沉管隧道连接段底板分段施工关键技术研究

2011-09-03常建梅

铁道标准设计 2011年9期

常建梅

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

本文依托天津市滨海新区中央大道海河隧道工程进行关键技术研究，工程为华北地区第一条沉管隧道，在其区域内地质、水文等条件下，工程具有一定的代表与典范性，将为我国该区域内沉管隧道发展储备经验与提供技术指导。

1 概况

工程为天津市内河沉管隧道，穿越海河，水中沉管段长为255 m，与之相连为岸边主体段，两岸各为一段。工程连接段施工关键技术，在于基坑一次开挖到位后，由于底板分段施工而形成基坑的二次开挖，从而采用了深基坑斜坡段加固、基坑防透水、底板浇筑等关键技术。连接段位置如图1所示。

岸边连接段采用明挖法施工，基坑尺寸长35 m×宽36.9 m×深25 m，为超深基坑。连接段的主体为3层结构，宽度为36.6 m，高度21.5 m，负一层为行车通道，形式为“两孔三管廊”，主体结构横断面如图2所示。

图1 沉管隧道平面(单位:m)

主体段底板第一段13.03 m浇筑完成后，在纵向长度14.83 m位置处，以1∶2.8坡度进行第二段底板基坑开挖，当第二次基坑开挖完成后转入底板第二段施工，结构形式见图3。

图2 连接段主体结构横断面(单位:cm)

图3 沉管隧道连接段底板斜坡段纵断面(单位:cm)

基坑环境条件:临近海河，钢管桩围堰，两边采用地下连续墙围堰，整个基坑采用工具柱与混凝土支撑的组合体系。地基采用高压旋喷桩满堂加固，基坑开挖遵循“先降水，后支护开挖”的原则。降水井遵循“提前布置，抽水不抽泥沙”的原则。井点降水采用大口砾石井，外包针孔无纺布，进行过滤降水。

2 施工重难点分析

工程部位连接段施工风险性较大，关系到整个深基坑乃至施工人员安全。由于此底板施工，围护结构支撑非常密集，操作有限空间小，因此也给施工造成了一定难度大。从施工难度上分析，不仅是空间有限操作难度，更大难度是如何保证落差5 m多高，二次开挖斜坡段的稳定，以及预防临河边钢管桩透水事故的发生，基底抗拔桩与支撑体系工具柱穿破砂层，承压水往上透水等问题的解决与预防，是本工程底板分段浇筑施工的难点。

进行归类从以下方面考虑:(1)斜坡段的基坑开挖阶段，必须保证第一次浇筑完成的底板结构稳定;(2)基坑防透水事故发生;(3)基坑支撑安全稳定。从最根源的这几个重要因素出发，进行深入分析研究，才能有针对性的保证底板分段浇筑施工质量。

3 二次开挖斜坡段稳定性计算

3.1 地质状况

此底板高程位于地质层-15.3～-21.7 m位置处。根据地质勘查报告显示，处于第Ⅰ海相层和第Ⅱ～Ⅲ陆相层之间，主要以粉质土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂为主，土体透水率大，稳定性能比较差。

第Ⅰ海相层:本层为海相沉积，主要含有黏土、粉质黏土、粉土、淤泥质土。第一亚层:黏土、粉质黏土，厚度1.00～3.00 m，层底高程-1.23～-4.42 m。第二亚层:软土，主要为淤泥质土，局部含粉质黏土夹层，厚度3.90～6.80 m，层底高程-6.26～-11.12 m。第三亚层:黏土，主要以黏土为主，局部含粉质黏土、粉土夹层，厚度4.20～12.00 m，层底高程-10.80～-18.48 m。

第Ⅱ～Ⅲ陆相层:本层主要为河流相沉积，顶部含有少量湖沼相沉积，主要含有黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂。第一亚层:粉质黏土，厚度2.00～10.10 m，层底高程-17.69～-26.73 m。第二亚层:粉土，厚度2.10～9.50 m，层底高程-21.11～-28.36 m。第三亚层:粉砂、细砂，厚度 2.00～13.40 m，层底高程-30.36～-32.54 m。

3.2 斜坡段稳定性计算分析

根据斜坡的土体性质和滑坡可能形状，采用摩根斯坦—普莱斯法进行边坡稳定性验算。已知条件:渗透系数K=10-3～10-4cm/s;其液性指数 IL＞1.2，孔隙比 e＞1.3，φ=20°52″，稳定系数取 1.25，第一次浇筑完成的底板重力约为20 000 kN。

经计算，发现力矩平衡难以达到，土体下滑力过大，所以需要对原斜坡段进行坡面稳定加固处理，即采取相应的加固措施确保坡面稳定。

3.3 斜坡段坡面稳定加固措施

通过二次开挖斜坡段稳定性计算分析，为保证斜坡段施工质量，防止开挖过程中出现滑坡，制定了针对性的施工措施。

(1)在坡顶和坡脚位置各设置1道混凝土地梁，用于加固斜坡段两侧土体，同时也起到一定止水效果。坡顶设置地梁高度为110 cm、宽度为50 cm;坡脚地梁高度110 cm、宽度100 cm，均采用C20钢筋混凝土，其作用为加固、稳定坡面。

(2)坡顶位置降水，利用第一次已浇筑完成的底板区域的降水井降水;斜坡段下方施工6口φ400 cm大口深井，井底高程为基底高程下6 m，用于抽排地下水，以保证基坑降水质量，具体施工布置见图4。

图4 斜坡段加固纵剖面(单位:cm)

(3)为保证基底和坡面的稳定，在基坑开挖到位后，依次施工厚50 cm碎石、厚30 cm混凝土垫层。

(4)为保证斜坡面的土体稳定，防止斜坡段发生滑坡，在开挖到位，人工修坡后，填筑砂袋、铺设碎石，然后施工1道厚40 cm、间距25 cm×25 cm、φ14 mm的混凝土钢筋网片护坡面。

(5)斜坡段混凝土施工完成，进行坡底地梁的施工。

(6)基坑整个垫层施工完毕后，进入下道工序—底板柔性防水层的施工。

在底板斜坡段施工中，虽然地基加固有满堂高压旋喷桩做支承与止水，但是考虑到第一次底板已完成，以及高压旋喷桩桩头的止推力和止水能力。所以为了保证施工质量的万无一失，在基坑斜坡段坡顶与坡脚位置处设置混凝土梁。主要作用是为了保护第一次浇筑完成的底板主体，同时也在斜坡段坡面位置处，施做了混凝土钢筋网片，予以稳定斜坡面。

根据后续的施工验证，这种方案是完全可靠，有质量保证的。在基坑开挖完成后，施做底板混凝土结构前，须在抗拔桩、降水井的周围设置遇水膨胀条和止水钢环，以防地下水通过此结构物，往上冒泥沙。根据开挖情况，也可适当在开挖完毕后，填筑砂袋，然后再回填碎石。在超深基坑开挖施工中，降水是关键，重中之重，必要时可根据现场实际情况，适当增加降水井的数量，以达到更好的降水效果，提供良好的作业场所。