220KV电缆砼顶管越江隧道工程超深基坑施工技术.docx
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220KV电缆砼顶管越江隧道工程超深基坑施工技术
220KV电缆砼顶管越江隧道工程超深基坑施工技术
引言
超深基坑的施工手段繁多，涉及到基坑的围护，基坑支撑与开挖、封底及环境的保护等各个方面的工艺，施工难度和风险极大，有很多失败的先例，特别是在承压水的作用下，实施干封底的例子还是比较鲜见。
本文从复兴东路220KV电缆砼顶管越江隧道工程工作井基坑施工中克服离黄浦江近，受承压水作用，周围环境复杂等困难，成功进行了基坑制作并实施干封底的实例，来分析说明超深基坑的施工工艺。
工程概况
我们市政二公司于99年元月承建了复兴东路220KV电缆砼顶管越江隧道工程。
本工程工作井在浦东，接收井在浦西，顶管为Φ2600钢筋混凝土管，长度为530米；其工作井为圆形，外径为18.574米，有效内径为16米，采用钢筋混凝土地下墙作围护结构，墙厚0.8米，连续墙入土深度44.30米，基坑开挖深度为32.45米，钢筋混凝土底板厚2米。
内衬采用逆作法施工。
这样的工程在上海市来说应当属于难度较大的深基坑施工工程，其难度有以下几点：
连续墙施工。
连续墙深度达44米，按地质资料土表下18米内有流沙层，且要穿越坚硬的第⑥层暗绿色粘土层以及第⑦层草黄色粉砂层（即上海市第一承压含水层）。
基坑封底。
基坑深度32米，要挖穿第⑥层暗绿色粘土层，2米厚钢筋混凝土底板坐落在⑦层承压含水层中，承压水水头标高可达-4.46米，压力约为273KN/M2。
环境保护困难。
工作井位于上海港务局东昌装卸公司的场区内，距黄浦江防汛墙约50米，场区附近有上海油脂一厂的厂房和若干油罐，及长江航运公司供应站的建筑物，工作井与相邻的煤气过江管工作井的中心距约为41m，与煤气仪表房距离不到2米。
工作井工程地质情况
浦东工作井工程地质情况参考上海市民防地基勘察院编制的工程地质勘察报告（1997年2月）。
土层
编号
土层名称
层底标高（米）
层厚（米）
渗透系数
（×10-5cm/s）
标准贯入度
（击）
地基土强度（KPa）
①1a
杂填土
1.11
3.8
-----
-----
②1
粉质粘土
0.61
0.5
-----
-----
②2
粉质粘土
-0.09
0.7
0.09
-----
-----
②3
粉质粘土
-2.69
2.6
2.3
80
③
淤泥质粉质粘土
-5.19
2.5
0.08
0.5
65
④
淤泥质粘土
-13.19
8
0.8
60
⑤1a
灰色粘土
-17.89
4.7
相对隔水层
2.4
70
⑤1b
粉质粘土
-20.89
3
2.7
80
⑥
褐绿色粉质粘土
-24.89
4
相对隔水层
16.3
160
⑦1b
草黄色粉砂
-----
-----
承压含水层
35.4
>200
⑦1b层为承压含水层，水位埋深9.12米，相当于标高-4.46米。
地下连续墙施工
本工程地下连续墙为正24边形，设计要求三抓一幅，每一幅接头采用常规的钢锁口管接头。
地下连续墙深达44米，墙根深入⑦1B粉砂层（即上海市第一承压含水层）。
这样，单幅成槽时间较长，易产生坍孔现象。
且根据地质勘察报告提供的资料，本工程地坪下约4～5米范围内有块石、砼地坪等杂物，土表下18米内易产生流砂。
由于工作井内衬无支撑，且是逆作法，仅靠地下连续墙作围护，因此，做好地下连续墙是先决条件。
在施工前我们采取了以下措施来确保连续墙的质量。
换土
在施工导墙前进行换土。
根据地质勘察报告提供的资料，本工程地坪下约4～5米范围内有块石、砼地坪等杂物，且是杂填土。
在杂填土中施工时，土体承载力差，又无法垂直自立，还会产生坍塌现象，势必影响导墙施工质量，且造成施工场地环境恶劣。
在地下连续墙成槽时，由于槽段内有杂物，会跟随着成槽机带下去，引起土体位移造成槽壁坍方，影响地下连续墙的质量。
为此我们进行换土。
回填土采用临近工地挖出3～4米层的黏土，清除杂物，分层夯实，在导墙施工时能垂直自立，充当外模。
导墙基槽开挖中发现的下水道给以严密封堵，防止其成为泥浆的泄露通道，在井位外另排一道排水沟。
槽壁注浆加固
由于槽壁注浆加固属于标外工作量，考虑到注浆对槽壁质量的必要性，经设计、监理、业主认可后进行实施。
⑴分析原因
①地质条件复杂
地表下18米内有流砂，墙体深度44米，须穿越坚硬的第⑥层暗绿色粘土层以及第⑦层草黄色粉砂层（即上海市第一承压含水层），为上海市政行业地下连续墙施工所罕见。
②周边环境恶劣
距黄浦江防汛墙约50米，场区附近有上海油脂一厂的厂房和若干油罐，及长江 航运公司供应站的建筑物，工作井与相邻的煤气过江管工作井的中心距约为41m，与煤气仪表房距离不到2米，他们对沉降要求都较高。
③承受动荷载大
在地下连续墙施工中，场地上有三辆大型设备要运转，60吨重的成槽机在成槽时停靠在槽边，50吨、100吨吊车在起吊钢筋笼、预制接头时也须在槽边行走。
④施工周期长
设计要求三抓一幅。
成槽时，按工艺要求，先两边后中间，挖上部土体只须4～5小时，挖第⑥层暗绿色粘土层须15小时以上，挖第⑦层草黄色粉砂层（即上海市第一承压含水层），用时也在15小时以上，这样，就是正常挖土也须35小时，虽有泥浆护壁，也极易产生槽壁坍塌现象，影响地下连续墙质量，也破坏周边环境。
⑵采取方法
为保证地下连续墙施工正常进行，不破坏周边环境，特对地下连续墙两侧进行双排注浆来加固土体，内排为双液注浆，外排为单液注浆，深度18米，孔间距1米，总孔数223孔，加固土体4032立方。
地表下回填土范围内，施工时适当增加注浆量。
⑶注浆参数
浆液配比：
单液注浆（水：
粉煤灰：
水泥：
膨润土=130：
40：
200：
20）
双液注浆（水：
水泥：
粉煤灰：
膨润土：
水玻璃=152：
200：
40：
4：
60）
双液浆的粘度＞35，比重1.3～1.5，初凝时间2～3min,凝固强度3～4Mpa/2h
注浆压力一般为0.2～0.5Mpa，初始时略高
注浆流量一般为每分钟10～15升
注浆加固后土体强度可达到0.8Mpa
采用砼榫式预制接头取代常规的钢锁口管
砼榫式预制接头在本工程中应用具有的优势：
⑴砼榫式预制接头是在地面上制作，其质量比水下浇灌砼有保证。
⑵砼榫式预制接头强度比设计地下连续墙要高。
预制接头的钢筋保护层为2.5cm，而地下连续墙钢筋保护层为9cm；预制接头的高度大于地下连续墙的高度；预制接头主筋同地下连续墙相同，并按预制构件要求增加相应的构造钢筋，这样同截面含筋量增加。
⑶从结构受力分析，本工程是环状多边形，受力是环向压力，由于预制接头强度比水下浇灌砼地下连续墙高，其受力就更具有优势。
⑷预制接头设计为H形，桩槽与地下连续墙咬合，桩连接采用钢板连接，接头端面间加橡胶止水条来保证防水。
⑸现场有大吨位的起吊设备，拼装后一次就位，对垂直度是有保证的。
⑹预制接头与地下连续墙是面接触，而钢锁口管与地下连续墙是点接触。
在施工中预制接头与槽壁间是无空隙的，这对防绕流更有好处。
⑺拔钢锁口管须用大吨位的起拔器，且反力大，对导墙影响大。
另拔管时间较难掌握，钢锁口管拔不出或拔断，将直接影响地下连续墙的质量。
采用预制接头，就省去了该道工序，同时也克服了上述不足。
⑻预制接头底部为尖状，利于插入土层，确保根部稳定，接头背部回填土夹石，用冲杆捣实，确保预制接头在浇灌水下砼时不移位。
成槽机选型
考虑到槽段深度44米，底下有承压水，泥浆比重达到1.3，决定选用意大利进口的BN?
2型成槽机，自重60吨，配备17吨重抓斗，宽度为0.8米，张开尺寸2.5米。
若在第⑥层暗绿色粘土层、第⑦层草黄色粉砂层（即上海市第一承压含水层）施工中遇到难度时，采用GPS?
5型钻机，先引孔再成槽，即两钻一抓法，确保成槽顺利实施。
由于采取了以上加固及改进措施，使连续墙施工总体上得以顺利进行。
但在具体施工时还是或多或少遇到了一些问题，下面我们就一些主要问题进行详细介绍和分析以及采取的对策。
⑴ 施工机械损坏
由于连续施工，成槽机连续作业时间长，无保养间歇，极易造成设备的损坏，且地下土质较硬，由其是第⑥层暗绿色硬土，第⑦层含有丰富承压水的铁板砂层，故在第一幅、第二幅施工中，时间较短，而在DQ1第三幅成槽至35米时出现成槽机坏，抓土斗齿断裂等情况无法施工时，马上加重泥浆的比重来进行护壁。
同时电召意大利专家赶过来检修，另一方面组织机械工程师抓紧修理。
考虑到停顿时间较长，虽有泥浆护壁，仍有槽壁坍塌的危险，经与设计、业主、监理商量后，对该槽段进行回填，回填材料采用黄砂加石子，以利第二次成槽。
当成槽机修理好后继续成槽时，决定调整成槽作业时间，每挖土5小时必须停机半小时～1小时，并组织专人进行保养，确保成槽机正常作业。
⑵ 钢筋笼无法就位
在吊放DQ1槽段钢筋笼时，确实出现钢筋笼放到38米时放不下去的现象。
当DQ1成槽结束时，量测深度为44.5米，用超声波测试，槽壁虽有凹凸情况，存在少量塌方，但根据超声波测试图纸分析，钢筋笼应该放得下。
出现这情况后，只得重新吊起，经测试，成槽深度为42米，估计是由于DQ1槽段回填后重新成槽对土体产生多次扰动，影响较大。
用超声波重新测试，确实存在坍塌现象。
经与设计、监理商量后，马上采取措施，一方面加重泥浆的比重，另一方面成槽机继续挖土，至设计标高后及时清底，终于将钢筋笼顺利放到位。
在吊放DQ5槽段钢筋笼时，也出现钢筋笼离设计标高1米时放不下去的现象。
对超声波测试图纸分析，无异常情况。
根据以往经验，估计是预制接头未放直的问题。
就用100吨吊车拎高钢筋笼，用50吨吊车吊预制接头，重新放预制接头，再放钢筋笼，最终顺利就位。
总结：
第一、槽壁注浆加固对成槽时引起的塌方问题能控制到最小，确保施工正常进行，达到设计要求的质量。
第二、锁口管改预制桩解决了连续墙中钢锁口管吊拔及砼绕流等难题。
工作井封底施工
根据设计图纸及地质资料可知：
2m厚钢筋混凝土底板底标高为-27.5m，完全坐落在第⑦层草黄色粉沙层，即承压水层中。
工作井地面标高为+5.00m，这样基坑开挖深度将达32米多。
承压水静水标高可达-4.46m，也就是说一旦坑底发生管涌现象，极短时间内其水位就可上升二十几米高。
同时在开挖过程中还要用逆作法进行内衬施工。
因此要实现设计要求的干封底，施工难度与风险极大，选择何种封底方案将成为施工成败的关键。
在施工前，我们走访了相类式的一些工程，根据我们
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