邻江超深异形基坑施工关键技术研究

邻江超深异形基坑施工关键技术研究

杨佳俊

上海隧道工程有限公司  上海市  200000

摘要：文章以上海龙水南路越江隧道为背景，主要介绍了超深异形基坑施工中的关键技术以及工艺，通过对基坑施工过程中的超深H型钢地下连续墙接头处理、接缝处超高压旋喷加固N-JET工法、TRD止水帷幕以及坑内降水施工中的措施进行研究分析。采用理论与施工经验相结合的手段，得出保障邻江超深异形基坑的有效措施，总结出适合邻江超深异形基坑施工的工艺方法，保证基坑施工的安全，为类似工程提供参考。

关键词：邻江；异形基坑施工；施工技术

1 工程概况

龙水南路越江隧道新建工程1标西起喜泰路，东至浦东新区海阳西路耀龙路和高青西路耀龙路。隧道共设4座工作井，1号工作井为盾构始发井，位于浦东前滩滨江休闲公园内，距黄浦江边约42.7m。始发井为异形井，基坑平面内净尺寸约（17.8～43.1）m×115m，基坑面积约2883m2。

图1 龙水南路浦东1号工作井平面图

浦东1号工作井基坑围护结构采用1.2m厚地下连续墙，墙长76.4m，工字钢接头，共61幅。

表1 龙水南路浦东1号工作井地下连续墙施工概况表

西端头井洞门TRD止水帷幕，长度55m，设计厚度900mm，设计加固范围+6.40m～-70.00m，设计深度76.4m。

表2 龙水南路浦东1号工作井TRD止水帷幕施工概况表

地下连续墙墙缝处采用2.6m直径半圆超高压旋喷桩（N-JET工法），顶标高-6m，底标高-70m，有效桩长64m。TRD止水帷幕与地下连续墙连接转角处采用2.6m直径全圆超高压旋喷桩（N-JET工法），顶标高+6.4m，底标高-70m，有效桩长76.4m。

表3 龙水南路浦东1号工作井超高压旋喷桩（N-JET工法）施工概况表

基坑地下水属潜水类型，地下水位埋深一般为0.5～0.7m。⑤2和局部分布的⑤3t、⑤3-2为微承压水含水层，第⑦2层、⑨1层为第Ⅰ承压水含水层，⑦2层和⑨1层含水层互相连通，承压水位一般呈周期性变化，据上海地区工程勘测报告，微承压水的水位埋深3～11m，承压水的水位埋深3～12m。

根据地质情况，工作井基坑开挖过程中存在⑤3-2层、⑦2层、⑨1层（微）承压水突涌风险；基坑需设置降压井，降低（微）承压水。⑦2层和⑨1层含水层相连通，且基坑开挖深度较深，一旦地下连续墙接缝或墙体有即使很小的空洞或夹泥都很难及时堵漏，都会因流沙造成水土流失，造成周围地表沉陷，并给周围环境带来非常严重的影响。因此，地下连续墙施工、墙缝止水、洞门处止水帷幕以及降水施工控制尤为重要。

2 主要施工技术及控制要点

2.1 超深H型钢接头地下连续墙施工

浦东1号基坑两端工作井支护结构采用1.2m厚地下连续墙+8道钢筋混凝土支撑，中间车架段支护结构采用1.2m厚地下连续墙+7道钢筋混凝土支撑，地下连续墙采用H型钢接头，接头长度为76.4m，是目前国内最深的地下连续墙H型钢接头。

接头作为地下连续墙最薄弱的位置，涌水、涌沙等灾害很容易在接头位置发生。H型钢接头是一种刚性接头，可以传递弯矩、剪力以及轴力。理论上来说，H型钢接头的渗流路径较长，阻力比较大，不容易出现渗漏水的现象，止水效果较为理想。但本基坑H型钢接头长，垂直度要求高，在施工中仍需高度重视，在浇注过程中避免混凝土绕流，保证接头垂直度。

（1）型钢防绕流保护

本工程从后靠回填方式和在型钢上设置防绕流铁皮的措施，来避免混凝土的绕流。

1）后靠回填方式

目前H型钢背侧的回填主要有碎石回填、土包回填以及填充囊回填等方式。

本工程分别对填充囊回填，土袋回填，土袋分层压实+反力箱回填3种不同方式进行比较分析，得出最合适的填充方式。

土袋回填：采用人工回填土包，由于本工程地下连续墙深度深，回填工作量较大，人工回填时间较长，影响工期。

填充囊回填：填充囊是由工作囊和备用囊、缓冲层、骨架层、耐磨层组成的多层结构，填充囊顶安装有压力采集传输器。但在填充囊施工过程中，发现以下问题：

①填充囊工艺，在混凝土浇筑前，需将填充囊内充满水，达到其额定压力，本工程下部26.4m仍采用土袋回填，为减小型钢变形，现场在浇筑混凝土时，混凝土液面距离填充囊底部10m左右再加压至额定压力。但仍然出现上部50m型钢被填充囊向钢筋笼内侧挤压变形，且由于该填充囊只能够注水增加水压，而且一旦注满水后，不能泄水，故在浇筑过程中，无法对填充囊内部压力进行控制，H型钢向内侧变形难以解决。

②填充囊充满水后接近为圆柱体，而H型钢背侧为立方体，填充囊无法充满整个H型钢背侧，导致混凝土绕流较为严重，且由于混凝土绕流问题，填充囊起拔较为困难，出现无法拔出的情况。

③型钢边角易划破填充囊，导致填充囊失效，难以拔出，影响接头施工质量。

地下连续墙首件制施工后，由于填充囊的缺陷难以及时解决，故舍弃了填充囊的施工方法。

土袋分层压实+反力箱回填：上部25m采用反力箱回填，下部51.4m采用土袋回填。地下连续墙成槽完成后，对槽段进行超声波检测，根据端头超声波检测结果，计算型钢接头背侧回填土袋数量，计算每5m回填土袋数量并制成相应表格，施工人员在回填过程中记录每5m的回填量，并与理论回填量进行对比，若偏差较大，及时采用冲刀对土袋进行压实处理。

采用冲刀对土袋进行压实处理时，一定需要控制好冲刀下放的速度，一般控制冲刀在土袋上方5m高位置自由下落，避免过度压实导致土袋挤压H型钢，产生H型钢向钢筋笼内侧的变形。

施工中按照土袋回填与混凝土浇筑同时进行的方式，过程中，定期进行深度测量，控制土袋回填的高度比混凝土的液面高约5m左右，避免H型钢两侧压力差较大导致型钢变形。

2）防绕流铁皮：

在地下连续墙接头处型钢的外侧焊接防绕流铁皮，防绕流铁皮具有更大柔韧性张开力度大，在混凝土往外流动挤压作用下，防绕流铁皮会贴紧迎土面与开挖面拢住混凝土，封堵钢筋笼与迎土面和开挖面之间缝隙，较好地解决地下连续墙混凝土绕流，不出现泥缝隙带，避免地连墙连接部位漏水，对后期基坑开挖提供安全保证。

图2 地下连续墙防绕流铁皮示意图

（2）抓铣结合

本工程地下连续墙深度为76.4m，为确保成槽精度以及成槽效率，地墙成槽采用抓铣结合施工工艺。通过地下连续墙的首件制以及其它类似项目的施工经验，确定抓铣结合界面为：地面以下50m采用成槽机进行施工，50m至槽底采用铣槽机进行施工，以达到施工经济、施工速度快以及确保1/1000成槽精度的目的。

由于地下连续墙的垂直度会直接影响基坑围护安全性以及墙缝的止水性能，为确保所有地下墙垂直度都要达到较高的精度，为此，必须要有一套完整的垂直精度管理系统。

用德国宝峨铣槽机的纠偏系统在铣槽过程中进行动态纠偏，用超声波侧斜仪检查垂直精度。铣槽机有纠偏装置，可以随挖随进行纠偏，当铣槽机显示屏中铣斗的偏斜角度＞0.05°时，开始启动纠偏板进行动态纠偏，并随时观察铣斗形成曲线图。根据安装在液压铣槽机上的倾角仪，随时将偏斜的情况反映到通过倾角仪连线在驾驶室里的电脑屏幕上，操作人员可以根据电脑上四个方向的动态偏斜情况，适时启动液压成槽机上的液压推板进行动态纠偏。

采用抓铣结合的施工工艺让本工程地下连续墙的成槽精度均满足设计要求。

2.2 多种加固工艺配合止水

地下连续墙施工完成后，需对墙缝处进行处理，由于本工程地下连续墙深度超深，常规高压旋喷加固无法施工到76.4m的深度，故采取大直径超高压N-jet工法桩进行施工。而由于1号工作井西侧紧邻黄浦江，黄浦江防汛墙距基坑约43m，其二级挡墙距基坑约18m。为保证盾构出洞的安全，在盾构加固区外侧施工一道TRD止水帷幕，并在TRD止水帷幕与地下连续墙相接处施工两根超高压N-jet工法桩。

（1）地下连续墙接头N-JET止水：

超高压喷射搅拌成桩N-JET工法是通过钻管连接特殊喷浆的钻头，全方位的旋转或按照一定角度旋转、向上提升、变换提升等方法结合多喷嘴，多角度地对土体进行喷射切削（喷射角度可达到360°、垂直方向可按施工要求自由设定），通过高压喷射的水泥浆液对土体进行切削，将切削的土体与浆液进行混合搅拌，凝固后可以形成圆形、扇型等不同的桩体形状。同时桩机上配备一套在国际上领先的智能化和数字化的施工管理装置，可以对浆、气、水流量和压力进行实时的监测把控。施工过程中，该工法对周边环境影响较小，特别是在相对复杂敏感的地质条件下，仍可进行成桩、成墙、作为止水帷幕或者进行地基加固，效果十分理想。

该工法还有以下工艺特点：

1）成桩的速度快、质量良好、材料使用量少；喷气、喷浆相结合以及交叉喷射搅拌的方式能够大幅度提升效率，从而缩短施工的时间，让施工水泥的用量和排出的泥浆量减少。

2）成桩具备多样性，加固形成的桩体形状包括4种类型：圆形、扇形、网格状以及以上三种形状的自由组合；

3）能够适应各种复杂、不同的地质条件；施工的时间、水泥的使用量和排泥量相对于普通工法减少。

4）能够实现较大深度的地基改良，最大成桩深度可以达到110m以上 ,可保证成桩直径且桩体质量情况较好。

本工程的超高压旋喷桩要求成孔的垂直精度小于等于1/200，比常规标准的1/100更为严格，垂直度控制难度极大。因此，在引孔施工前，要确保钻机的停放位置平稳水平；钻孔前，先对钻杆垂直度进行复测，在钻进过程中，要确保钻杆始终处于垂直状态，并随时检查钻杆的垂直度，当垂直度出现细微偏差时，马上进行纠偏处理；成孔的钻头采用双导向引孔钻头，该钻头能很大程度上保障成孔的垂直度，控制垂直度满足设计的要求；对存在障碍物的地方，采用1-2m的筒钻进行取芯钻进，保障成孔的垂直度；施工前，施工人员使用水平尺控制钻机保持水平，在施工过程中，使用垂直度检测仪对成孔的垂直度进行全部检查，每一孔的检测频率控制在两次：钻至孔深的中心位置处检测一次，钻至孔底后检测一次。

通过地下连续墙接头N-JET工法的施工，在后续开挖工程中，地下连续墙接缝处渗漏水情况较少，对基坑开挖施工的安全提供了有利保障。

（2）洞门始发加固TRD + N-JET止水

渠式切割水泥土连续墙（TRD工法）的施工步骤为：首先将切割箱自行打入挖掘，然后进行水泥土搅拌墙的施工，最后将切割箱吊出分解。

采用TRD工法施工时，一般分为三步：第一步先行挖掘：即锯链式切割箱下钻至预定深度后，首先注入挖掘液先行挖掘；第二步回撤挖掘：松动土层一段距离，然后回撤挖掘至原处；第三步成墙搅拌：从原处注入固化液再次向前推进，搅拌成墙。

TRD工法是通过锯链式切割箱，对垂直方向的所有土层同时进行混合搅拌，这样可以形成全层强度以及止水性能均匀的高品质墙体。并且形成的墙体止水性能十分良好。切割箱连续横向进行土体的搅拌混合，使得成墙连续、厚度基本一致、表面较为平整、墙体的均匀性良好。本工程中，墙体和地下连续墙的接口处采用N-JET工法桩进行补充加固，将整个盾构加固区形成一个封闭区域，该区域内进行洞门的始发加固，确保盾构出洞安全。

2.3 降水施工

根据地质及水文情况，对浦东1号工作井基坑施工有影响的含水层为：潜水、第⑤2层、第⑤32层、第⑦2层及第⑨1层。其中⑦2层和⑨1层含水层相连通，⑤32层和⑦2层中间只隔着很薄的⑤3-2t层。

图3浦东1号工作井土层地质情况示意图

针对各层降水设计思路如下：

1）潜水：隔断

土方开挖前20天的预抽水时间，随开挖深度降至各层土方以下1m，且部分区域井深应与基坑底面下的（微）承压层保持一定的安全距离。

2）第⑤2层：封闭式

基坑开挖已挖除该层，作疏干处理，并于基坑外布置水位观测井，基坑开挖前预抽水完成现场验证试验并初步检验止水帷幕的隔断效果。

3）第⑤32层：封闭式

于基坑内布置降压井，并于基坑外布置水位观测井，基坑开挖前完成现场验证试验并初步检验止水帷幕的隔断效果。地下连续墙隔断该层，故该层同样作疏干处理，基坑开挖过程中按需降水；开挖至底后满足结构抗浮要求后停抽、封井。

4）第⑦2层：悬挂式

⑦2层与下部⑨层连通，于基坑内布置降压井，并于基坑外布置水位观测井、环境敏感区域布置应急回灌井，基坑开挖前完成现场验证试验并初步检验止水帷幕的绕流效果。

5）第⑨1层：敞开式

于基坑外布置降压井，基坑开挖前完成现场验证试验。通过现场⑦层基坑内群井抽水试验，对坑外第⑨层水位观测井水位进行观测，然后采用不同部位勘探孔进行基坑底板抗突涌验算；最后在正式减压降水时，对⑨层承压含水层的初始水位进行加强观测，同时根据后期实测⑨层的水位，调整降压井的运行工况。

在后续基坑开挖施工中，浦东1号工作井降水情况良好，满足基坑开挖至底时各区域的最大安全水位埋深需求，开挖过程中，土质较为干燥，无承压水突涌等情况发生，保证了基坑施工的安全。

3 结语

龙水南路越江隧道浦东1号工作井从2020年6月18日第一幅地下连续墙钢筋笼开始施工，到目前围护、开挖均已施工完成，在基坑开挖过程中，地下连续墙接缝情况良好，无明显渗漏水情况发生，坑内土体干燥，无隆起等情况，安全顺利的完成了整个基坑开挖及结构回筑过程。这表明在多种工艺的配合使用下，给接缝处的施工质量带来了保障，取得了良好的效果。目前江中段盾构暂未出洞，从降水试验效果来看，TRD的止水帷幕对于隔绝地下水位效果仍十分显著，这也把后续出洞过程中渗漏水的风险降低到最小，将会更好地保证后续盾构出洞的施工安全。