珠江三角洲水资源配置工程大直径深井关键施工技术

钟砥宁，谭荣珊，谢展望

(广东水电二局股份有限公司，广州 511340)

1 工程概况

1.1 项目简介[1]

珠江三角洲水资源配置工程，从佛山市顺德区杏坛镇的西江水系向东引水至珠江三角洲东部，输水线路总长为113.2 km，多年平均引水量为17.87亿m3，主要向广州市南沙区、深圳市和东莞市的缺水地区供水。该工程A2标段输水隧洞(2Φ外6.0@12 m)埋深为60.8 m，采用盾构法施工。3号井为2台盾构机始发井，Φ外35.9 m，基坑挖深为73.98 m，采用地下连续墙+内衬墙支护方案。地下连续墙厚为1.2 m，深为77.3 m，嵌入井底。衬砌后井深为71.38 m，上部Φ内31.1 m(墙厚为1.2 m)、下部Φ内30.5 m(墙厚为1.5 m)，平面布置如图1所示。

图1 始发井平面示意

主要工程量：开挖土方为2.7万m3，石方为 3.7万m3，地下连续墙为0.815万m2，结构混凝土为1.02万m3。

1.2 水文地质与工程地质

场区内地下水类型以孔隙性潜水为主，埋深为1.0～3.0 m，地表水与地下水互为补排，受潮汐影响较大。井身上部冲积层厚约30 m，中、下部为泥质粉砂岩，其中强风化岩(Ⅳ类)厚约19 m，弱风化岩(Ⅲ类)至井底厚约25 m，从上至下各地层参数见表1所示。

2 施工部署

针对施工期围护结构变形、地表沉降和施工安全控制等要求高的特点，属深基坑开挖工程，需采取刚性支护等工程措施[2]。结合井身结构布置，需采取由上而下，每挖完1层，及时施作内衬结构，使地下连续墙和内衬墙形成联合受力体，保障结构施工安全。

开挖拟分为15层，其中，标准层高为4.5 m，采用逆-顺结合作法，施工内衬墙[3]。每层开挖与每层结构施工相对应，当前层混凝土强度达到设计值的80%后，方可开挖下1层，如此循环，逆作法施工至第13层。挖完第14层仅施作圈梁，挖完第15层，顺作法施作底板→剩余部分内衬墙及洞门墙。施作工序如图2所示。

表1 地层参数

图2 施作工序示意

3 关键施工技术

3.1 地下连续墙施工

3.1.1成槽工法选择

始发井深且大，地下水位高，地层相对复杂，地下连续墙呈环形布置，具有成槽深，垂直精度、防渗要求高等特点。结合以往施工经验，分析了抓斗式、冲击式、铣槽机等设备的特点及适用性(见表2)。

经比较，优化组合使用成槽机械，采用抓铣组合工法。即上部软弱层采用液压抓斗、下部硬岩层采用双轮铣槽机成槽[4]，能满足施工成槽深度、垂直精度和进度要求，可适应本工程水文地质条件(如图3所示)。

表2 成槽设备比选方案

3.1.2槽段间接头工艺

槽段间接头，常用管(箱)、工字钢等，施工工序复杂，接头处易出现渗漏水。利用铣槽机，在2个已灌注混凝土的Ⅰ序槽段间施作Ⅱ序槽，一铣成槽，形成套铣接头，并可切割出Ⅰ序槽端部呈齿状的粗糙面，使得接头部具有较好的防渗性能，较高的垂直精度[5](如图4所示)。

3.1.3地下连续墙施作

地下连续墙周长为108.958 m，槽段划为24幅，分两序施工。先施工Ⅰ序槽，后施工Ⅱ序槽(见图1)。Ⅰ序槽长为6.3 m，采用抓铣组合工法。其中，1、2铣长均为2.196 m，3铣长为1.902 m(见图3)。Ⅱ序槽长为2.489 m，采用套铣接头工艺(见图4)。

施工时，先进行倒L形导墙施工。选用膨润土泥浆，相对密度为1.10，以满足砂卵石层护壁要求。采用循环使用的泥浆密度、粘稠度较大，利于防止槽壁坍塌。

Ⅰ序槽开挖时，需超出Ⅰ、Ⅱ序槽段接缝中心线10～25 cm。Ⅱ序槽开挖，铣掉Ⅰ序槽段端部超出的混凝土，搭接头长223 mm。实践表明，铣槽机破岩能力达 1～2 m3/h，一般沉积岩可达 20～40 m3/h，较之抓斗法工效高2～3倍。

成槽过程中，运用成槽机上的测斜仪随挖随测，并用液压纠偏装置随时纠偏，垂直度控制在小于1/300。成槽后，利用铣槽机的泵吸反循环系统清除槽底沉渣与泥浆，排至地面泥浆池。沉渣厚度<10 cm。

单幅最大钢筋笼长为77.2 m，宽为6.2 m、厚为1.06 m，重为79 t。结合现场盾构设备吊装等条件，选取1台300 t和1台160 t履带吊抬吊作业，分2节吊入槽内。2节钢筋网片对接，采用钢筋直螺纹套筒连接技术。

单幅混凝土最大为574 m3，采用2导管(Φ250 mm)同时灌注，1次成型。水下混凝土水灰比应不大于0.5，坍落度控制在18～20 cm[6]。

3.2 土石方施工

3.2.1施工布置

地面设1个150 m3的中转渣池，跨井布置1台门式起重机(MG60t)用于材料、工器具等吊装。井口设2台垂直出(运)渣设备，井内用 2～3台PC200挖掘机开挖、转土，随开挖深度、岩土硬度调整，满足开挖强度与出渣能力相匹配[7]。

上下井交通设施，主要由附着梯笼、落地梯笼和转换平台3部分组成[8]。附着梯笼与内衬墙上预埋件锚固，下端通过转换平台与落地梯笼衔接，随挖深交替延伸至工作面。

基坑降水，每一个开挖层面设1条环向深0.3 m的截水沟，两端各布置1个深2.0 m的集水坑，将集水抽排至井外沉淀池[9]。

3.2.2石方开挖方案选择

如前所述，井内石方开挖深约44 m，属有限作业空间。项目周边环境复杂，需考虑爆破作业安全控制等影响，实施前对比分析了钻孔爆破等方案的特点及适应性(见表3)。

综合考虑岩性、上部主体结构和施工安全环境等因素，选择方案3，用2～3台PC350挖掘机配破碎锤或劈裂机破岩，可有效降低施工安全作业风险。

表3 石方开挖方案对比

3.2.3土石方开挖

如前所述，基坑第1～7层为软土层。第1～4层，坑内用2台PC200挖掘机开挖、转土，坑顶利用2台长臂挖掘机(臂长为21 m，最大垂直挖深为17.0 m，斗容为0.8 m3)垂直出(运)渣。

第5～7层，原坑顶布置的长臂挖掘机不再适应垂直出渣，调整为2台电动抓斗(最大垂直挖深为65.0 m，斗容为3.0 m3)出渣。挖掘方式同上。

第8～15层为强、弱风化砂岩，用2台(套)PC350配液压破碎锤分层开挖(层厚2～2.5 m)，1台PC200转土至坑顶抓斗机取土区域、出渣。其中，第15层(厚约为8 m)渣土，受抓斗机挖深制约，调整为坑顶门式起重机(MG60 t)配17 m3渣斗垂直出运到临时渣池。实践表明，标准层石方开挖，单机破岩能力达160 m3/台班，施工进度、安全作业环境可控。

3.3 内衬结构施工

3.3.1压顶梁施工

压顶梁呈倒L形布置，开挖至梁底，凿除地下连续墙外保护层混凝土，取出预埋筋钢套筒，与井身段钢筋(Φ25 mm)连接。墙身下端需开挖深约1.0 m的环形槽，为安装止水铜片、搭接下层竖向主筋提供操作空间。竖向主筋安装时，需预留与下层筋的搭接长度，内侧长≤30 cm、外侧长≤105 cm，同截面搭接数量≤50%，满足钢筋施工技术要求。止水铜片用托架、卡具定位，回填细砂、压实，上铺8 cm厚水泥砂浆(如图5所示)。梁顶宽为2.4 m，高为2.32 m，采用3.3.2节组拼钢模板(高为3.0 m)，用2台混凝土泵车对称、分层浇筑。

图5 内衬墙钢筋、止水安装示意

3.3.2内衬墙逆作法施工

按施工部署中的施作工序，首层压顶梁完成后，组织第2至13层内衬墙施工。

钢筋制安。人工绑扎，内衬墙钢筋(Φ25@1 000 mm)与地下连续墙预埋筋钢套筒(每层设四道)连接，竖向主筋、止水片安装与3.3.1节相同(见图5)。

模板制安。结合标准层内衬墙、压顶梁和圈梁施工，选择2套组拼钢模板(3.0 m、1.7 m高2种规格)，由标准块、斜口块、拆分块和竖梁等构成。标准块顶部设1个呈外挑三角状的混凝土浇筑口，腰部设2个可关闭的仓门。模块间用对拉杆和螺栓连接，可通过增减标准块或斜口块的个数，整体拼合成4.7 m高的圆筒(Φ内31.1 m、Φ内30.5 m，如图6所示)。

图6 组拼钢模板示意

安装时，用坑顶门式机分块吊入，利用每块模板竖梁上的定位孔，用螺栓与地下连续墙预埋筋水平拉接、紧固。

标准层高为4.5 m，厚为1.2～1.5 m，混凝土浇筑方法与3.3.1节相同。施工时，浇筑层厚≤0.4 m，自由下落高度≤2.0 m，浇筑速度≤0.4 m/h。层间接缝处需预埋注浆管，后续进行接缝灌浆。

3.3.3圈梁施工

开挖至第14层梁底标高，人工整平基面，铺设底模，取出地下连续墙预埋接驳钢筋、吊筋，与梁钢筋网连接。梁截面尺寸为2.5 m×1.3 m，采用3.3.2节组拼钢模板(高1.7 m)，混凝土浇筑方法与3.3.2节相同。

3.3.4底板及洞门墙施工

圈梁和地下连续墙形成联合支护后，开挖至第15层建基面，施作底板。底板混凝土厚为4.0～6.5 m，中间深为3.5 m的集水井，受力筋均与地下连续墙预埋钢筋连接。夏季施工，为降低浇筑混凝土内部温度，预埋2层冷却管，通水冷却。达到设计强度后，圈梁用绳锯分节切割、吊出[12]。

剩余内衬墙(高为8.5 m)分2层施作，模筑方法与3.3.2节相同。洞门墙高为10 m，宽为20.59 m，人工搭设满堂脚手架、支护模板和绑扎钢筋，混凝土分2次浇筑。至此，内衬结构施工完毕。

4 结语

依托本项目大直径深井施工，地下连续墙施工采用抓铣组合工法，解决了成槽深、垂直精度要求高的技术难题，大幅度提高了掘进效率。运用套铣接头工艺，相邻槽段结合部混凝土密实，形成的止水接头具有较好的防渗性能。运用液压破碎锤破岩技术开挖石方，避免了钻爆作业对上部结构、施工安全环境的影响。内衬墙采用逆-顺结合作法，确保结构安全的同时提高了综合施工效率。