阿尔及尔地铁1号线延伸段工程围护结构的关键技术与对策
陈俊
(葛洲坝集团国际工程有限公司)
1 项目概况
阿尔及利亚首都阿尔及尔地铁1号线延伸段自EL HARRACH中心至机场全长9565m，设有1个始发站、1个接收站、9个地铁站、10个通风井，各个车站及通风井的工程围护结构主要采取槽板式地下连续墙和排桩式混凝土灌注桩，主要工程量见表1，工期570d。
表1 主要工程量表
地连墙总工程量144535m2，月最高施工强度22570m2，最低2907m2，平均强度11119m2；钻孔灌注桩总工程量9238m，最高每天施工强度为250m。
2 项目主要设计
本项目的地下连续墙和钻孔灌注桩都是沿着建筑物（构筑物）的轮廓布置的，见图1和图2。槽板式地下连续墙主要布置在出发井、通风井（1号、2号、7号、8号、10号）、地铁站点（9个），墙厚分为1000mm、1200mm、1500mm 3种，地下连续墙采用套接的接头型式，搭接长度10cm，最大深度55.511m，平均深度40m左右，墙体为钢筋混凝土，混凝土标号为C25/30。排桩式钻孔灌注桩主要布置在到达井、通风井（1号、2号、3号、4号、5号、6号、9号）、地铁站点（8个），桩径均为800mm，排桩式钻孔灌注桩结合水泥土搅拌桩止水帷幕作为围护结构，桩与桩连续布置，桩间平接，最大深度在35m左右，平均深度26m左右，钻孔灌注桩的桩体为钢筋混凝土，混凝土标号C30/37，在桩间的外侧布置水泥土搅拌桩进行防渗。
图1 地下连续墙围护结构典型布置图
图2 排桩式钻孔灌注桩围护结构典型布置图
车站竖井的最大开挖深度为40.511m，最小开挖深度为27.2m，在施工期间上部设5～6道水平钢支撑，在下部主要建筑施工区域釆用锚杆进行支护，锚杆的水平间距为1.5m，垂直间距为2m，锚杆的锚固段均为10m，自由段为12.669～18.000m。竖井底板为钢筋混凝土，厚度均为3m。
通风井、起始井和到达井的开挖深度最大为20.3m，最小为12.7m，在施工期间上部设2～4道水平钢支撑，在下部主要建筑施工区域釆用锚杆进行支护，锚杆的水平间距为2.4m，垂直间距为2m，锚杆的锚固段均为10m，自由段为9.497～18.000m。竖井底板为钢筋混凝土，厚度均为3m。
3 主要地质情况
阿尔及尔地铁1号线延长线的通风井及车站的地层以黏质粉土砂、砾石、冲积砂卵石层为主，卵石、砾石抗压强度最大值为5.41bar。
全线地下水位在地面以下5～15m。各个地层土的饱和度大部分在90%以上，含水率较高。
典型的地层结构如下：
（1）0～4m，冲积砂质黏土层，含砾石、碎石和鹅卵石，松散。
（2）4～8m，粉砂质壤土，偏黄。
（3）8～10m，冲积砾石层，充填砂质黏土，松散。
（4）10～16m，黄色砂卵石，夹部分砂质，含较多块石，块石直径10～15cm。底部1m为黄色砂质黏土。
（5）16～30m，浅灰色钙质黏土，底部4m为褐色钙质黏土，夹砂。
（6）30～39m，冲积砂卵石，充填砂质黏土，松散。
（7）39～45m，黄色砂卵石，含较多小块石，直径5～15cm，松散。
4 工程的关键技术及对策
4.1 关键技术一：地下连续墙和钻孔灌注桩施工方法与施工设备的选择
本工程属于深基坑的工程围护，地下连续墙工程量巨大，墙体厚度1000～1500mm；钻孔灌注桩围护结构，由于排桩采用连续布置，在桩间外侧布置水泥土搅拌桩防渗。而且地质条件比较复杂，工期也很紧张，因而选择合适的施工方法和施工设备是本工程的关键技术之一。
对策如下：
（1）对于本工程地下连续墙必须选用快速、安全，且能够适应本工程墙体厚度的施工方法和设备。根据目前的施工水平，只有双轮铣槽机和抓斗是最合适的施工设备，结合本工程的地层特点，应选择以双轮铣槽机和抓斗交替作业的施工方法。在地下连续墙施工槽段的顶部，用抓斗将槽段开挖至导墙顶面以下3.0～3.5m的位置，然后下入双轮铣槽机的铣头，进行切削成槽施工。为了分别发挥双轮铣槽机在砂层、砂质黏土、壤土等地层成槽快、效率高，抓斗在黏土地层成槽速度快、效率高的优势，双轮铣槽机主要施工壤土、砂质黏土和含块石少的砾石层、黏质粉土砂层等，对于黏土、卵石和冲积砂卵石层，特别是含块石较多地层，为了提高效率，则采用抓斗进行施工。
（2）对于排桩式钻孔灌注桩必须采取分序施工作业的方式，即将桩孔分为三序，1号、5号、9号……为一序桩孔，3号、7号、11号……为二序桩孔，2号、4号、6号、8号、10号……为三序桩孔，先施工一序桩孔，依次施工二序桩孔和三序桩孔。根据本工程的特点和现有施工水平，应选择回转反循环钻机配适量的冲击反循环钻机进行施工，以回转反循环钻机为主，冲击反循环钻机主要用于处理大块石地层和不稳定地层，以及三序桩孔施工时由于前两序桩孔施工造成扩孔或塌孔而形成的混凝土部分。
4.2 关键技术二：地下连续墙和钻孔灌注桩的造孔方法及防塌孔、缩径技术
本工程是深基坑围护工程，对于地下连续墙和钻孔灌注桩施工的精度要求较高，而本地层比较复杂，一般地层比较松散，地下水位比较高，容易出现塌孔，黏土层可能导致缩径等。特别是防止出现大范围的塌孔，因为一旦出现塌孔，不仅处理费工费时，增加混凝土用量，而且在开挖后还要对多余的混凝土墙体或桩体进行凿除。
对策如下：
（1）预留适当的外放量。为了确保地下连续墙和钻孔灌注桩不侵入主体结构净空，在施工前将地下连续墙和钻孔灌注桩的施工轴线做必要的外放处理。根据地层和施工垂直偏差与误差，一般的外放量按如下公式计算
D=H×i+t
式中：D为地下连续墙或钻孔灌注桩外放量，cm；H为基坑开挖深度，cm；I为地下连续墙或钻孔灌注桩垂直度 （1/300）；t为
×[导槽宽度 （护筒直径）-地下连续墙设计厚度 （钻孔灌注桩设计直径）]，一般取2.5cm。
（2）首先做好孔口保护，防止地面发生大面积塌陷。①地下连续墙采用L型钢筋混凝土导墙，导墙高180cm，底宽180cmm，导墙厚50cm，导墙混凝土标号为C25。②考虑钻孔灌注桩的桩数多，为便于埋设和回收利用，孔口保护采用5mm厚的钢板护筒，护筒高度一般为1.5m，如果地层较差时，可以进行护筒接长。
（3）采用优质泥浆护壁钻进，并做好泥浆净化处理，及时补充新鲜泥浆。泥浆采用优质膨润土，分散剂选用工业碳酸钠，掺加适量的植物胶或CMC或聚丙烯酰胺等增粘剂，必要时可以加入重晶石粉等。
（4）对于出现泥浆漏失和塌孔现象时，应立即停止钻进，及时调整泥浆性能，补充泥浆，并向孔内掺加锯末、黏土、石灰、粉煤灰、棉子壳、纸屑、麻屑、人造纤维等堵漏材料。必要时投入地质勘探水泥和砂砾石，并用机头或抓斗（钻头）捣实并挤入漏浆孔洞。如果效果不明显时，则在地下连续墙或钻孔灌注桩的内侧或外侧进行钻孔注浆处理，待密实后再进行挖槽或钻孔施工。
（5）对于黏土地层，为了防止缩径，可以填入小块石用冲击钻进行冲击挤压处理。
（6）缩短槽孔或桩孔的裸露时间，尽量使成槽（孔）至浇灌完成混凝土的时间控制在24h以内。根据类似工程的施工经验，双轮铣槽机每月平均完成地下连续墙4000～5000m2，抓斗每月平均完成地下连续墙3500～5000m2；回转反循环钻机每天完成钻孔灌注桩120～150m，只要组织好，应该可以做到。
4.3 关键技术三：地下连续墙接头防渗与水泥土搅拌桩防渗的技术问题
由于地下连续墙的接头搭接长度只有10cm，施工精度要求太高，防渗效果不易保证。而钻孔灌注桩桩间外布置水泥土搅拌桩从理论上可以解决防渗问题，但是，由于钻孔灌注桩施工的精度及造孔产生坍塌导致钻孔不规则，桩孔中的混凝土扩大导致水泥土搅拌桩施工困难，难以实现防渗效果。
对策：在地下连续墙的接头部位布置灌浆孔进行灌浆补强加固。对于钻孔灌注桩桩间不能布置水泥土搅拌桩或水泥土搅拌桩施工效果不好的部位布置灌浆孔进行灌浆补强加固。
4.4 关键技术四：锚杆的快速施工技术
由于本工程的锚杆都是穿过地下连续墙或钻孔灌注桩而锚固在土层中的，锚杆穿过的地层基本是砂卵石层和黏土层，且是端头锚固式锚杆，如何解决快速钻孔和灌浆是本项目的又一关键技术。
对策如下：
（1）为了降低锚杆钻孔的施工难度，防止钻孔穿过地下连续墙或钻孔灌注桩时破坏墙体（桩体）中的钢筋，应在地下连续墙或钻孔灌注桩的钢筋笼上按照规定的位置和角度预埋PVC管或钢管。
（2）为了解决在砂卵石层和黏土层中钻进斜孔并使钻孔稳定的问题，以及解决锚杆灌浆的阻塞问题等，根据目前的锚固技术水平，选择自进式注浆锚杆［1］，这种锚杆具有造孔功能，是将造孔、注浆与锚固结合为一体的锚杆，具有高效、可靠、施工方便等特点，特别适用于风化岩、碎石层、回填层、砂砾石层和卵石层等难以成孔的地层。自进式锚杆一般由合金钻头、锚杆体、连接器、止浆塞、拱形垫板与螺母组成（图3）。
5 结语
地铁、地下室等地下工程中，深基坑的工程围护越来越多地采用地下连续墙和钻孔灌注桩技术，有时还结合锚杆锚固技术共同形成支护结构。工程围护结构施工的质量、施工速度将直接影响后期的主体工程施工，因此，研究可行、可靠的地下工程围护结构施工技术对于解决地下工程深基坑的支护问题显得尤为重要。本文对于阿尔及尔地铁工程围护结构中地下连续墙、钻孔灌注桩及锚杆施工的关键技术研究，可以对地下工程围护结构施工起到一定的借鉴和参考作用。
图3 自进式锚杆结构图