陈秀文、谭仕波、林旸、张方
中国建筑第四工程局有限公司 广东广州 510665
【摘 要】：在地铁线路的规划中，站点一般设置在城市交通枢纽、大型客流集散地等位置，周边环境复杂，地下管线繁多，往往先将车站施工范围内地下管线迁改后方能施工。如遇管线迁改工程量大、工期长、费用高等不利条件，将对地铁车站的施工进度、建设投资带来很大影响。本文阐述一种受大截面地下管线影响工况下地下连续墙的施工方法，以加快地铁车站施工工期、节省费用。
【关键词】：地下管线、气举反循环、潜水钻、水平平移
1、工程概况
天津地铁7号线一期工程喜峰道站为地下二层岛式车站，站体位于南口路下方。车站中心里程为DK35+974.187，设计里程为DK35+883.827～DK36+400.827，主体结构总长517m。车站主体围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深32.9～36.5m，锁口管接头，最大成槽深度为37.5m，地连墙墙趾处于隔水层粉质黏土11
1层。因车站站体临近白庙220KV变电站，其15+2孔35KV电力排管横穿车站，电力排管尺寸2.0×1.9m，埋深1.2m。该电力排管迁改周期长、费用高，对施工进度及工程造价影响较大。经研究，成功应用了潜水钻气举反循环施工工法，完成了该电力排管横穿部位的地下连续墙施工。
2、施工原理及工艺流程
2.1 施工原理
该工艺采用常规液压抓斗成槽机、喷导管以及以该喷导管为导向滑道的潜水钻配合完成，先由液压抓斗进行电力排管两侧成槽施工，然后由喷导管及潜水钻切削电力排管底部土方并将之喷出地面，完成电力排管底部成槽施工。其中，喷导管采用直径273mm的无缝钢管制成，长度大于设计槽深2米以上，由电力排管一侧插入已成槽的槽孔内，下端伸入槽底土方内，上端固定在导墙上并冒出地面。潜水钻沿喷导管作为导向滑槽下移并对电力管沟下方土体进行切削，切削掉的土体直接落入槽底，利用空气压缩机向喷导管底部输送高压空气，使喷导管管底入口与上部出口间产生巨大压力差，将落入槽底的土渣喷出地面。因此该施工方法又称“潜水钻气举反循环成槽工法”。
2.2 工程流程
潜水钻气举反循环成槽工法施工工艺流程见下图所示。
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图1 潜水钻气举反循环成槽工法施工工艺流程图
3、施工方法及操作要点
3.1 施工准备
（1）通过探挖刨验及测量定位，实地测放出地连墙及电力排管的平面位置，为制定成槽方案提供依据。
（2）根据地连墙与电力排管的相互位置关系，调整地连墙分幅线位置，并制定钢筋笼分段加工的宽度，以满足成槽及钢筋笼分段下放、水平平移的施工需求。
（3）根据电力排管截面尺寸及埋深情况，制定地连墙导墙的结构尺寸，以及电力排管的保护措施，避免成槽及下放钢筋笼施工过程中碰触电力排管。
（4）做好安全技术交底，让现场管理人员及操作人员理解设计意图，熟悉施工工序，掌握安全防护措施等，确保施工安全。
3.2 地连墙分幅调整
因受35kv电力排管影响，根据电力管沟截面尺寸，并结合液压抓斗成槽机抓斗尺寸以及钢筋笼分段下放、平移工艺需求，对电力排管处的地连墙分幅线及幅宽进行调整，该幅地连墙作为首开幅施工。液压抓斗宽度2.8m，成槽时距离电力排管100mm安全距离，槽段成槽宽度7.8m。钢筋笼分两段加工制作，从两侧槽孔下放后向中间平移合拢，每段钢筋笼平移量为1m，合拢后考虑100mm间隙。两段钢筋笼有效宽度均为2550mm，净宽分别为2730mm、2550mm，合拢后钢筋笼宽5200mm。地连墙幅宽为钢筋笼两侧各加350mm，即5900mm，其槽段分幅线位于电力排管两侧各1950mm处。地连墙分幅及钢筋笼分段加工尺寸见下图所示。
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图3 钢筋笼分段尺寸图
3.3 电力排管的保护
地连墙及导墙施工期间，对电力排管进行保护，具体措施如下：
（1）沿地连墙位置进行人工刨验，确定电力排管准确位置后，再开挖导墙沟槽。
（2）开挖导墙时，采用人工清除电力排管四周的土体，联系电力管线保护单位进行现场监督，对其进行悬吊保护后，然后再进行导墙施工。
（3）电缆沟悬吊的范围比导墙宽出至少1m，以方便导墙施工，电缆沟周围采用与导墙同标号的素混凝土回填，并且电缆槽与混凝土之间采用隔离膜隔离，方便以后对此部分混凝土的破除。
（4）导墙底部标高要低于电缆管沟底部300mm以上，电缆管沟周边的导墙钢筋采用Ф25钢筋进行加强，每边附加4根，如图所示。
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图4 电力排管处导墙结构尺寸及钢筋加强示意图
3.5 泥浆制备及管理
泥浆的主要作用是护壁、携渣、冷却钻具，要具有一定的密度和粘度，在槽内有一定的静水压力，同时能渗入土壁形成不透水的泥皮，从而稳定槽壁。现场利用膨润土造浆，并通过反循环成槽机、泥浆泵、泥浆箱使泥浆在成槽过程中循环，灌注混凝土时，将槽内泥浆回收、净化。
泥浆性能指标、循环及管理与常规地连墙施工所用泥浆一致。地连墙成槽、清孔、二次清孔等施工过程中泥浆性能指标满足下表要求。
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3.6 成槽施工
成槽时，首先在电力排管两侧用液压抓斗抓出2.8m宽的导槽，作为插喷导管的先行导槽。然后选择一侧先行导槽，安装喷导管，由潜水钻沿喷导管向下钻进，切削土体完成电力排管底部土体成槽。成槽顺序如下图所示。
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图5 潜水钻气举反循环成槽示意图
3.6.1 先行导槽施工
先行槽成槽宽2.8m，成槽深度为设计槽底标高以下500mm，以满足钢筋笼平移工艺需求。成槽过程中，其垂直度控制为关键控制点。
（1）开槽时，必须检查吊绳、抓斗中线与地连墙中线三线在同一铅垂面，在开挖过程中根据成槽机仪表显示的垂直度及时纠偏，以保证成槽垂直度。
（2）成槽时抓斗必须闭斗下放，并应尽量保持匀速下放和提升，以免使泥浆形成旋流冲刷槽壁，引起槽壁土坍塌。提斗要慢，以免因抓斗提出后泥浆补充不上造成槽壁经常外露，引起槽壁土体坍塌。
（3）边开挖边向导墙内泵送泥浆，保持液面在导墙顶面下50cm。挖槽过程中随着孔深的向下延伸，随时向槽内补浆，使泥浆面始终位于泥浆面标志处，直至槽底挖完。
（4）根据安装在液压抓斗上的探头，随时将偏斜的情况反映到驾驶室里的电脑上，驾驶员可根据电脑上四个方向动态偏斜情况，启动液压抓斗上的液压推板进行动态的纠偏。开挖完成后，及时检查成槽质量，单元槽段槽壁垂直度偏差必须小于1/300。
3.6.2 潜水钻成槽施工
先行导槽完成后，将潜水钻孔成槽机就位，并将喷导管插入先行导槽中，采用单管抱管反循环钻孔成槽。
（1）钻孔成槽时，在架头放置一个泥渣斗，启动反循环系统和钻机，让钻机沿喷导管向下钻，钻进过程中钻头切削泥块掉入槽底，利用气举反循环气柱，将渣土随泥浆通过喷导管排到渣斗里。渣土沉淀后，分流的泥浆流回槽内，泥浆可重复利用。在成槽过程中，渣斗充满后应及时换空斗。
（2）当单钻抱管成槽完成一钻时，将钻机提升，使钻头靠近悬吊架下并钻头高过未钻的土面。同时将喷导管提升至离槽底面50～100cm，而后移动成槽架，准备下一钻施工，前后两钻位置重叠1/3钻头直径，根据底层特点，每次水平进尺控制在20cm内，从单元槽段的一头向悬吊架方向钻进，直到完成悬吊架一侧的成槽钻孔完成，而后施工另一侧，一侧最少完成5～6钻，直到完成整个槽段的成槽施工。
（3）成槽过程中，应随时用线锤对钻机的钢丝绳和喷导管进行测试，垂直度应符合规范要求，如不满足要求，及时调整，以保证地连墙的垂直度。
（4）成槽施工过程中仔细复核钻头、钻具的磨损情况，磨损严重不能到达设计槽宽要求必须及时更换。
（5）为防止墙体出现塌孔现象，在成槽过程中应加强泥浆性能的控制，根据不同地质情况，及时调整泥浆的性能指标，同时还要严格控制槽内泥浆液面不得低于导墙地面50cm。
3.6.3 槽壁修整
当电力排管底部成槽完毕后，拆下潜水钻，换上液压抓斗修槽。首先将抓斗放入槽内，使抓斗降到电力排管以下；然后水平移动抓斗机，使抓斗向电力排管下方移动，然后利用抓斗的自身重力向下切削槽壁上没有削掉的土，到槽底后，液压抓斗机反方向移动，提升抓斗，避免在提升中磕碰电力排管，反复修正几次以保证槽壁平整；每一次修槽必须到达地连墙设计深度。修槽一侧完成后，在修理另一侧。直至将掉入槽底的泥块被清理干净。
3.6.4 清槽换浆
（1）槽段修理完成后，启动反循环系统，用喷导管再一次对槽底沉渣进行清理。清槽时均从槽段两端向电力排管方向移动进行，每次移动30～40cm，每位置停留5分钟，让槽底的沉渣从喷导管中充分排除。
（2）对槽底沉渣清理至少3遍，使沉渣厚度满足规范与设计要求为止。
（3）在对槽底清理的同时，根据槽内泥浆情况，进行泥浆置换，置换后泥浆比重控制在1.05～1.2。根据底层特点，若遇到砂层施工时，为防止砂子沉淀过快，砼浇筑前泥浆比重适当增大。
（4）清槽完成后，测量槽深、槽厚、沉渣厚度等均满足设计要求时并经监理验收合格后进行下一道工序。
（5）清槽换浆完毕后，必须及时安装钢筋笼和灌注混凝土，停留时间过长易造成槽段坍塌。
3.6.5 钢筋笼加工与安装
将该幅地连墙钢筋笼由整幅吊装调整为分段吊装、承插拼接的方式，即将整幅钢筋笼分体为两幅对接，钢筋笼接头仍采取锁口管接头形式，钢筋笼对接位置为35kv电力排管中心。钢筋笼加工时，结合电力排管与地连墙位置关系，将电力管沟位置的钢筋笼做成凹槽型，并预留一定的安全尺寸，避免钢筋笼下放及平移时碰触电力管沟。
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钢筋笼吊装时，先将两幅钢筋笼分别由电力排管两侧导槽下放，然后两台履带吊分别吊起两幅钢筋笼，将钢筋笼向电力管沟中心缓慢平移，直至两幅钢筋笼承插接头相互吻合为止。
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图8 钢筋笼水平平移拼接示意图
3.6.6 安装锁口管
（1）锁口管采用δ18的钢板在工厂定制而成，单根长度8m，锁销连接，采用150吨主吊机吊装下放。
（2）锁口管分段起吊入槽，在槽口逐段拼装成满足施工需要长度后，下放到槽底。
（3）下放时锁口管中心线必须对准正确位置，垂直并缓慢下放。当距槽底500mm左右时，快速下入，插入槽底。最后在锁口管背面填充袋装粘土，并用特制配重分层轻压密实，防止混凝土浇筑时从底部及侧部绕流到锁口管背面。
（4）锁口管上部用木楔与导墙塞紧，待钢筋笼安放后，安放起拔器。起拔器安放时一定保证水平，并保证起拔器与锁口管之间的距离相等，确保锁口管在起拔过程中，均匀受力，顺利拔出。
3.6.7 安装导管
（1）地连墙混凝土灌注采用导管法施工，选用内径300mm的圆形螺旋快速接头型导管。此幅地连墙所使用的导管，必须进行试拼和试压。导管组装后的轴线偏差不宜超过钻孔深度的0.5%且不宜大于100mm；试压力为孔底静水压力的1.5倍且不小于1MPa。
（2）采用2套导管，两套导管间距不大于3m，导管距离槽段端部位置1.5m，导管提离槽底大约250～300㎜。
（3）导管上口固定在混凝土灌注平台上，最底段长度4m，首节长度可选0.5m、1.0m、1.5m，其它中间段长度2.5m。导管间采用螺纹扣连接，连接处必须加橡胶密封圈，以保证导管连接严密、不漏水。
（4）导管在钢筋笼内要上下活动顺畅，灌注前利用导管进行二次清底换浆，并在槽口上设置挡板，以免砼落入槽内而污染泥浆。
3.6.8 水下混凝土灌注
（1）灌注混凝土前，应检测槽孔底部泥浆性能指标和沉渣厚度，槽底沉渣厚度应≤100mm，槽孔底部1.0m处的泥浆性能控制指标应符合要求。否则应进行二次清槽，至符合规范要求为止。
（2）在混凝土灌注前要测试混凝土的坍落度，混凝土坍落度控制在180～220mm，并按规定留置试块。
（3）两套导管同时灌注混凝土。为了保证混凝土在导管内的流动性，防止出现混凝土夹泥的出现，槽段混凝土面应均匀上升且连续灌注，灌注上升速度不小于2m/h，两套导管间混凝土面高差不大于30cm。
（4）在混凝土灌注过程中，使用测绳经常测量混凝土顶面高度，并计算出导管埋入混凝土的深度，做好记录。根据导管的埋深情况拆除部分导管，控制导管埋深在2～6m。当导管有4.5m左右埋管值时，应拆除一节导管，拆除的导管在指定位置冲洗干净，堆放整齐，当砼不畅通时，可将导管上下提动，提动幅度在30cm左右。
（5）当混凝土灌注接近墙顶标高时，应控制最后一次混凝土的灌注量，使混凝土顶标高比设计标高高出800mm，以确保凿除地连墙墙顶浮浆层后，墙顶混凝土质量能达到设计要求。
（6）混凝土灌注必须保证连续性，间隔时间不得超过30min。混凝土灌注结束后，将导管缓缓拔除，并将混凝土灌注平台吊移到下一个作业面。
4、结束语
本文阐述了受大截面地下管线影响，采用潜水钻气举反循环工法进行地下连续墙成槽施工、钢筋笼加固与安装、水下混凝土灌注等地下连续墙施工技术，此技术的推广与应用，可有效解决大截面地下管线对地下连续墙施工的影响，在一定程度上节省工期，减少投资，快速实现基坑围护结构的封闭，为后续基坑降水及土方开挖提供条件。
参考文献
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