大型越江隧道地下连续墙墙身质量修复方案探讨

陈慧芳

（上海市政工程建设发展有限公司，上海市 200025）

0 前言

20世纪是桥的时代，21世纪是隧道的时代。上海不断延伸扩展的地下城，印证了这句话。从无到有，短短4年半的时间，上海已拥有7条直径14 m以上的超大直径隧道（其中5条建成使用，2条在建）。但在快速发展越江隧道、缓解交通的同时，因为上海的饱和含水软土地层，如何确保地下围护结构的质量安全是横亘在建设者面前的一道难题。本文主要介绍一大型越江隧道工程地下连续墙墙身质量修复过程，并提出了相应的防治措施与经验。

1 工程概述

上海虹梅南路越江隧道工程位于闵行和奉贤两区，为双管单层隧道全长约5260 m。其中工程主线采用直径14.93 m超大泥水加压平衡盾构推进，东、西两条隧道各3.4 km的掘进任务。建成后的通道将极大增强上海南部区域与中心城区的联系，同时缓解S4、奉浦大桥、莘庄立交及沪闵高架的交通压力。

根据地理位置和施工工艺的不同，以奉贤工作井、闵行工作井为界点将工程分为四个区段，分别为奉贤段（包括奉贤工作井及南结构段）、闵行段（包括闵行工作井及北结构段）、江中段圆隧道和管理中心。其中奉贤段围护施工第一阶段包括盾构工作井和设备段（FX1～FX4）。该段围护结构采用地下连续墙，厚度在1.0～1.2 m之间，深度34～50 m。其中1.2 m厚地墙采用十字钢板接头，其余均采用锁口管接头。

本工程地下土层以相对较稳定的塑性粘土为主，而盾构工作井内地下墙深度达50 m，需穿越近20 m以上的⑦号土层，其中穿越N值较大的⑦2号粉砂土层达16 m，对成槽开挖有较大影响。⑦号土层又为含承压水层，在地下墙施工及基坑开挖过程中易发生坍方、接缝渗漏、管涌等不利影响。

2 施工情况说明

发生质量问题的W4槽段位于奉贤结构段西侧FX1节段内。在奉贤工作井基坑开挖至地下10 m左右时，发现W4槽段南侧的1/3处有露筋现象，露筋范围2 m×2 m见方，露筋范围为劣质混凝土，只见混凝土粗骨料，胶凝材料缺失严重。现场掏挖至墙体深处50 cm左右尚不见正常混凝土，为确保基坑安全立即用C40微膨胀混凝土进行了填充加固处理。

W4露筋范围延伸至开挖面（第三道钢筋混凝土圈梁底）呈向下发展趋势，为确保基坑开挖安全，须了解W4幅地下连续墙下层墙身质量情况，于是对该幅地下墙采取竖向取芯的措施。根据取芯情况，初步判断W4槽段地下墙从地面以下约9～15 m左右范围没取到明显的混凝土，以纯骨料为主，取出芯样未见明显夹泥和土样，15～16 m为好的混凝土，但16 m以下因孔壁碎石不断塌落，导致无法继续向下取芯，后采取注浆等多项措施都无效，最后终止取芯作业。

3 W4墙身质量问题原因分析

3.1 地下连续墙施工过程回顾

W4槽段地下连续墙槽幅宽为4.75 m，于2010年10月25日开始成槽，10月26日吊放钢筋笼和反力箱，随后在反力箱背侧空隙内回填石子和粘土，在回填土体快结束时，钢筋笼南侧吊筋下临时挑住钢筋笼的钢扁担发生断裂，导致钢筋笼南侧发生倾斜并落入槽段内2 m左右，由于钢筋笼在坠落后发生了严重变形，不能继续使用，只能用吊车和成槽机先后将已经散落在槽内的钢筋笼取出，槽内钢筋全部清除后，经超声波检测，处理钢筋笼过程中槽段发生了局部塌方，为避免塌方扩大和确保后续施工安全，现场立刻用掺有7%水泥土回填槽内。

为避免重新成槽时槽孔内塌方区回填土和扰动土发生坍塌，采取在W4槽段两侧各施工一排Φ850三轴搅拌桩，坑内加固深度25 m，坑外加固23 m，养护2周后，重新施工W4槽段，后续施工一切正常，并于12月4日最后完成，理论混凝土浇注276 m3，实际浇注281 m3，充盈系数1.02。另外，后续又对W4槽段两条接缝进行了3根Φ1200的旋喷桩加固，以增加地下墙接缝止水性能，加固范围从底板开挖面以下5 m到地面以下3 m。

3.2 原因分析

由于W4槽段施工中出现过上述问题，所以特别对槽段回填并妥善加固后才重新施工的，但还是出现了墙体部分区域缺陷的问题。经过对原始资料分析和施工过程控制回忆，造成这一问题主要原因有以下两点：

（1）在下放钢筋笼后搅拌桩和地下墙之间土体发生坍塌，塌方土体落入钢筋笼内造成墙体部分区域没有混凝土。

（2）在浇灌混凝土过程中，导管埋管深度不够，导致墙体质量出现问题。

4 地下连续墙墙身修补方案

地下连续墙作为工作井围护结构，W4墙身质量问题可能导致该处围护结构在强度、刚度和止水三方面功能性缺失。为确保基坑安全，同时保证隧道主体结构完整，从以下三方面拟定措施：

（1）坑外支护：在W4幅地下连续墙西侧（坑外）施工一排柱列式灌注桩，覆盖W4幅地下连续墙迎土面，弥补地下连续墙强度、刚度的不足。在灌注桩内外两侧各施工一排旋喷桩，采用MJS高压喷射注浆工艺实施土体加固，加强止水效果。

（2）基坑开挖：工作井每层土方开挖时，以1 m高度分若干薄层实施基坑开挖，优先开挖W4附近土体，如墙身质量较差则采用人工掏挖至40 cm后立模补浇混凝土，主要起到三个作用：改善圈梁受力、加强围护止水、传递围护水平分力。

（3）内部结构：底板浇筑完成并达到设计强度后，由下往上顺筑工作井内部结构。在内部结构特别是内衬墙施工的同时，凿除开挖阶段补浇的混凝土，分层向外掏挖W4劣质混凝土至迎土面竖向主筋，与内衬墙一起浇筑混凝土，完成W4地下连续墙墙身修复工作，见图1。

4.1 柱列式灌注桩

工作井W4幅地下连续墙外侧施工一排深50 m、Φ1500 mm钻孔灌注桩，桩距1800 mm。为避免受前期施工的三轴搅拌桩影响，灌注桩施工前须确认前期三轴搅拌桩位置。

待MJS加固完成后放坡开挖至工作井顶圈梁底，凿除灌注桩桩顶，暴露出主筋，制作柱列式灌注桩顶圈梁1800 mm×1200 mm，顶圈梁成[形与W4幅地下连续墙顶圈梁紧贴。圈梁施工时，需对新旧顶圈梁连接处进行凿毛，暴露出旧圈梁侧向主筋，将新、旧圈梁主筋进行焊接。

4.2 MJS加固

待柱列式灌注桩施工完成并养护达到一定强度后，在灌注桩东西两侧土体进行加固，土体加固采用MJS高压喷射注浆工艺。加固范围灌注桩东西两侧各一排，内排加固深度为地面以下22～50 m，外排为地面以下8～24 m。

5 后续基坑开挖方案

工作井土体分层继续以工作井设计支撑结构底面为界进行划分。但每层土体开挖再细分2个步骤进行。每层土体开挖前，先对工作井W4幅地下连续墙附近范围内的土体进行试探性开挖，以1 m深度为单位分层，逐层放坡开挖。试探性开挖后须向工作井东侧临时放坡，放坡坡度不超过1:1.5。根据开挖暴露后W4幅地下连续墙墙身情况分以下几种处理方式：

（1）若 W4幅地下连续墙墙身质量无异常

不采取相关措施，继续工作井本层剩余土方开挖，按照原基坑施工方案进行施工。

（2）若W4幅地下连续墙墙身质量较差

若此种情况，但未见明显渗漏和涌泥涌砂险情，基坑监测数据无明显异常，则对该幅地下连续墙进行人工掏挖40 cm，然后在地下连续墙墙身上立模板向掏挖处浇筑商品混凝土，标号为C40，抗渗等级为P10。施工过程中如见险情，则立即停止人工掏挖，采取回填土方等措施确保基坑安全稳定后，再讨论后续施工措施。待墙身补浇混凝土同条件试块养护达到设计后方进行该层剩余土方开挖，然后进行钢筋混凝土圈梁。

为方便主体结构施工阶段的W4墙身修复工作，在墙身补浇混凝土中预留钢筋混凝土圈梁下层墙身修复浇混凝土的浇捣孔。

图1 地下连续墙修复示意图

开挖施工流程：局部开挖→墙身立模→墙身补混凝土→土方开挖→圈梁制作→圈梁养护，重复该流程直至底板浇筑完成。

圈梁施工时需预留下一层内衬墙的浇捣孔和振捣孔，预留孔位置应在本层内衬墙浇筑范围外，在圈梁中斜深入下一道内衬墙浇筑范围。

（3）内衬墙施工

工作井内衬墙在底板施工完成后，由下至上顺筑施工，分层浇筑。内衬墙施工与W4墙身修复补混凝土工作相结合，同步进行。

浇筑内衬墙前，须凿除基坑开挖过程中向W4墙身补浇的混凝土，然后对地下连续墙继续实施人工掏挖，直至地下连续墙迎土面竖向主筋或遇到墙身的正常混凝土后方可停止。

内衬墙施工以钢筋混凝土圈梁底为界分层进行，W4墙身修复工作以钢筋混凝土圈梁竖向中心为界分层进行。

施工流程：凿除W4补浇混凝土→W4人工掏挖→内衬墙钢筋绑扎→内衬墙钢筋立模→W4和内衬浇混凝土。

模板工程中采用地下连续墙主筋焊接三角铁板再与对拉螺杆焊接，螺栓拧紧水平外楞，辅助顶板满堂支架的对撑作用固定内衬墙侧模。

6 后续基坑开挖情况分析

6.1 开挖情况

工作井第四层土方开挖自2011年6月20日开始，坑内设置2台液压挖掘机，坑边布置2台履带抓斗配合出土，优先开挖工作井的西半边土体。受间断性降雨影响，基坑开挖较缓慢，至2011年6月22日才完成W4幅地下连续墙处土方开挖，累计完成土方开挖约3000方，至此约5 m高的墙身（标高-5.5～-10.32 m范围）全部暴露。

2011年6月22日下午，施工人员对W4地下连续墙处继续向下开挖约2 m（标高约为-10.32～-12.32 m），暴露墙身后，对墙身进行插筋测试，然后立即实施土方回填。

位于标高-5.5～-10.32 m范围的劣质墙身分布范围由上之下趋向缩小，成倒梯形，主要分布于W4南半墙身。实施表层混凝土人工掏挖，15 c m深度内混凝土结构较松散，强度低；15 cm深度以外混凝土结构趋向紧密，强度明显升高，致使人工掏挖难度增大，必须采用风镐方能继续。

位于标高-10.32～-12.32 m的墙身仍有劣质混凝土分布。项经部对墙身进行简单的插筋试验，测试墙身混凝土密实度和强度，据估计15 cm深度范围内的墙身混凝土结构松散，强度较低。

工作井第四、第五层开挖，深度15～24 m，考虑到墙身混凝土质量情况较好，为防止墙身渗漏，决定在掏挖15 cm深度后采取水泥速凝胶填堵表面。

6.2 原因分析

（1）因为W4地下墙修补时搅拌桩施工长度也到了24 m，W4上部6～10 m露筋深度大，浅层本容易塌方。塌方量多，造成地下墙夹泥多。所以W4搅拌桩和隔离墙之间的土体塌方是造成墙身质量问题的主要原因。

（2）由于发生了塌方，反力箱背侧回填的石子容易从塌方区域绕到槽段内，造成墙体内大量塞满石子，没有混凝土。混凝土浇灌曲线也反映6～10 m处少浇。从实际开挖看，在6～10 m塌方区（原塌方区加固搅拌桩）靠近反力箱位置夹泥最严重。

（3）不排除混凝土导管局部脱管。

6.3 开挖结果

本工程土质较好，开挖面以上以粘土为主，所以虽然有夹泥但未发生严重渗漏水，工程顺利开挖完毕。

局部有些墙体轻微渗水的地方，多是因为接头没有处理干净或者地下墙施工时沉渣较厚引起的，需要及时改进。

7 经验与教训

（1）严格按照施工组织设计要求布置钢筋笼的吊点、搁置钢板等施工用筋，反力箱背侧回填土和石子均要求和混凝土同步回填，坚决避免类似事故再次发生。

（2）确保泥浆质量，尤其是粘度指标控制，加强清孔控制，100%清孔换浆，降低泥浆中含砂量。

（3）加强现场监管，尤其是混凝土浇灌过程中埋管深度控制一定要严格按照规范标准执行。这是保证墙体质量的最后一道防线。

（4）如果遇到大量塌方，重新回填再加固的工程，搅拌桩加固体边线距离地下墙不能大于15 cm，养护时间不能少于2周。

（5）对地下墙接头处理要彻底，这是避免接头渗漏水的关键。