浅析锁扣型钢地下连续墙工法的应用

马 婧，黄 巍

（上海市合流工程监理有限公司，上海市 200120）

0 引 言

随着我国城市化进程的不断推进，地下空间的开发利用程度越来越高，基坑深度不断增加。以上海为例，至2018年上海地下空间开发面积已超7 000万m2[1]。面积达2万m2以上，深度超过20 m的基坑工程已大量涌现[2]。这些深大基坑大多地处市中心区域，施工场地狭小，周边环境复杂，此外，由于上海是典型的软土地区，在地面下普遍沉积有厚层软黏性土，在这样的地质条件下进行基坑施工活动极易产生较大的变形和地表沉降。因此如何在有限的中心城区地下空间内建设超深、高刚度的地下连续墙成为工程技术人员必须面对的课题。

目前，地下连续墙作为明挖深基坑的一种传统围护结构形式已应用多年，但易出现混凝土侵限、绕流、钢筋笼偏离外露等质量问题[3]。为解决上述问题，日本在20世纪90年代开发了NS-BOX钢制地下连续墙工法，由于其具有省力、薄壁化、现场占地面积小等优点，得到了较多应用[4]。目前，该工法较多应用在竖井施工中，在地下道路、地铁车站中的应用较少。

为研究钢制地下连续墙施工法在地铁车站中的实际应用效果，2021年，由上海申通地铁建设集团牵头，联合设计及施工单位，在上海轨道交通19号线世博大道站基坑围护施工中引入锁扣型钢地下连续墙施工法，开展该施工法的试验研究。该工法与日本开发的NS-BOX钢制地下连续墙工法的不同之处在于钢构件翼缘两端咬合接头的形式不同，NS-BOX钢构件形式分为BX、BH、GH-R和BH-R等形式[5]，本项目采用的钢构件为CT锁扣式。这是该工法在国内深基坑工程中的首次应用。

本文以上海轨道交通19号线世博大道站工程项目为背景，阐述了锁扣型钢地下连续墙施工法的关键施工工艺，并对车站附属结构的2幅锁扣型钢地下连续墙的实际应用效果进行了分析，以供类似工程参考。

1 工程概况

世博大道站为上海轨道交通19号线为配合世博文化公园地下空间开发先期实施的车站。其中换乘通道为地下两层结构（局部为地下一层），与19号线接口段基坑约为153 m×17.7～47.7 m，基坑深约10.09～18.80 m，地下两层范围为800 mm厚地下连续墙，墙长33～40 m；沿基坑深度方向设置五道支撑（地下一层为三道）。

在南侧换乘通道（地下两层段）与顶管始发井间封堵墙位置设置2幅锁扣型钢地下连续墙，见图1，取代相应位置的常规地下连续墙。锁扣型钢地下连续墙先行施工，后施工两侧常规地下连续墙。锁扣型钢地下连续墙厚度为1 200 mm，深度为60 m，第1幅和第2幅幅宽分别为为4.8 m和3.2 m。地墙两侧型钢长度为61.05 m，中间型钢长度为59.75 m。锁扣型钢地下墙内插型钢采用Q345，填充混凝土设计强度等级C35，抗渗等级为P8。

图1 试验段位置

2 锁扣型钢地下连续墙关键施工工艺

锁扣型钢地下墙工法是使用泥浆护壁成槽后，插入两侧翼缘分别为“T”、“C”字形的H型锁扣型钢，搭接形式为将“T”字形锁扣插入“C”字型锁扣，用以代替常规地下连续墙钢筋笼结构。依次按顺序吊装入槽后，浇筑大流动性混凝土，形成具有高强度、高刚度的锁扣型钢地下连续墙围护结构。

锁扣型钢地下墙的施工方法与一般的钢筋混凝土制地下连续墙基本相同。由于锁扣型钢地下墙的特点是设置锁扣型钢来代替钢筋笼，因此其附带的临时设备容量、施工机械的选择、接头方式等方面与钢筋混凝土制地下连续墙有一些差异。下面仅阐述关键工序施工工艺。

2.1 型钢制作及拼装参数

锁扣型钢为工厂制作产品，加工长度为12 m、13.75 m、14 m、15.3 m、15.75 m、16 m。考虑整体工期、制作工序、开工时间、工程进度等从钢构件加工厂进行订购，不需要现场制作的场地。锁扣型钢构件的形状见图2。

图2 锁扣型钢构件外形图（单位：mm）

试验段为车站附属结构的2幅地连墙。一期槽共7套锁扣型钢，二期槽共4套锁扣型钢，每套分4节进行拼装。锁扣型钢拼装参数见表1。

表1 型钢拼装参数表

2.2 型钢固定拼装

锁扣型钢分4节进行吊装，并用螺栓进行连接。图3为锁扣型钢分节节点。吊装时采用定位架、定位销确保现场型钢接头拼接的垂直精度，并用数字型扭矩控制型扳手对螺栓紧固进行检查。图4为定位架。型钢吊放完成后，槽底采用1 m厚的固槽混凝土，槽口采用槽钢形成封闭钢围檩加以固定安装。

图3 锁扣型钢分节节点

图4 定位架

2.3 混凝土浇灌

由于锁扣型钢地下连续墙不采用传统工艺的钢筋笼，而是锁扣型钢与锁扣型钢直接相互拼接。混凝土通过型钢壁上的圆孔流淌到其他型钢内，并自行密实，且锁扣型钢地下连续墙成槽最深处为60 m，因此要求混凝土具有大流动性能。单幅墙体混凝土浇筑方量较大，要求混凝土凝结时间比常规混凝土时间长，保坍性能良好。

由于成槽泥浆或者混凝土浇筑可能会将C型口堵塞，因此要将C型口进行保护避免后继槽锁扣型钢不能正常安装。C-T接口形式见图5。型钢吊装前在C口放入水囊，型钢在对接同时对水囊进行连接，水囊的接头位置和型钢接头位置一致。图6为水囊安装示意图。在型钢对接全部到位后，对水囊进行加压，由原本的直径7 cm的水囊加压至10 cm。混凝土浇灌完成且相邻槽段成槽开挖完成后，将水囊泄压后取出。

图5 C-T接口形式

图6 水囊安装示意图

由于锁扣型钢地下连续墙采用CT锁扣（见图5）作为型钢构连接件形成一道整体连续的地下墙，增长了地下水的渗流路径，难以形成渗漏通道，达到了阻水效果，观察开挖面墙体干燥，无渗漏水现象。

2.4 锁扣型钢地连墙与常规地连墙接缝处置

锁扣型钢地下连续墙与常规地下连续墙接缝视作H型钢接头，先期施工锁扣地下连续墙，后期施工常规地下连续墙。常规地下连续墙施工时对锁扣型钢地下连续墙H型钢处绕流混凝土、泥砂等杂物进行刮壁处理后，将后期接头紧贴H型钢放置，见图7。后期槽段施工完成后，于二期基坑一侧接缝施打Φ800@550 mm高压旋喷桩、桩长40 m进行接缝止水处置。

图7 锁扣型钢地连墙与常规地连墙接缝处置示意图（单位：mm）

3 锁扣型钢地下连续墙围护效果分析

选取布设于锁扣型钢地下连续墙上的监测点CX51和常规地下连续墙上的监测点CX58进行监测数据分析。该两点工况相同。点位见图8。

图8 监测点位置示意图

顶管始发井基坑于9月5日开挖，9月30日完成封底。图9为点CX51和点CX58围护结构深层水平位移最大累计变形的历时变化曲线。由图可知点CX51最大累计变形为17.64 mm，点CX58最大累计变形为24.75 mm，点CX51比点CX58的最大累计变形小7.11 mm，小了28.7%。

图9 点CX51和点CX58围护结构深层水平位移最大累计变形的历时变化曲线（单位：mm）

考虑到锁扣型钢地下墙相比传统地下墙含钢量增加，这会使墙体刚度增大。为此将点CX51和点CX58墙体深度为18 m处的监测数据进行比较，见图10。可以看到，墙体刚度增大时，深层水平位移减小。

图10 点CX51和点CX58墙体18 m处深层水平位移的历时变化曲线（单位：mm）

试验阶段，该位置锁扣型钢地下连续墙围护结构深层水平位移与一般的钢筋混凝土制地下连续墙相比较小。监测结果表明锁扣型钢地下连续墙在本项目深基坑围护施工中是可行的。

选取深度为60 m，厚度为1 200 mm，幅宽为3.2 m的单幅地连墙进行比较。表2为单幅常规地墙和锁扣型钢地下墙的材料用量和单价表。表3为单幅常规地连墙和锁扣型钢地连墙的综合单价。经计算，单幅锁扣型钢地连墙造价高1.2倍。由于其刚度大和薄壁化的特点，通过对壁厚的进一步设计优化，后期造价可进一步减少。

表2 单幅地连墙地连墙的材料用量和单价表

表3 单幅地连墙的综合单价 单位：元/m3

5 结 语

为实现在狭窄的城市空间内修建超深、高刚度的地下连续墙，本项目进行了锁扣型钢地下连续墙施工法的试验研究，得出以下结论：

（1）该工法钢构件工厂化制作，提高了施工质量和施工效率，显著提升现场安全文明施工水平，降低现场制作带来的安全隐患。有利于施工集中管理，平衡施工场地、机械及劳动力等各种资源，降低施工成本。设备、生产和人员的管理难度降低，降低管理成本。

（2）锁扣型钢地下墙与一般的钢筋混凝土制地下墙相比无需钢筋笼胎膜场地，能够节约施工场地。围挡时能节约1～2根社会车道，明显改善施工时对社会影响。特别适合于城市建筑密集、施工场地狭小、基坑挖深大的施工项目。

（3）锁扣型钢地下连续墙采用CT锁扣作为型钢构连接件，止水效果好，开挖面墙体无渗漏。

（4）试验阶段，与一般的钢筋混凝土制地连墙相比，单幅锁扣型钢地连墙造价高1.2倍。由于其刚度大和薄壁化的特点，通过对壁厚的进一步设计优化后，材料用量可进一步减少，造价能够控制在传统工法的115%左右。如遇中心城区施工场地狭小的情况时，其经济指标优于传统工法。

综上所述，锁扣型钢地连墙施工法具有钢构件工厂化制作、止水效果好、节约施工场地的优势。在中心城区场地面积狭小的条件下，该工法能最大限度地有效利用施工场地面积，实现快速施工且符合安全文明施工的要求，适用于传统技术难以施工的狭窄地区的地下工程建设。通过本文的工程实例，我们认为该施工法具有可行性，可为类似工程提供经验和参考。