圆形深竖井用多边形地下连续墙施工工法
   
1.前言
近些年，我国土木工程建设得到了迅猛发展，其中石油化工输送管道基建工程领域也是独具特点，如油气输送管道穿越山岭和河海的隧道基建工程，就具有典型的小断面隧道工程技术特点，对于穿越河海的水底隧道，除水下隧道的施工技术外，隧道进出口施工控制技术也有较高的科技含量，进出口如果采用竖井形式，对于地层条件较差的地区，一般会设置围挡结构，起到施工中挡土和防水的作用，地下连续墙就是一种较为常用的设计结构形式。由于其竖井直径较小，地下连续墙只能采用多边形的设置形式，由此带来了多边形规格设置、设备匹配、成槽施工、接头形式、钢筋骨架施工、特殊地层施工控制等多项技术问题。国内土木工程领域地下连续墙应用大案例案例较多，但是一般为方形结构形式或圆形结构形式（直径较大约15m以上），其施工控制要素和关键控制技术和小直径圆形竖井用多边形地连墙还是存在着非常大的区别和不同。
中交一公局第三工程有限公司通过相关工程实践、技术课题研究和总结，形成了小直径圆形深竖井用多边形地下连续墙施工工法，经工程实体检测和应用效果评价，工法可靠、先进，技术经济性指标较高，经济和社会效益显著。
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2014年，“圆形深竖井用多边形地下连续墙施工技术研究”技术成果通过了中国公路建设行业协会组织的成果鉴定，成果总体达到了国内领先水平。同时还申请了一项实用新型专利（高压冲水气举反循环清孔器）。
2.工法特点
2.1.提出了动态设计、结合现场实际设计的施工理念，根据圆井直径参数和市场成槽机型综合确定多边形地连墙边长参数，为提高施工工效、加强质量控制、节约施工成本打下了基础。
2.2.结合施工地层特点，提出了成槽设备组合施工技术，解决了施工问题。
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2.3.针对多边形地连墙的特点，在导墙设置时提出了“V形角点设置扩大梯形凹口”的改进技术，大大提高了V形单元幅段一次成槽质量，避免了开挖死角，提高了成槽工效。
2.4.针对七边形地下连续墙的结构特点，进行了成槽顺序精细化设计和施工控制（分为首开幅单元槽段、中间幅单元槽段、闭合幅单元槽段），施工效果较好，地连墙成槽质量优良。采取了泥浆处理循环技术，成本节约和环保效益明显。
2.5.采用了“V”字型折角整体钢筋骨架施工控制技术，从分节设计、接头设计、临时加强、设备配置、骨架翻转、骨架入槽等多个方面进行精细控制，施工质量高、速度快。
2.6.采用单元槽段型钢接头外侧接头回填、设置止浆装置和后期注浆加强等综合处置技术，有效解决了地连墙混凝土灌注中的绕流现象，同时对灌注导管布设间距、同步要求、防钩挂施工等方面提出了具体的控制要求，地连墙墙身、接头施工质量高，应用效果良好。
3.工法的适用范围
3.1.此工法适用于市政（地铁）、水工、交通、建筑等工程的小直径圆形竖井多边形地下连续墙施工。
3.2.其它用于承重或围护结构的异形地下连续墙施工。
4.工艺原理
正式施工前根据竖井直径参数和市场成槽机型综合确定多边形地连墙边长参数。结合施工地层特点，选定成槽设备或组合形式。采用V形角点设置扩大梯形凹口技术进行导墙施工，按照施工设计确定的不同单元幅槽段进行首开幅单元槽段、中间幅单元槽段、闭合幅单元槽段的成槽施工，施工中采用了泥浆处理循环技术、改进型刷壁器清理型钢接头技术、应用“高压冲水气举反循环清孔器”清孔技术。多边形地连墙用“V”字型折角整体钢筋骨架施分节设计、加工制造、临时加强、设备配置、骨架翻转、骨架入槽等施工。采用单元槽段型钢接头外侧接头回填、设置止浆装置和后期注浆加强等综合处置技术，解决了地连墙混凝土灌注中的绕流问题，同时对灌注导管布设间距、同步要求、防钩挂施工等方面提出具体的控制要求。最终保证地连墙的施工质量，加快施工速度，降低施工成本支出。
5.主要工艺及操作要点
5.1.施工工艺流程
图1  施工工艺流程图
5.2.操作要点
5.2.1.准备工作
1. 技术准备工作
按照结合现场实际设计的施工理念，根据圆井直径参数和市场成槽机型综合确定多边形地连墙边长参数。
结合施工地层特点和施工相关要求，进行了成槽设备选型和设备组合工作。
2. 现场准备工作
大型设备进出场道路准备。要提前做好设备进出场的道路规划，详细调研进出道路沿线的限高、限宽、限制载重的位置和区段。
作业区域土石方挖填作业、整平、硬化。
根据地连墙钢筋骨架的用量、分节大小，合理规划出加工、制作和存放场区。
给排水和供电设备准备。
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泥浆池设置位置和规模确定。
5.2.2.护壁泥浆的配置及其循环系统的建立
1. 泥浆的配置及管理
1）泥浆由膨润土（钠土）、CMC、纯碱、外加剂加水按一定比例配置而成，每批原材料进场后，经试验，性能指标达到要求后进行拌制。泥浆的基本配合比如下：
表1  新配置泥浆的基本配合比
泥浆材料
膨润土（商品陶土）
CMC（IM5）
纯碱（NA2CO3）
地基状态
粘性土
砂性土
粘性土
砂性土
粘性土
砂性土
掺加浓度（%）
9~11
11~13
0.4~0.5
0.5~0.7
3.5~4.4
4.0~4.4
说明：1、在九龙江隧道地连墙工程施工中，泥浆按照砂性土地层的指标进行配置。
2、上表中的各种材料掺加浓度：膨润土为泥浆质量百分比，CMC为掺加膨润土质量百分比，纯碱为掺加膨润土质量百分比。
2）拌浆采用泵拌和气拌相结合，泥浆应存放24小时以上或添加分散剂，使膨润土充分水
化后方可使用。
图2  泥浆配置工艺流程图
3）泥浆配置量应为单元槽段体积的1.5～2倍。
4）施工时，应根据地基土的性质和其他因素选配泥浆，新鲜泥浆控制的主要指标见表2。
表2  新配制泥浆性能指标
项目
指标控制范围
试验方法
备注
粘性土
砂性土
粘度
20～24
25～30
漏斗计
比重g/cm3
1.04～1.05
1.06～1.08
泥浆比重计
含砂率%
＜3
＜4
洗砂器
静切力mg/cm2
20～30
20～30
静切力仪
泥饼厚mm
＜1
＜1
失水量仪
失水量ml/30min
＜10
＜10
失水量仪
胶体率%
＞98
＞98
1000ml量筒
PH值
8～9
8～9
PH试纸
表3  成槽时槽内泥浆指标控制范围
项目
指标控制范围
台风圆规靠近我国备注
项目
指标控制范围
备注
粘度（秒）
25～30
含砂率％
7～10
比重g/cm3
≯1.15
PH值
＜7或＞10
失水量ml/30分
≯15
5）泥浆在使用过程中，应经常测定和控制有关指标，循环泥浆的性能指标为：比重﹤1.15，粘度﹤2.5s，失水量﹤30ml/30min，PH值＞7。
2. 泥浆处理循环系统的建立
1）泥浆储存：泥浆储存采用半埋式砖砌泥浆池，泥浆池分沉淀池和泥浆储存池。
2）泥浆循环：泥浆循环采用3LM型泥浆泵输送，4PL型泥浆泵回收，由泥浆泵和软管组成泥浆循环管路。
3）泥浆的分离净化：泥浆使用一个循环之后，要对泥浆进行分离净化，尽可能提高泥浆的
重复使用率。
4）当泥浆比重＞1.3、粘度无法测定、PH值＞14时应按废浆处理。
5）泥浆池周壁应采用采用防水板、砂浆抹面等措施，防止地下水渗入泥浆池破坏泥浆性能；施工场地应设置集水井和排水沟，防止地表水流入泥浆池或槽内破坏泥浆性能。
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槽内回收泥浆的分离净化过程是：先经过土碴分离筛，把粒径大于10mm的泥土颗粒分出来，防止其堵塞旋流除碴器下泄口，然后依次经过沉淀池、旋流除碴器、双层振动筛多级分离净化，使泥浆的比重与含砂量减小，直至泥浆比重小于1.10，含砂量小于4%为止。
图3  泥浆循环系统工艺流程图
5.2.3.导墙施工
本工程地连墙导墙采用“┓┏”形式，钢筋混凝土结构。形状根据地连墙正七边形设置，导墙深度2m、翼板宽1m，导墙的顶标高与自然地面平齐，两片导墙间净空应较地连墙厚度大50mm，两侧对称分配，放样时以地连墙中心轴线位置进行控制。
考虑七边形地连墙形状特性，根据地连墙的分段设计（7个V形幅段接头设在多边形的边中间位置）和成槽工艺（分2斗抓土成槽），为了避免成槽时形成开挖死角、影响V形钢筋骨架入槽下放，导墙设计时在V形角点设置扩大梯形凹口，凹口尺寸为上底宽150mm，下底宽300mm，高150mm。导墙设计形式和布置见下图。
图4  导墙设计示意图
图5  多边形角点扩大梯形凹口细部示意图
5.2.4.super junior henry槽段施工
1. 成槽顺序设计
正七边形地下连续墙成槽采用间隔法施工，如图6所示，成槽施工先后顺序为槽段1→槽段3→槽段5→槽段7→槽段2→槽段4→槽段6。
图6  正七边形地连墙成槽顺序示意图
单幅成槽单元分两斗开挖成槽，成槽顺序见图7~9所示，确定出首开幅和闭合幅，尽量保证成槽机开挖时两侧邻界条件的均衡性，以确保槽壁垂直。根据七边形地下连续墙分段设计及形状特点，开挖分为三批：