国贸站地下连续墙施工述评

国贸站地下连续墙施工情况介绍及几点思考侯昭路从会涛叶守杰刘忠晋（1.成都地铁有限责任公司四川成都6100312.中铁西南科学研究院有限公司四川成都6100313.铁道第四勘察设计研究院湖北武汉430063）摘要：本文较全面地介绍了深圳地铁1号线一期工程国贸站地下连续墙工程规模及施工情况，阐述了在“上软、下硬”地层，入岩较深条件下连续墙挖槽施工，多种成槽设备工效和特点，并对控制施工进度的地质因素，成槽设备选择及连续墙结构型式提出探讨，可供类似工程借鉴。关键词：地铁连续墙“上软、下硬”地层设计思考ConstructionTechniqueoftheUndergroundDiaphragmWallsinGuomaoStationonShenzhenMetroLineNO.1ThispaperintroducestheundergrounddiaphragmwallsanditsconstructiontechniqueinGuomaostationonShenzhenmetrolineNO.1.Itmainlydescribestheundergrounddiaphragmwall’sconstructiontechnique,workingefficiencyandperformanceoftrenchexcavatorsundertheconditionsofatwo-layeredstratumwithsoftupperandhardlowerlayersanddeeplyembeddedinhardrock.Intheend,geologicfactorsdeterminingconstructionprogress,trenchexcavatorsselectionandtheundergrounddiaphragmwallsstructuralformsareputforward,whichcanbetakenforreferencebysimilarprojects.Keywords:metro;undergrounddiaphragmwalls;trenchexcavators;stratumwithsoftupperandhardlowerlayers1工程概述1．1车站工程概况国贸站为深圳地铁1号线一期工程的一个中间站，位于罗湖商业中心区人民南路与嘉宾路交叉路口，南邻一号线起始站—罗湖站，北邻东门老市区老街站。车站里程：SK1+194.52～358.92。全长164.4m，站台中心里程为SK1+275.22。为左、右线上下重叠地下三层侧式站台车站，总建筑面积13149m2。车站南北两端各设四个通风口，南端区间有盾构吊装井，车站设置五个出入口通道和两个连通道。图1国贸站总平面图车站主体结构为三层两跨框架结构，标准断面宽20.25m，高20.39m，埋深4～5m。站区附近高层建筑林立，有国贸大厦、金光华广场、国际商业大厦、海燕广场等。地下管线纵横交错，主要罗雨干渠、电力隧道、上下管道及通信电缆沟槽等。车站采用明挖顺做法施工，车站主体基坑深度约25m，围护结构采用地下连续墙。除穿过人民南路的Ⅴ号通道、Ⅳ号通道（缓建）采用暗挖外，其它通道均采和采用明挖施工。车站平面及通道布置如图一所示。1．2工程地质及水文地质概况国贸站站区范围为海冲积平原，上覆第四系全新统人工堆积层（Q4ml），海冲积层（Q4ml+al）及第四系残积层（Qel），下伏侏罗系中统（J2）凝灰岩，全风化至微风化层。岩层产状280°～290°∠75°～85°，F6、F6/两断层`与线路SK1+278～+293相交，挤压破碎带宽约30m。地下水埋深1.5～4.5m，径流方向由北向南，主要为砾砂层内的孔隙水，受大气降水补给，水量丰富，基岩裂隙水略具承压水性，地下水对混凝土具中等腐蚀。车站地质剖面图见图2，地层岩性特征见表1。图2国贸站地质纵剖面图表1地层岩性特征编号时代成因岩性特征层厚（m）备注1Q4ml+al素填土（粉质粘土）fk=100α=0.31ES=5.960～5.5物理力学指标单位：基本承载力fk---kpa2-(1)淤泥质粘土，流塑fk=792.6～4.52-(2)淤泥质粉质粘土流塑局部夹粉细砂薄层fk=58α=0.58ES=3.350.5～6.02-(3)粉质粘土流塑～硬塑局部含砂砾fk=120α=0.36ES=5.310～5.352-(4)粉砂松散～稍密，饱和，局部夹粘土fk=1100～4.4平均压缩系数α0.1～0.2---Mpa-1平均压缩模量Es---Mpa2-(5)中砂，中密、饱和，呈透镜体状分布fk=1100～3.72-(6)砾砂松散～中密，饱和局部夹粘土及圆砾卵石fk=110～2100～7.53Qel粉质粘土流塑～硬塑fk=140～180α=0.41ES=4.790～9.84-(1)J2凝灰岩全风化（W4）呈土状fk=200α=0.25ES=6.590.5～4.24-(2)凝灰岩强风化（W3）土及碎块状fk=3000.2～14.24-(3)凝灰岩中等风化（W2）碎块、块状，节理裂隙发育，较硬fk=8000～13.24-(4)凝灰岩微风化（W1）块状～巨块状岩质坚硬fk=1500＞19.05断层角砾，稍密，饱和夹断层泥fk=1503.1～4.1垂直厚度三、地下连续墙工程规模国贸站围护结构采用80cm厚地下墙加钢支撑，围护范围包括车站及罗国区间盾构吊装井和国老区间明挖段，基坑总长238.49m，深约25m，标准段宽度：车站为20.25m，区间为7.10m，连续墙总长度541m，成墙面积1.47m2。图3国贸站及明挖区间结构横剖面图（单位：mm）连续墙划分为标准中幅（幅度6m）69幅，非标准幅13幅及特殊幅14幅，共计96幅，各幅间采用工字型焊接钢板接头，基坑开挖设计为五～六道φ600（壁厚t=12～16mm）钢管支撑，施工变更为四道H型钢支撑。国贸站地下下连续墙既是施工阶段的支护结构，又是使用阶段主体结构侧墙的一部分，与厚400mm内衬墙叠合墙结构，连续墙在主体结构的顶板、中板及底板处均设置钢筋接驳器，并将连续墙的拉筋伸入内衬墙。因此，连续墙作为主体结构有效深度应至底板底面。根据地质条件、基坑开挖深度及内支撑情况，设计要求连续墙插入底板以下深度如表2所示：表2连续墙插入深度类别基坑底面插入深度（m）1凝灰岩全风化层（W4）≮6.02凝灰岩强风化层（W3）≮5.03凝灰岩中等风化层（W2）≮4.04凝灰岩微风化层（W1）≮2.5国贸站地下连续墙深约27m，最深为30m左右，墙身体积近1.2万m3(C25、S8砼)，含筋量约140kg/m3，工程投资额为3260余万元，约占主体结构工程总投资额的一半。四、地下连续墙挖槽施工地下连续墙作为深基坑支护的一种类型，它是采用机械挖槽在泥浆护壁条件下分槽段现浇构筑全砼墙体形成基坑围护结构。挖槽工序一般占连续墙施工一半以上的工时，特别是当遇到较坚硬岩层，成槽施工难度大，工期长，工程质量也难于保证。国贸站地下连续墙工程特点：一是地层“上软、下硬”，上部砂层透水性好，地下水量丰富；下部岩层埋深较浅，连续墙近一半深度要伸入较坚硬岩层。二是连续墙兼作主体结构的一部分，其使用功能对施工提出较高要求。因此，选择适应上述特点的成槽设备，成为保证连续墙工程质量和施工工期的关键。图4国贸站连续墙成槽机械平面示意图为满足连续墙入岩要求，在工程投标及施工初期，承包商承诺将引进法HF4000铣削式成槽机。2001年5月购买了一台与HF4000性能相当的德国宝峨（BAUER）BC-25铣槽机在老街站使用。然而由于种种原因国贸站的成槽设备却久久不能落实，鉴于工期紧迫，承包商决定采用“冲抓法”施工：即连续墙上部覆盖层用真砂抓斗挖槽，下部岩层用吊机起吊冲击锤凿岩冲孔，然后用方锤冲掉圆孔间的岩梗，再用真砂抓斗抓出碴石，每一循环进尺30～40cm，如此循环作业直到墙底设计标高。采用“冲抓法”对不坚硬岩层成槽进度尚可，第一幅连续墙（B10）用三天时间于2001年8月7日完成。但不久一些槽段均遇到较坚硬岩层，冲岩成槽十分困难。为实现年底全部连续墙施工计划，陆续进场了多种成槽设备达24台，调整为“多台设备冲岩成槽”（详见表3：连续墙成槽设备一览表）“多点多面”的施工方案。11月在场施工设备达17台，同时成槽施工的槽段达到9个。通过对各类成槽设备的施工效果分析，对成槽设备进行了筛选，完善成槽施工工艺，如制定出“冲岩规则”，统一吊机操作，选择较好的冲锤类型和焊接材料等，使成槽的月进度由8、9月份均完成9幅提高到11月份完成18幅。尽管如此，至2001年12月14日BC-25铣槽机到场之前的100余日内，累计完成完成连续墙51幅，仅为总幅数的53%。12月下旬，主要由BC-25铣槽机进行成槽施工，其它设备相继退场，直至最后一幅槽段完成。国贸站地下连续墙施工始于2001年8月5日，至2002年2月21日，96幅连续墙全部完成，共计工时200余日，较原施工进度计划超出50天左右，致使国老区间暗挖隧道工期相应推迟，成为全线土建施工严重滞后的标段。五、几点思考地铁左、右线上下重叠国内首次采用取得成功，为有利于解决国老区间百货广场高层建筑的桩基础托换问题，尽量压缩区间隧道宽度，地铁线路采用左、右上下重叠的线型，在国内地铁属首次采用。车站采用左、右线上下重叠侧式站台；区间隧道采用双层框架结构，暗挖段采用单洞双层复合式衬砌，用四台阶法开挖加设临时底等措施解决了高边墙施工难题；顺利通过了罗雨干渠、深南大道和华中酒店、百货广场桩基托换，穿过既有广深铁路桥和布吉河。工程实践表明，这一线路型式是可行的，为今后地铁线路方案选择积累了经验。1.工程地质是地下连续墙成槽进度的主要因素国贸站地下连续墙伸入微风化岩层的有48幅，伸入深度3m以上的地段约260m，局部地段深度达8m左右。因此，破岩成槽成为控制连续墙施工进度的关键。由于受构造地质及后期岩脉侵入的影响，岩层风化界面及岩石坚硬程度变化复杂，而且在多个槽段遇到较坚硬的凝灰质角砾岩。据补充钻探岩石芯样试验报告，岩石单轴抗压强度相差悬殊，一般小于50Mpa。但较坚硬的高达65.5Mpa，对成槽施工造成相当大的困难。如区间a6槽段，从8月26日开槽至11月20日完成成槽，实际耗50余工天。先用GJF20反循环冲机、ZJ150牙轮钻机均难以钻进，后用两台嘉力臣成槽深7m用26天，最后经多方研究决定减少嵌入深度，墙底抬高2.8m。根据成槽施工及所揭示的地质情况，经地质勘察人员现场岩样鉴定，设计方同意将连续墙嵌入微风化岩深度由2.5m变更为1.5m。依据设计变更，连续墙底抬高的槽段共80幅，平均每幅抬高约1.7m。可见，在复杂地质条件下的岩石连续墙施工过程中，勘察、设计、施工、监理及业主等多方现场配合协调及时解决施工难点是攻关重要的一个环节。2.关于成槽设备选择根据复杂地质条件和多种成槽设备特性，国贸站地下连续墙施工结合我国国情，采取了“抓、砸、冲、铣”多种成槽方式，特别是发挥了BC-25铣槽机先进设备的作用，“土、洋结合”克服了岩石中成槽的困难，从正反两方面总结经验可作为今后类似工程施工借鉴。值得指出，使用BC-25铣槽机在国贸站也有不尽人意之处，如区间明挖段D3、D4两槽段至槽深27m处，曾换刀三次、损坏刀头200余把（直接损失约7万元人民币），成槽历时7天。究其原因可能与鼓轮的锒合金刀齿有关：由于合金刀齿呈直径约10mm圆环形，凭借机架重量（25t）破碎槽底岩石，当遇较坚硬岩石其铣削能力显得不足。如换成铣刀式滚轮（厂家配套产品），则成槽工效会更有保证。因此，为充分发挥BC-25铣槽机作用，尚需进一步解决设备配套问题。3.对连续墙结构类型的讨论国贸站基坑开挖和回筑阶段，均进行了全过程的施工监测，监测结果的最大值如表6所示。施工监测最大值汇总表表6墙顶水平位移（mm）墙身变形（mm）钢支撑轴力（Kn）地面沉降（mm）地下水位下降（m）罗雨干渠下沉（mm）国贸大厦下沉（mm）20.6734.20742.3（预加力：503