基于武汉市轨道交通2号线地铁车站超深地下连续墙施工技术研究
发布时间：2014-09-15 09:35
【摘要】 本文以武汉市轨道交通2号线一期工程江汉路站为实例,从“超深”和“富水砂层”两个特点对连续墙施工进行技术研究,力争解决富含水砂层成槽过程中槽壁的稳定性、超深地下连续墙垂直度控制、大型钢筋笼在深槽中的吊装及下放、连续墙接头防绕流等一系列技术难题,以保证地下连续墙顺利施工和工程质量,为后续的车站基坑基坑降水,土方开挖,主体结构施工提供更安全、可靠的施工条件。通过研究总结出适合复杂地层条件下超深连续墙成槽设备选型、成槽工艺、超长超重钢筋笼吊装、接头绕流处理等技术,能正确地指导现场施工,保证施工质量及安全；探索积累了超深地下连续墙综合施工技术,并运用连续墙超深成槽施工技术,迅速完成了车站连续墙施工,确保了节点工期,提高了企业技术核心竞争力；总结形成“复杂地层条件下超深地下连续墙施工技术”成果报告,提高了企业科技研发水平。通过对94幅成型地下连续墙槽段中19幅槽段的超声波抽检,墙身完整性均达到I类桩；在后期基坑开挖过程中,地下连续墙墙体无侵线,接头无大面积渗漏现象；基坑周边建筑物的沉降监测值均达到控制范围。这一技术研究将会对以后车站超深复杂地层地下连续墙施工起到充分的借鉴作用。
【关键词】 地铁车站； 超深； 富水砂层； 地下连续墙；
1绪论
随着城市进程化飞速发展，土地资源越来越稀缺，城市地下空间的开发和利用越来越成为城市发展的主流和方向，如高层建筑，城市地铁，防空设施等。城市地下空间也逐步向大尺寸、超深的方向发展，地下连续墙技术也随之向超深的方向发展。与此同时，由于各地地质条件的差异，不同工程的要求，以及周边环境的影响，超深地下连续墙施工中出现了很多技术难题，需要借鉴成功的施工经验，不断学习新技术，确保经济性和安全性的有机统一。
深度超过40m的地下连续墙,施工时成槽垂直度、槽壁稳定、接头止水等的难度较一般地下连续墙大,本文暂定为超深地下连续墙。
武汉市轨道交通2号线一期工程江汉路站全长169.7rn，外包总宽（标准）21.9m，为地下四层站，基坑开挖深度约23.6m，车站围护结构采用厚度1.0m，深55?65m的地下连续墙。地下连续墙主要处在富水砂层之中，砂层厚度约40m，地下水受300m外的长江水动态补给，成槽极其困难，施工难度大，为解决以上问题，本文从连续墙的设计、施工理论研究入手，紧密结合江汉路站地质特点和施工技术要求，提出了有效的施工方法，不仅延伸和丰富了地下连续墙理论内涵，填补了国内超深地下连续墙理论空白，而且拉近了理论与实践的距离，在工程实际中取得了良好的应用效果。
1.1地下连续墙作用机理
地下连续墙英文名称：diaphragm wall panel trench, slurry trench, slurry wall,continuousdiaphragm wall, cut-off wall等。指用专用的挖槽（孔）设备，沿着深基础或地下构筑物周边，采用泥楽护壁，开挖出具有一定宽度（或直径）与深度的沟槽（或孔），在槽（或孔）内设置钢筋笼，采用导管法绕筑轮，筑成一个单元墙（或桩柱）段，依次施工，以某种接头方式连接成一道连续的地下钢筋轮墙，作为基坑幵挖时的防渗、挡土、邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受垂直荷载的基础结构物的一部分，这就是地下连续墙[1][2]。
..........................
1.2地下连续墙的发展现状
地下连续墙幵挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥楽和水下绕注轮的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥菜地下连续墙施工。1954年传入法国、联邦德国，1959年传入日本，20世纪60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术[2]。
1.2地下连续墙的发展现状地下连续墙幵挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥楽和水下绕注轮的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥菜地下连续墙施工。1954年传入法国、联邦德国，1959年传入日本，20世纪60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术[2]。续墙技术在我国建筑工程上得到越来越广泛的应用。
我国早在1993年小浪底工程中，用作坝基右侧防渗墙的地连墙深达81.9in['] ；2007年建成的武汉阳逻大桥采用了深62m、厚1.5m的地连墙；南水北调穿黄工程的地连墙深达76.6m[3]；上海世博500kV变电站的地下连续墙深57.5m;上海轨道交通4号线采用了 65.5m深的地下连续墙[4] :2007年扩建的天津站交通枢纽，地下连续墙深至55m⑷；在建的天津市文化中心地下连续墙深66~70m，目前为天津软土地区最深。国外以日本发展较为迅速，日本东京湾横断道路工程中，研宄开发了 3.2m厚，深达170m的超大型地下连续墙施工技术；日本建设省关东地方建设局外郭放水路立坑，地下连续墙深达140m [6]。
1.3地下连续墙的分类
按成墙方式：桩排式；壁板式；组合式[1]。
按墙的作用分：用作临时挡土墙；作为主体结构的一部分兼做临时挡土墙；用作多边形基础兼作墙体[7]。
按挖槽方式：抓斗式；冲击式；回转式[7]。
1.4地下连续墙的适用范围
地下连续墙适用于作为地下挡土墙、挡水围堪、承受竖向和侧向荷载的桥梁基础、平面尺寸大或形状复杂的地下构造物及适用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工。房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均可应用[7]。
地下连续墙可采用直线单元节段式施工；也可用桩排式施工方式。
.........................
2地下连续墙设计方法
2.1现有设计理论与方法
地下连续墙施工阶段的静力计算方法目前正在发展中，完善的设计计算理论尚未形成，目前的理论和计算方法大致有四类
1)较古典的计算方法：考虑土压力为已知，而不考虑墙体和支撑变形，属于此类方法的有等值梁法，二分之一分担法、泰沙基法等；
2)弹性计算法，认为墙体弯矩和支撑轴力不随开挖过程变化，计算条件：土压力为已知，考虑墙体变形，但不考虑支撑变形；
3)认为墙体弯矩和支撑轴力随开挖过程和支撑设置而变化的一种计算方法，计算条件：考虑土压力为已知，同时，即考虑支撑的弹性变位，又考虑墙体的变形；
4)共同变形计算方法，认为土压力是受墙体变形影响而变化，同时考虑墙体和支撑的变形。
...........................
2.2设计计算方法研究
1)土压力计算方法研究：
库伦、朗肯土压力理论基本假定：
库伦理论：挡土墙是刚性的，墙后土层是无粘性；当墙向前或向后移动以产生主动土压力或被动土压力时的滑动楔体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动；滑动土楔为刚体。
朗肯理论：墙背和墙后土间没有摩擦力，然后按墙身的移动情况，根据土体内任一点处于主动或被动极限平衡状态时，最大和最小主应力间的关系，求得主动或被动土压力强度，以及主动和被动土压力。
与实际情况的出入：库伦理论的滑动平面与实际不符，应是滑动曲面；朗肯理论的无摩擦力也与实际不符，实际摩擦力是存在的；假定压力是随深度呈线性分布，实际是与墙身位移和变形有关，应是曲线分布。
2)莫尔-库伦破坏理论与极限平衡条件
通过总结土的破坏现象和影响因素，库企提出土的抗剪强度公式为：
τ= C + atgφ (1.1)
式中1：τ---土的抗剪强度（kPa)；
C---土的粘聚力（kPa)；对无粘性土为零；
a---作用于剪切面上的正应力（kPa)；
φ---土的内摩擦角。
粘聚力、内摩擦角是决定土的抗剪强度的两个重要指标，称为抗剪强度指标。把土的抗剪强度与法向应力间的函数关系看成是线性关系，莫尔提出剪切破坏包络线，根据剪应力是否达到抗剪强度为破坏标准的理论为莫尔-库伦破坏理论。
极限平衡状态：土体内一点的应力状态用莫尔圆表示，见图2.1所示[2]。
当该圆与抗剪强度曲线相切时，表明土体中该点处于极限平衡状态。由几何关系可建立极限平衡方程式：
由此可推导出：土中某点处于极限平衡状态时，破裂面与大主应力作用面的夹角为45°+φ/2，与小主应力作用面的夹角为45°-φ/2。
3) 土压力计算现状：
①朗肯土压力计算：利用极限平衡理论计算：
主动土压力：
被动土压力：
式中 C一土的粘聚力（kPa)。
②库企土压力计算：不是从研究挡土结构后土体某一点的应力状态出发，而是从考虑挡土结构后某一个滑动楔体的整体静力平衡条件出发，直接求出作用在挡土结构背后的总土压力。
土压力的分布形式对计算土压力关系很大，库伦、朗肯静止土压力的分布皆为三角形，实测与理论对比如图2.2所示。
4)连续墙的设计计算
本文编号：8938
【关键词】 地铁车站； 超深； 富水砂层； 地下连续墙；
1绪论
随着城市进程化飞速发展，土地资源越来越稀缺，城市地下空间的开发和利用越来越成为城市发展的主流和方向，如高层建筑，城市地铁，防空设施等。城市地下空间也逐步向大尺寸、超深的方向发展，地下连续墙技术也随之向超深的方向发展。与此同时，由于各地地质条件的差异，不同工程的要求，以及周边环境的影响，超深地下连续墙施工中出现了很多技术难题，需要借鉴成功的施工经验，不断学习新技术，确保经济性和安全性的有机统一。
深度超过40m的地下连续墙,施工时成槽垂直度、槽壁稳定、接头止水等的难度较一般地下连续墙大,本文暂定为超深地下连续墙。
武汉市轨道交通2号线一期工程江汉路站全长169.7rn，外包总宽（标准）21.9m，为地下四层站，基坑开挖深度约23.6m，车站围护结构采用厚度1.0m，深55?65m的地下连续墙。地下连续墙主要处在富水砂层之中，砂层厚度约40m，地下水受300m外的长江水动态补给，成槽极其困难，施工难度大，为解决以上问题，本文从连续墙的设计、施工理论研究入手，紧密结合江汉路站地质特点和施工技术要求，提出了有效的施工方法，不仅延伸和丰富了地下连续墙理论内涵，填补了国内超深地下连续墙理论空白，而且拉近了理论与实践的距离，在工程实际中取得了良好的应用效果。
1.1地下连续墙作用机理
地下连续墙英文名称：diaphragm wall panel trench, slurry trench, slurry wall,continuousdiaphragm wall, cut-off wall等。指用专用的挖槽（孔）设备，沿着深基础或地下构筑物周边，采用泥楽护壁，开挖出具有一定宽度（或直径）与深度的沟槽（或孔），在槽（或孔）内设置钢筋笼，采用导管法绕筑轮，筑成一个单元墙（或桩柱）段，依次施工，以某种接头方式连接成一道连续的地下钢筋轮墙，作为基坑幵挖时的防渗、挡土、邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受垂直荷载的基础结构物的一部分，这就是地下连续墙[1][2]。
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1.2地下连续墙的发展现状
地下连续墙幵挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥楽和水下绕注轮的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥菜地下连续墙施工。1954年传入法国、联邦德国，1959年传入日本，20世纪60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术[2]。
1.2地下连续墙的发展现状地下连续墙幵挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥楽和水下绕注轮的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥菜地下连续墙施工。1954年传入法国、联邦德国，1959年传入日本，20世纪60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术[2]。续墙技术在我国建筑工程上得到越来越广泛的应用。
我国早在1993年小浪底工程中，用作坝基右侧防渗墙的地连墙深达81.9in['] ；2007年建成的武汉阳逻大桥采用了深62m、厚1.5m的地连墙；南水北调穿黄工程的地连墙深达76.6m[3]；上海世博500kV变电站的地下连续墙深57.5m;上海轨道交通4号线采用了 65.5m深的地下连续墙[4] :2007年扩建的天津站交通枢纽，地下连续墙深至55m⑷；在建的天津市文化中心地下连续墙深66~70m，目前为天津软土地区最深。国外以日本发展较为迅速，日本东京湾横断道路工程中，研宄开发了 3.2m厚，深达170m的超大型地下连续墙施工技术；日本建设省关东地方建设局外郭放水路立坑，地下连续墙深达140m [6]。
1.3地下连续墙的分类
按成墙方式：桩排式；壁板式；组合式[1]。
按墙的作用分：用作临时挡土墙；作为主体结构的一部分兼做临时挡土墙；用作多边形基础兼作墙体[7]。
按挖槽方式：抓斗式；冲击式；回转式[7]。
1.4地下连续墙的适用范围
地下连续墙适用于作为地下挡土墙、挡水围堪、承受竖向和侧向荷载的桥梁基础、平面尺寸大或形状复杂的地下构造物及适用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工。房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均可应用[7]。
地下连续墙可采用直线单元节段式施工；也可用桩排式施工方式。
.........................
2地下连续墙设计方法
2.1现有设计理论与方法
地下连续墙施工阶段的静力计算方法目前正在发展中，完善的设计计算理论尚未形成，目前的理论和计算方法大致有四类
1)较古典的计算方法：考虑土压力为已知，而不考虑墙体和支撑变形，属于此类方法的有等值梁法，二分之一分担法、泰沙基法等；
2)弹性计算法，认为墙体弯矩和支撑轴力不随开挖过程变化，计算条件：土压力为已知，考虑墙体变形，但不考虑支撑变形；
3)认为墙体弯矩和支撑轴力随开挖过程和支撑设置而变化的一种计算方法，计算条件：考虑土压力为已知，同时，即考虑支撑的弹性变位，又考虑墙体的变形；
4)共同变形计算方法，认为土压力是受墙体变形影响而变化，同时考虑墙体和支撑的变形。
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2.2设计计算方法研究
1)土压力计算方法研究：
库伦、朗肯土压力理论基本假定：
库伦理论：挡土墙是刚性的，墙后土层是无粘性；当墙向前或向后移动以产生主动土压力或被动土压力时的滑动楔体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动；滑动土楔为刚体。
朗肯理论：墙背和墙后土间没有摩擦力，然后按墙身的移动情况，根据土体内任一点处于主动或被动极限平衡状态时，最大和最小主应力间的关系，求得主动或被动土压力强度，以及主动和被动土压力。
与实际情况的出入：库伦理论的滑动平面与实际不符，应是滑动曲面；朗肯理论的无摩擦力也与实际不符，实际摩擦力是存在的；假定压力是随深度呈线性分布，实际是与墙身位移和变形有关，应是曲线分布。
2)莫尔-库伦破坏理论与极限平衡条件
通过总结土的破坏现象和影响因素，库企提出土的抗剪强度公式为：
τ= C + atgφ (1.1)
式中1：τ---土的抗剪强度（kPa)；
C---土的粘聚力（kPa)；对无粘性土为零；
a---作用于剪切面上的正应力（kPa)；
φ---土的内摩擦角。
粘聚力、内摩擦角是决定土的抗剪强度的两个重要指标，称为抗剪强度指标。把土的抗剪强度与法向应力间的函数关系看成是线性关系，莫尔提出剪切破坏包络线，根据剪应力是否达到抗剪强度为破坏标准的理论为莫尔-库伦破坏理论。
极限平衡状态：土体内一点的应力状态用莫尔圆表示，见图2.1所示[2]。
当该圆与抗剪强度曲线相切时，表明土体中该点处于极限平衡状态。由几何关系可建立极限平衡方程式：
由此可推导出：土中某点处于极限平衡状态时，破裂面与大主应力作用面的夹角为45°+φ/2，与小主应力作用面的夹角为45°-φ/2。
3) 土压力计算现状：
①朗肯土压力计算：利用极限平衡理论计算：
主动土压力：
被动土压力：
式中 C一土的粘聚力（kPa)。
②库企土压力计算：不是从研究挡土结构后土体某一点的应力状态出发，而是从考虑挡土结构后某一个滑动楔体的整体静力平衡条件出发，直接求出作用在挡土结构背后的总土压力。
土压力的分布形式对计算土压力关系很大，库伦、朗肯静止土压力的分布皆为三角形，实测与理论对比如图2.2所示。
4)连续墙的设计计算
本文编号：8938
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