广州轨道交通二、八号线延长线南洛盾构区间

广州轨道交通二、八号线延长线南洛盾构区间

中间风井深基坑施工技术

张旭东

摘要：中间风井基坑深约40米，距珠江北岸180m，地质条件复杂，地下水位高且受珠江潮汐影响，施工难度很大。本文结合工程实践，从吊脚连续墙、钢支撑、预应力锚索、锚喷支护、基坑监测等方面阐述了深基坑施工技术，对类似工程施工有一定的借鉴意义。

关键词：深基坑 围护 支护 施工技术

1.工程概况

广州市轨道交通二、八号线延长线南洛盾构区间，全长4501单线延米，为满足通风要求，在区间中部设中间风井一座。风井位于海珠区宏伟工业区内，周围均为大面积的厂房，东侧为洛溪大桥，南侧180m处为珠江，北侧为南天商业城，西侧是城安围船厂。主体结构为地下七层三跨矩形框架结构，地下六层，地面一层，采用明挖顺做法施工。基坑长25.4m，宽9.4m，深39.668m，上部围护结构采用800mm厚地下连续墙（吊脚）+内支撑（锚索）支护，深23.6m，嵌入中风化岩2.5m，下部围护结构采用锚喷支护。围护结构剖面见图1。



图1-围护结构剖面图

2.工程地质及水文地质

2.1工程地质

基坑上部连续墙主要穿越以下地层:<1>人工填土层，<2-1B>淤泥质土，<2-2>淤泥质粉细砂，<3-2>中粗砂层，<5-2>硬塑状粉质粘土，<6>全风化泥质粉砂岩，<7>强风化泥质粉砂岩，<8>中风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩；基坑下部锚喷支护主要穿越以下地层:<8>中风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，<9>微风化泥质粉砂岩。

2.2 水文地质

场地稳定地下水位埋深约1.00～1.50m，初见地下水位埋深约0.40～0.50m，地下水的赋存及类型主要有两种：

一种为赋存于第四系土层中的孔隙水，主要赋存于淤积的淤泥质粉细砂<2-2>、冲洪积的中粗砂层<3-2>中，含水层厚度小，水量相对较小，第四系孔隙水具有一定的承压性，为承压水。

另一种是赋存于基岩风化层中裂隙水，主要赋存于中、微风化岩中的风化裂隙之中、含水层无明确界限，埋深和厚度很不稳定，其透水性主要取决于裂隙的发育程度和裂隙的性质（包括裂隙闭合状态、规模、充填物质，以及裂隙的组合形式、密度等。）、岩石风化程度。风化程度越高、裂隙充填程度越大，渗透系数则越小。基岩风化裂隙水为承压水。

3.主要施工方法

3.1地下连续墙

连续墙槽段采用“一”字型和“L”型，分幅长度5～6m, 共14幅，接头采用工字型钢板。

3.1.1导墙施工

导墙是控制地下连续墙各项指标的基准，它起着支护槽口土体，承受地面荷载和稳定泥浆液面的作用。导墙结构见图2。



图2-导墙结构图

3.1.2连续墙施工

3.1.2.1泥浆制备

a.泥浆配比

采用钠基膨润土配制泥浆，根据现场调试的三种不同配比的泥浆，在成槽后采用DM-686超声波检测仪检测成槽质量，经对比采用以下配比：水：1000Kg；膨润土：75Kg；CMC：1.2Kg；纯碱：0.5Kg。施工中，可适当调节泥浆性能，使其适应不同地层的钻进要求。泥浆主要性能指标见表1。

表1-泥浆性能指标

项 目 比 重 粘 度 胶体率 泥皮厚度 失水量 稳定性

性能指标 1.08 24s 98% 0.8mm/30min 9ml/30min 0.02g/cm3

b.泥浆制备

先制备5%CMC溶液，让其充分溶解5～6小时后，按配合比在搅拌机内加水、加膨润土，搅拌6分钟后，再加入CMC溶液，搅拌10分钟，再加入纯碱，搅拌均匀后，放入储浆池中，并不断用泥浆泵搅拌，24小时后，膨润土颗粒充分水化膨胀，即可使用。

为满足成槽、清槽以及失浆时的应急需要，在施工现场配备了2个大型泥浆池，总容量能满足1-2日造槽和清槽用浆量，使用后的泥浆进行净化回收重复使用。

3.1.2.2成槽

采用跳槽法，根据槽段长度与成槽机的开口宽度，确定首开幅和闭合幅，保证成槽机切土时两侧邻界条件的均衡性，以确保槽壁垂直。成槽过程中，为防止塌孔，设专人负责补充泥浆，并随时观察液面高度，泥浆面高度不得低于导墙顶面0.5m。液面发生不正常变化时，及时补充泥浆。

a.土层至强风化岩成槽

直接采用HS843HD液压抓斗挖掘至强风化层，抓土过程中需不断向槽内补充泥浆，抓斗不能进尺时，即可停止，并收底使槽底基本保持水平，为后续入岩冲孔创造条件，以免斜孔。

b.中风化岩成槽

采用JK6型冲击反循环钻机冲击主孔，中心距1.2m，充分利用该冲击钻冲频高、出渣快（泵吸反循环出渣）、进尺快的优点。钻头直径采用φ820mm，一则入槽时挤压槽壁有导向作用，二则在入岩过程中可防止由于钻头磨损，导致岩层槽段断面尺寸不够。

2ZK-8型简易钢丝绳冲击钻机冲击副孔，在槽内泥浆正循环冲击钻进，此时孔底由于冲击接触面积小，可通过人工调整冲击频率，减少冲击锤的摆动，保证槽壁垂直，这样冲击两侧有临空面的岩层，提高钻进效率。

简易钢冲击钻，配以特制方锤，修整槽壁联孔成槽。方锤由六瓣冲击锤改制而成，在其底部四周加焊4cm厚40cm高的钢板和冲击刃，作成梯形体，下口尺寸（长×宽）：1.2m×0.8m，上口尺寸（长×宽）：1.15m×0.75m，以防止卡锤。冲击过程中，控制冲程在1.5m以内，并注意防止打空锤和放绳过多，减少对槽壁扰动。成槽过程见图3（以6m槽段首开幅为例）。



图3-连续墙成槽示意图

3.1.2.3清槽

成槽后，先用液压抓斗抓除槽底钻渣，再用泵吸反循环清除未被抓斗抓除的沉渣及置换泥浆。使槽底以上0.2～1.0m处的泥浆比重小于1.2，含沙率小于8％，粘度不大于28s。

3.1.2.4接头刷洗

在一期连续墙的接头钢板上绑扎泡沫板，在做二期连续墙时用特制的钢丝刷锤来回刷洗接头，直至把所有的泡沫刷下来为止，以防止接头板污染而影响墙体的抗渗性及结构强度。

3.1.2.5钢筋笼的制作与安放

现场设置钢筋笼加工平台，先铺设横筋，再铺设纵向筋，并焊接牢固，然后焊接中间桁架，再焊接上层纵向筋和面层横向筋，然后焊接锁边筋，后焊接吊筋。为了确保砼保护层厚度，用钢板定位垫块焊接在钢筋笼上，定位垫块纵向间距为5.0m。

吊放钢筋笼时对准槽段中心，注意不要碰伤槽壁，不能强行插入钢筋笼，以免导致钢筋变形及槽壁坍塌。

3.1.2.6混凝土灌注

采用C30商品混凝土，坍落度18～22cm。导管采用Φ250丝扣导管，使用前做密封性实验。设置2套导管，其间距不大于3m，距槽端头不大于1.5m，导管提离槽底25～30cm。导管在钢筋笼内要上下活动顺畅，灌注前利用导管进行反循环二次换浆，并在槽口上设挡板，以免混凝土落入槽内污染泥浆。



灌注时，浇灌速度为3～5m/h，各导管要同步进行，保持砼面呈水平状态上升，其砼面高差不大于300mm。灌注过程中，要勤测量混凝土面上升高度，控制导管埋深在2～6m之间，灌注过程连续进行，中断时间控制在30分钟以内，超灌0.3～0.5m。

3.2基坑开挖

基坑开挖遵循“纵向分段、竖向分层、由上至下、先支（锚）后挖”的施工原则，竖向从上至下分层进行，纵向形成台阶，横向先挖中间土体，后开挖两侧土体。采用小型挖掘机作业，土层直接开挖，岩层经爆破后开挖，开挖至每道支撑下部50cm时架设相应支撑，在每一道支撑架设完毕，到达设计要求强度后，继续开挖下层土石方，渣土采用汽车吊配料斗吊出外运。

3.3石方爆破

3.3.1爆破方法

下部基坑石方爆破采用装药量小并且炸药分布均匀的浅孔爆破法，钻孔采用Φ38mm钻头，采用直径为Φ32mm防水乳化炸药卷，不藕合连续装药，毫秒差电雷管起爆的控制爆破法进行施工。分东西两个区域进行爆破，从上往下分层施工，爆完一侧，后爆破另一侧，爆破后清运。

3.3.2爆破参数的调整

因下部基坑岩层局部节理、裂隙非常发育，尤其在基坑南侧，其倾角与开挖面成钝角，在地下水的作用下，易产生滑塌，所以每层爆破深度控制为1.0m，为减少主炮孔爆破震动对侧壁岩体的损伤，按照密布孔、少装药的原则进行预裂爆破。

为充分利用爆破能量，减少或避免产生冲炮，主炮孔采用炮泥对孔口加强堵塞，并用炮棍捣实，预裂孔稍加堵塞。

3.4上部基坑支护施工

共设五道支撑及一道锚索，第一道支撑采用500×600钢筋砼支撑；第二至五道中对撑为Ф600钢管支撑(t=14mm)，斜撑为600×600mm钢筋砼支撑，对撑围檩为2I45c工字钢围檩，斜撑围檩为600×600mm钢筋砼围檩；第六道为4ФS12.7预应力锚索。

3.4.1钢支撑施工

基坑开挖至每道钢支撑设计标高以下0.5m后，测放出钢围檩轴线，确定支撑轴心位置，距支撑轴线各0.5m确定出托架位置，托架间距2m，然后在地下连续墙上用M20膨胀螺栓锚固托架。

托架锚固好后，安装钢围檩，支撑位置的钢围檩与连续墙主筋满焊，并通过OO型花篮螺丝及φ16钢筋弯钩斜拉在其上方事先锚固好的角钢上。

钢管支撑由φ600钢管加工而成，分活动端、固定端和中间节，全部采用法兰连接。每榀支撑安装就位后，将围檩与地连墙间空隙采用细石快硬砼填实找平，采用2台100T千斤顶对挡土结构施加预应力，两台千斤顶同步施加顶力，达到设计值后，把钢板楔打入活动支撑端的活动块槽内，塞紧钢楔块，逐步把千斤顶卸载，使支撑力施加在钢支撑上，拆下千斤顶，并将钢支撑螺栓再次拧紧。

3.4.2预应力锚索施工

地下连续墙锁脚锚索采用4ΦS12.7钢绞线，水平间距2m，长15m，倾角20°，自由段长度Lf=5m,锚固段长度La=10m，轴向拉力设计值450KN,预加力为300KN。预应力锚索结构见图4。



图4-预应力锚索结构图

3.4.2.1钻孔施工

采用潜孔钻机钻孔，无水干钻，以保证孔壁的粘结性能，在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。

钻进过程中对每个孔的地层变化、钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好施工记录，如遇塌缩孔不良钻进现象时，立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

钻进达到设计深度后，再稳钻l～2分钟，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。孔壁不得有沉碴及水体粘滞，在钻孔完成后使用高压空气将孔内岩粉及水体清除出孔外，以提高水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不宜采用高压水冲洗。在遇到锚孔中有承压水流出时，待水压、水量变小后再安装锚索与注浆，水量很大时采用灌浆封堵二次钻进的方法处理。

3.4.2.2锚索制作及安装

a.锚索制作

锚索编束前每根钢绞线要顺直，不扭不叉，排列均匀，钢绞线要用机械切割，并经除油和除锈处理。

锚索体自由段的防腐采用无粘结预应力技术，先刷防锈油漆，然后涂脱水黄油，最后外套塑料套管。在自由段与锚固段分界处，缠绕胶布进行固接和密塞处理，伸入两侧各120mm，以防止注浆时浆液进入。

锚索设置φ25mm普通注浆管和Φ25㎜镀锌钢管（二次注浆管），注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，从承载体中间通过,普通绑在承载体边上,二次注浆钢管头部要伸入导向帽内并距锚筋体内末端80mm，管口用胶布封堵严实，预留花管孔眼和安装止浆装置。为充分考虑张拉设备和施工工艺要求，锚索体预留超长1.25m。

锚索体制作完成后，进行外观检验和各部件检查。锚索编束筋股顺直，不扭不叉，互不贴接,排列均匀，绑架牢固。自由段防锈漆刷盖均匀，不见黑底；防腐油完全覆盖和填充锚索材料与外环层之间的空间，缠绕密封牢固严实。塑料套管绑扎稳固密塞，外观完好，注浆管安装位置正确，捆扎匀称，松紧适度；隔离(对中)支架分布均匀、定位准确，绑扎结实稳固。

b.锚索安装

锚索体入锚孔前，检查制作质量，确保锚索体组装满足要求。锚孔内及孔外周围杂物要求清除干净。锚索体应无明显弯曲、扭转现象，锚索防护介质无损伤，凡有损伤的必须修复。锚索体安放时，不得挤压、弯曲或扭转，入孔倾角和方位要一致，推送平顺，严禁抖动、扭转和串动，安装完成后，不得随意敲击，不得悬持重物。

3.4.2.3锚索注浆

注浆浆体强度不低于25Mpa，采用水灰比0.4、灰砂比1:1.5的水泥砂浆，PO32.5R水泥，浆液搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完。

采用孔底返浆法全段一次注浆,注浆压力为2MPa, 直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气时，停止注浆。一次注浆初凝之后，对锚固段进行二次注浆，预应力锚索张拉之后再对自由段进行三次注浆。

3.4.2.4张拉锁定封锚

当注浆体达到设计强度的70％后进行张拉，采用专用设备，张拉作业前对张拉机具设备进行标定，锚筋锁定采用自锚式夹片，锚索张拉采用超张拉，超张拉力值为设计拉力值的1.1～1.2倍，锚索张拉力值分两次张拉作业施加，第一次张拉作业力值为设计张拉力值的50%，第二次张拉作业直至超拉力值。

3.5下部基坑支护施工

基坑下部采用200mm厚C25砼锚喷支护，钢筋网规格为Ф8@150×150mm；<8>层主要采用Ф42小导管注浆，t=3.5mm，L＝3.5m，1.5×1.5m梅花形布置,打设角度20度，盾构掘进范围内采用Ф50PVC管注浆，L=3.5m,1.0×1.0m梅花形布置,打设角度20度。

3.5.1修边

采用风镐修边，防止炮机对基坑产生较大震动，修边时控制好基坑轮廓线，防止基坑侵限，修边时派专人观察岩体变形情况，确保基坑与作业人员安全。

3.5.2C25砼初喷

修边结束前及时进行喷射混凝土的拌料工作，修边结束后马上对岩体进行初喷，喷射厚度不小于5cm。

3.5.3Φ42小导管及PVC管施工

初喷后采用凿岩机钻孔，控制好钻孔深度、角度，小导管管壁设置出浆孔，孔间距250mm，直径10mm，靠近管外端头1.5m范围不设置出浆孔。注浆采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5～1；注浆速度：30～70L/min；注浆压力0.4～0.5MPa；注浆时压力逐步提高，达到注浆终压并继续注浆10min以上；在岩体裂隙比较发育，裂隙水丰富部位，采取循环注浆的方法进行注浆。

3.5.4钢筋网施工

钢筋网绑扎时应横平竖直，水平钢筋搭接长度不小于35d，竖向钢筋采用焊接的连接方式，钢筋网与锚杆或小导管牢固焊接。

3.5.5C25喷射砼施工

喷射砼施工配合比为:水泥:砂:石:水:外加剂=1:2.21:1.88:0.44:0.04,钢筋网绑扎好后立即进行C25混凝土喷射，喷射厚度不小于20cm，喷射时分段分片依次进行，喷射顺序自下而上，开始喷射时应减小喷头与受喷面的距离，并调节喷射角度，以保证钢筋与壁面之间混凝土的密实性。

3.6施工监测

施工监测本着重勘测、勤量测、速反馈、控沉降和位移的原则，做到了及时、准确、可靠预测发展趋势，保证了工程安全、正常进行。中间风井监测项目见表2。

表2-中风井施工监测项目表

监测项目 位置和监测对象 测试元件 监测频率 测点布置

围护结构水平位移 围护结构上端部 经纬仪 2次/天 沿风井纵向10m一个

土体侧向变形 围护结构周边土体 测斜管，侧斜仪 1次/5天 4孔同一孔竖向间距0.5m

围护结构变形 围护结构内 测斜管，侧斜仪 2次/天 孔间距15～20m左右，测点间距0.5m。

锚索拉力 锚头 轴力计 1次/2天 不少于锚索总数的5％，且不少于5根。

地面沉降 围护结构周边土体 水准仪 1次/2天 10m一个

地下水位 基坑周围 水位管，水位计 1次/2天 孔间距15～20m一个

支撑轴力和变形 支撑端部和中部 轴力计和应变计 2次/天 按钢支撑的30%设置

孔隙水压力 围护结构周围土体 孔隙水压力计 1次/2天 沿风井纵向每侧布置3个，同一孔竖向间距2m。

4.结束语

本工程采用吊脚连续墙，降低了造价，缩短了工期，通过开挖情况看，地质情况与详勘报告结果基本一致，但局部地层节理、裂隙非常发育，且其倾角与开挖面成钝角，在地下水的作用下，易产生滑塌。下部岩体裂隙比较发育，裂隙水相对较丰富，给喷锚支护带来了一定的困难。从工后各项监测数据分析，基坑处于稳定状态，周边地面沉降量较小，达到了预期的效果。



参考文献

[1]余志成，施文华编著. 《深基坑设计与施工》. 北京：中国建筑工业出版社，1997

[2]彭振斌主编. 《深基坑开挖与支护工程设计计算与施工》. 北京：中国地质大学出版社，1997

[3]冶金建筑研究总院主编. 《基坑开挖与支护技术》. 北京：冶金工业出版社，1993

[4]中国建筑科学研究院主编. 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）. 北京：中国建筑工业出版社，1999

[5]北京市城乡建设委员会主编. 《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999. 北京：中国计划出版社，1999

作者简介：张旭东，中铁十三局集团第二工程有限公司，工程师，主要从事铁道工程及轨道交通工程施工。