穿越既有管线的地下连续墙施工技术研究*

2023-10-08孙颜顶田华良杨文强李林川

城市轨道交通研究 2023年9期

张标孙颜顶田华良杨文强李林川

(中国建筑第二工程局有限公司, 100160, 北京∥第一作者, 工程师)

地下连续墙(以下简称“地连墙”)作为一种工艺成熟的围护结构形式,在地铁建设中被广泛应用[1-5]。地连墙施工过程中,有时会遇到一些切改施工难度大或需重点保护的地下管线,常规的施工方法不再适用。鉴于此,国内一些专家学者对此开展了一系列研究,文献[6]介绍了气举反循环和液压槽壁机倾斜成槽配合自制切土箱进行既有管线下方地连墙成槽的施工技术,并对两种施工方法进行了对比分析;文献[7]提出了一种成槽机液压抓斗改进方法,利用抓斗侧齿和斗齿削切侧向地下管线的下方土体;文献[8]提出了液压抓斗与反循环钻机联合成槽穿越地下管线的地连墙处理技术;文献[9]提出一种气举反循环绞吸式地连墙施工方法;文献[10]结合地铁车站工程实践,通过气举反循环绞吸式成槽方法在障碍物下方进行地连墙施工。气举反循环绞吸式作为一种最常用的施工方法,仍存在不足之处,主要体现在:一方面需引入潜水钻孔成槽机、泥浆泵、空压机及其他配套设备[10],导致施工成本及工期均不同程度增加;另一方面受限于施工工艺,受影响地连墙只能作为首开幅进行施工。

基于此,本文提出一种穿越既有管线的地连墙施工技术,克服了气举反循环绞吸式施工方法的不足之处,节约了地连墙的施工成本,缩短了工期,能够保证围护结构地连墙的顺利施工。本文从槽壁三轴搅拌桩加固、深导墙制作、装配抓斗成槽、钢筋笼分片制作和吊装以及混凝土浇筑等改进施工工序对该技术进行详细介绍。

1 工程概况

天津地铁7号线一期工程兴华道站为地下两层双柱三跨标准车站,围护结构体系为地连墙+内支撑。车站地连墙厚度为0.8 m,采用锁口管接头,标准段地连墙墙长32.5 m,插入比为0.9;盾构井段地连墙墙长为34 m和35 m,相应的插入比分别为0.86和0.85。车站主体基坑采用明挖顺作法施工,标准段开挖深度约为16.67 m,盾构井段基坑开挖深度约为18.29 m和18.90 m,车站站台中心处顶板覆土约为2.83 m。

在车站围护结构设计图纸中编号为WW-44及WE-44的两幅地连墙处存在一条AC 110 kV电力管涵(地铁5号线及电力公司专用线路)横跨基坑,管涵为钢筋混凝土结构,尺寸为1.35 m×0.75 m(宽×高),埋深约为1.2 m,该电力管涵平面位置如图1所示,横剖面如图2所示。

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施工图设计中,编号为WW-44和WE-44的两幅地连墙采用气举反循环绞吸式方法进行施工。地连墙导墙采用深导墙,在导墙钢筋绑扎过程中,采用20 mm厚钢板焊接成长方形钢筒对电力管涵进行保护,之后再浇注混凝土。地连墙钢筋笼施工时以电力管涵为中心分幅,两部分采取公母对接形式。地连墙内钢筋避开电力管涵,管涵范围内纵向钢筋在管涵底截断,水平向钢筋在管涵两侧截断。

2 改进后地连墙施工工序

该技术与常规施工方法相同之处不做赘述,本文详细介绍地连墙各施工工序的改进之处。

2.1 槽壁三轴搅拌桩加固

工程实践表明,该车站标准段6 m宽一字型闭合幅地连墙采用成槽机成槽所需的时间为7～9 h,钢筋笼吊装的时间为0.5～1.0 h。由于受电力管涵影响,编号为WW-44和WE-44的两幅地连墙成槽宽度及深度较标准幅大,成槽及钢筋笼吊装时间势必会大幅延长。为保证槽孔的稳定性,根据其他地铁车站工程实践,使用三轴搅拌机对这两幅地连墙槽壁进行加固处理,在每幅墙槽孔两侧共计加固20组。三轴搅拌机的桩径为850 mm,桩间距为600 mm,桩深为18 m。为了保证三轴搅拌桩的加固效果,在加固完成14 d以后,进行钻芯取样并送至有资质的实验室,测试加固土体的无侧限抗压强度,检测报告显示数据为1.2 MPa;该数据远远大于地勘报告给出的原状土体的承载力数值(250 kPa)。通过分析试验数据以及结合其他车站的施工经验,开始进行导墙施工。三轴搅拌桩加固平面如图3所示。

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2.2 深导墙施工

在导墙施工前,先开挖至管涵底部,采用5 mm厚钢板通过焊接将管涵四面封闭包裹保护,包裹长度为1.4 m(两侧伸出导墙各0.3 m)。管涵保护完成后,进行深导墙施工,型式为倒L型,厚度为200 mm,深度为3 m(延伸至电力管涵以下1 m)。导墙设计配筋为C12@200 mm,单层布置。钢筋绑扎时,保证管涵四周均有钢筋。根据DB/T 29-103—2018《天津市钢筋混凝土地下连续墙施工技术规程》要求,结合现场实际工况及材料准备情况,导墙拆模后沿其纵向每隔2 m加设上、中、下三道截面尺寸为100 mm×100 mm的木方支撑,呈梅花形布置。导墙与管涵位置关系横剖面及配筋如图4所示。

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2.3 装配抓斗成槽

在围护结构施工前,已做了整体筹划,将编号为WW-44和WE-44的两幅地连墙作为闭合幅来施工,并对这两幅墙及邻近地连墙幅宽进行调整,使电力管涵两侧至少各留成槽机一抓的宽度。已知电力管涵宽度为1.35 m,成槽机一抓成槽宽度为2.80 m,综合考虑这两幅墙及邻近地连墙的情况,将幅宽定为8.25 m。

先行导槽施工:将电力管涵两侧能够正常施工的槽段,使用成槽机抓斗抓出槽孔。此槽孔作为管涵下方土体成槽的先行导槽,导槽的深度较设计深度深2 m,以保证管涵下槽孔的深度。先行导槽施工时注意垂直度的检查,以保证管涵下槽孔施工的垂直度。先行导槽施工示意图如图5所示。

图5 先行导槽施工示意图

管涵两侧的先行导槽施工完成后,采用改装后的抓斗将管涵下方土体成槽,如图6所示。改装后的抓斗由两部分组成:原抓斗1、采用钢板焊接并与成品齿尖组装成的抓斗2,两者之间通过插销装配成一体(见图6 b))。进行管涵下土体成槽施工时,将改装后的抓斗从先行导槽中下放,平移使抓斗2紧贴管线下方土体,调节液压柱塞控制抓斗1开合联动抓斗2刮削土体,随后刮削下的土渣沉入先行导槽内。待土渣积存一定量后停止刮削土体,平移改装后的抓斗,使用抓斗1将土渣从先行导槽内抓出,放入渣土车并运至渣土池。这一步骤反复多次,直至管涵下的土体被刮削至少一半的量且成槽深度至槽底。然后将成槽机移动至槽段的另一侧,下放改装后的抓斗至管线另一侧的导槽内,重复以上成槽步骤,直至该幅地连墙槽孔施工完成。

a) 钢板焊接的抓斗2

2.4 钢筋笼分片制作和吊装

根据AC 110 kV电力管涵的埋置参数,结合地连墙施工技术规程要求以及吊装安全要求,将每幅地连墙的钢筋笼分3部分(编号为1、2和3)进行加工,尺寸分别为2.5 m、2.4 m和2.8 m,采用公母对接形式连接。管涵范围内钢筋笼钢筋避开管涵,纵向钢筋在管涵底部截断,水平向钢筋在管涵两侧截断。三部分钢筋笼对接如图7所示。

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吊装前,在导墙与钢筋笼顶部均做好标记,以确保钢筋笼定位准确,两标记重合时说明钢筋笼吊装到位。以编号为WW-44的地连墙为例阐述钢筋笼吊装工序(如图8所示)。首先,吊起2号钢筋笼(即电力管涵下的钢筋笼),将其缓慢放入左侧先行导槽内;下放至钢筋笼的“豁口”下方吊点与导墙平齐时,用担杠担起钢筋笼并更换吊点(由两个吊点变为一个);更换完成后继续下放钢筋笼至“豁口”底部,该底部在管涵底部以下30 cm左右(见图8 a));吊起钢筋笼向管涵方向水平移动,至上部两标记完全重合;然后用铲车等机械牵引一端固定在钢筋笼下部的用于水平牵引用的钢丝绳上,使钢筋笼下部分也向管涵的方向移动,以保证钢筋笼整体的垂直度,同时不影响左侧1号钢筋笼的吊装。为确保钢筋笼定位准确,平移和牵引步骤可以多次重复进行,两标记之间的误差按照±2.5 cm进行控制,到位后用担杠将钢筋笼担于导墙上(见图8 b))。剩余的1号和3号钢筋笼采用常规吊装方法进行施工,必须保证钢筋笼的准确定位,确保整幅地连墙的刚度满足要求(见图8 c))。

a) 2号钢筋笼下放

2.5 混凝土浇筑

钢筋笼安装完成后,在钢筋笼预留导管仓位置下放导管,用3组导管灌注混凝土。将导管间距控制在3 m范围内。灌注时,混凝土面均匀上升且速度大于2 m/h,混凝土面高差小于0.3 m,以防止因混凝土面高差过大而产生夹层现象。同时,将导管埋入混凝土内深度控制在2～6 m,以保证混凝土灌注的质量。

3 改进后地连墙施工工序工程应用效果

工程实践表明,采用改进后的地连墙施工工序进行施工,编号为WW-44和WE-44的两幅地连墙的施工时间分别为35 h和32 h,相较于常采用的气举反循环绞吸式施工方法,工期缩短1～2 d;经核算,施工成本较气举反循环绞吸式施工方法减少一半;后期土方开挖后显示,两幅墙施工质量如墙体垂直度、表面平整度和接缝止水效果等各项参数均满足设计和施工要求,能够确保下一道施工工序的顺利进行。