作为盾构接收井，位于河南省武陟县南贾村以南杨树林中，场地距离木栾大道约300m，位于沁河东岸，距沁河左岸大堤坡脚约290m，如图1所示。

图1 工程所处地理位置

检修井为圆形竖井，外径21.8m，围护结构采用厚度1500mm地下连续墙，外直径21.8m，深度76m，采用液压抓斗协助双轮铣成槽且分2期槽段施工；检修井内衬结构内径16.4m～15.4m，井深45.75m，采用逆作法施工。

工程厂区位于黄河Ⅰ级阶地，地层为第四系全新统冲积物，检修井开挖施工地层从上至下分别为：⑥轻粉质壤土、⑧粉质粘土、⑨重粉质壤土、中细砂、中细砂。厂区处沁河为地上悬河，常年有水，由沁河河水补给地下水，河水与承压性地下水直接联系，根据竖井实际施工情况，场区12m以下均为中细砂地层，具中等～强透水性。实测场地地下潜水水位距地面约7m，地下水主要位于砂层中，微承压，地下水丰富。

2 高富水砂层超深竖井地下连续墙施工技术

检修井地下连续墙分2期槽段进行施工，Ⅰ、Ⅱ期槽各8个，Ⅰ期槽长6.163m，分三铣成槽；Ⅱ期槽长2.8m，一铣成槽[1]；Ⅰ、Ⅱ期槽搭接[2]，槽段在地连墙轴线上的搭接长度为50cm，闭合幅套铣接头呈梯形，最小套铣宽度为314mm，最大套铣宽度为661mm。如图2所示。

图2 地下连续墙Ⅰ、Ⅱ期槽槽段划分

2.1 地下连续墙施作

考虑检修井的地质条件等因素，作为超深导墙，为确保槽壁的稳定性，检修井地下连续墙上部槽壁20m采用水泥土搅拌桩加固，导墙下部坐在搅拌桩上，搅拌桩桩径0.6m，桩中心距0.4m，搭接0.2m，距离地连墙0.2m。

Ⅰ期槽上部可以采用液压抓斗成槽机施工，随着深度的增加液压抓斗成槽机将无法保证垂直度，后续成槽采用铣槽机，Ⅱ期槽采用铣槽机一铣成槽。先施工相邻两个Ⅰ期槽段，再施工期间的Ⅱ期槽段，地下连续墙合拢段必须为Ⅱ期槽段。

铣槽完成后应采用测绳测量槽壁深度，每幅根据其宽度测2～3点，并用卷尺实测槽段两端的位置，以保证槽段平面位置及设计深度准确。为确保Ⅰ期槽段槽壁X、Y向垂直度，采用超声波检测法对每幅槽垂直度检测不少于3个点。

Ⅰ、Ⅱ期槽段的接头采用套铣搭接，Ⅱ期槽段施工时需铣掉Ⅰ期墙两端混凝土，最小套铣宽度为314mm，最大套铣宽度为661mm，以便形成新鲜、致密的接头。由于混凝土标号较高，一旦形成偏斜很难纠偏，所以Ⅱ期槽段开槽导向定位十分重要。为了保证Ⅱ期槽段开槽位置准确，垂直度导向稳定，采用导向板定位工艺。Ⅰ期槽段混凝土浇筑前，在Ⅰ期槽X向端头位置插入长6m的导向板，待Ⅰ期墙混凝土灌注施工完成后一定时间(由混凝土初凝时间确定，根据现场测定的混凝土试块强度判断)后将导向板拔出，预留出Ⅱ期槽段的准确位置，为Ⅱ期槽段铣槽提供良好的导向作用。Ⅱ期槽套铣过程中内外侧厚度不同，内侧比外侧套铣厚度大，受力较大，刀架往外侧倾斜，导致内外侧受力不均匀，影响其成孔质量，为减小套铣接头内外侧受力不均匀影响，在导墙上放置导向架，然后将双轮铣移位至Ⅱ期槽处，通过齿轮刀具旋转切削一期混凝土，向下开槽进行Ⅱ期槽套铣成槽施工。

导向板安装流程如图3所示。

图3 导向板安装流程

槽孔验收合格后，用泵吸反循环法清底，利用铣槽机离心泵反循环将槽底泥浆输送至泥浆循环系统，经过一二级振动筛分，旋流过滤大粒径土颗粒，其中槽底3m～5m深度范围内泥浆作废浆处理，采用新浆100%置换槽壁中泥浆，指标不合格泥浆作废浆处理。

地下连续墙施工完成后，在Ⅰ、Ⅱ期槽段每个接缝处采用1根高压旋喷桩作为接头止水处理措施。

2.2 泥浆配合比设计

泥浆是地下连续墙成槽和混凝土灌注过程中一种重要的辅助材料，对地下连续墙的施工至关重要，本工程实际情况为地下连续墙深并且各道工序施工所需时间长，极容易出现沉渣以及槽壁失去稳定等问题，需要对材料(膨润土等)检测和泥浆性能进行专门的配比设计并检验以保证施工质量和安全。

根据地勘资料显示本工程地连墙成槽范围内无松散土层，从地面以下12m至槽底主要为中细砂层，护壁全部采用优质钠基膨润土泥浆进行护壁，用以满足高富水砂层中超深地下连续墙护壁要求。泥浆配合比为：膨润土100kg/m3，CMC(M)为0.3kg/m3，纯碱5kg/m3，自来水1000kg/m3。新制备泥浆的各项性能指标如表1所示。

表1 新制备泥浆指标要求(膨化12h后)

3 超深竖井封底加固止水施工技术

检修井地基透水层深厚，基坑为超深基坑，检修井下部地层为中细砂地层，含水量丰富，地下连续墙的底部也未嵌入不透水层，随着主体结构逆作法的施工，井内外水位差变大，井内降水难度将不断加大，将使内衬结构施工难以进行，在设计时对检修井底部采用了封底防渗处理，借鉴目前国内已建类似工程采用双高压三管法喷射灌浆封底防渗失效的案例[3-4]，经过现场多次工艺试验论证，本工程最终变更了施工工法，采用MJS工法，MJS工法的最大有效加固深度可达100m，在上海地区试验约50m深度处开挖外露桩径可达2.5m[5]。

3.1 MJS工法施工工艺流程

MJS工法是在传统高压喷射灌浆法的基础上增加了前端施工装置，核心技术是主动排泥和孔内压力监测。结合本工程地质条件，MJS工法施工工艺流程如图4所示。

图4 MJS工法施工工艺流程

3.2 施工主要控制参数

施工主要控制参数见表2。

表2 MJS工法施工主要控制参数

3.3 垂直度控制

垂直度控制——垂直度不大于0.5%[6]。

(1)场地平整，地基承载力达到承担设备重量的要求。

(2)引孔时每隔1h对钻机进行垂直度检测。

3.4 其他控制措施

(1)尽量缩短注浆距离，减少压力的损耗。

(2)及时清洗水泥浆管、喷浆管、钻杆等管路，保持管路畅通。

(3)施工前选择性地停止MJS工法桩周围降水井抽水等措施，避免在MJS工法桩周围产生地下水位面不平导致的地下水流动，使注入的水泥浆不随地下水流失。

4 超深竖井主体结构逆作法施工技术

检修井主体结构采用逆作法施工，先分段开挖竖井至设计深度，再进行检修井内衬结构施工，这样可以使检修井围护结构和永久结构共同受力，增加安全稳定性，采用由上至下分段开挖分段拼装定型制作的钢模板施工主体结构直至竖井基坑底部，最后采用顺做法施工底板及剩余结构。如何确保内衬结构施工缝防水及施工缝处浇筑饱满度是主体结构逆作法施工的重点和难点。

检修井主体结构总体施工流程如图5所示。

图5 逆作法总体施工流程

4.1 冠梁施工

冠梁施工前先将竖井基坑开挖至图纸要求的冠梁底标高处，浇筑冠梁前，应先将地下连续墙混凝土凿至冠梁底高程并冲洗干净，地下连续墙预留的纵向钢筋应清理干净，浇入冠梁混凝土内，如图6所示。

图6 冠梁施工示意

4.2 竖井内排水施工

竖井开挖前进行竖井排水施工，打设1口降水井至MJS封底范围顶部，配备1台5.5kW抽水泵对其进行抽排水，排除井内内部地层滞水，同时也能检验封底质量和效果，保证检修井内部施工期间工作面无积水。

竖井开挖过程中，每层开挖完成后，在竖井中部设置一个2m×2m×1m的集水坑，收集可能存在的接缝漏水、养护水、竖井小量涌水等情况，配备一台5.5kW抽水泵对其进行抽排水。在竖井旁边放置一台15kW抽水泵备用，防止雨季施工时，竖井内部大量积水。

4.3 竖井内土方开挖

竖井开挖必须等待冠梁以及每次上一层结构达到设计强度90%后方可进行。土方开挖采用分层开挖的方法，每节开挖深度至每节内衬结构上方0.3m处，剩余开挖部分采用人工开挖并开挖成斜坡状，便于内衬结构施工，划分原则为每节内衬结构高度，如图7所示。

图7 第二层土方开挖示意

4.4 竖井内衬结构施工

内衬结构分节施工，施工前应将地下连续墙墙面和已浇混凝土接缝处凿毛并露出粗骨料，凿毛面用高压水冲洗干净并保持湿润。地下连续墙因超填进入内衬轮廓的混凝土应凿除，以确保内衬结构尺寸和钢筋正确就位。内衬结构施工流程如图8所示。

图8 内衬结构施工工艺流程

为解决内衬结构施工缝防水及施工缝处混凝土浇筑饱满度的技术问题，内衬结构施工缝处做成斜坡状，除预埋铜止水外，施工缝位置预埋φ40注浆管，内衬150mm处埋设止浆片，防止浆液外漏，止浆片采用1.2mm厚U型镀锌铁片。灌浆管路壁厚3mm，管道采用短钢筋固定牢靠，待主体结构施工完成后进行接缝灌浆确保施工缝防水，见图9。井壁支模时向外支出一部分，浇筑第二仓时混凝土浇筑超过第二仓顶标高，并及时采用震动棒捣固，待混凝土强度达到要求后将井壁向外凸出的多余部分凿除，并打磨到和井壁混凝土齐平，见图10。

图9 内衬施工缝处理断面

图10内衬支模示意

5 结语

高富水砂层中超深竖井施工安全风险高，所研究的该项施工中的关键技术保证了工程的施工质量和安全，解决了富水砂层中超深竖井施工难点及难题，为类似复杂地质条件下的工程提供了成功经验，具有一定的参考借鉴价值。