临近地铁既有线地下连续墙施工措施

李国保，李军，陈占江

(中国水电基础局有限公司)

1 工程概况

深圳地铁7号线福民站位于福民路与金田路交叉口的东侧，与既有4号线福民车站呈T字形换乘连通，为地下三层三跨双柱岛式结构，车站全长204.58m（里程：CK18+296.873～CK18+501.453m），宽21.8～25.5m，深24.64～27.84m，平均覆土3.6m，采用盖挖逆筑法施工。基坑围护结构采用1000mm厚地下连续墙，墙底嵌入中风化或微风化花岗岩。

深圳地铁既有4号线福民站位于拟建车站的西端，为两层10m宽岛式站台车站；由港铁轨道交通（深圳）有限公司（以下简称“港铁深圳公司”）投资建设并负责营运管理，在本工程施工期时处于正常营运状态，两车站的相对位置详见图1。

本工程的西端墙处于4号线福民站的中段东侧，与4号线福民站既有围护结构间距3m平行布置，换乘通道地连墙与既有4号线围护结构相接。根据施工初期格构柱冲孔桩施工时的噪音和震动对既有车站的影响情况，2013年1月24日港铁深圳公司提出在③轴以西的冲击钻孔施工时必须采取有效措施降低对运营的影响。

2 地质情况

根据《深圳地铁7号线工程详细勘察阶段福民站岩土工程勘察报告》，本场地上覆第四系人工素填土、冲洪积淤泥、黏土、砾砂，下伏基岩为燕山期全风化、微风化粗粒花岗岩。全风化岩标贯50.8击，强风化岩标贯70.6击；中风化岩平均抗压强度30MPa，微风化岩平均抗压强度70MPa，最小25.8MPa，最大132MPa，存在差异风化现象。

图1 本工程与地铁4号线福民站位置关系示意图

3 地连墙施工工艺

7号线福民站地下连续墙工程③轴以西共20幅（WW1～WW12，SW1～SW3，NW1～NW5），墙轴线总长78.09m，平均槽深35.15m（WW9～WW12槽深为15.7m），墙底伸入基坑底面以下7.5m。

根据本车站的地质情况，地连墙成槽施工采用“上抓下凿”方法；即槽段上部土层采用液压抓斗抓取成槽，下部基岩采用冲击钻机先钻主孔后劈副孔（钻劈法）成槽。在成槽过程中严格控制抓斗和钻具的垂直度及平面位置，将垂直精度控制在1/300内；并严格控制泥浆质量。钢筋笼在现场加工平台上一次制作成型，整体吊装入槽。墙体混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法。地连墙施工程序为：测量定位→导墙施工→成槽机就位→配制泥浆→成槽施工→清孔及验收→安装钢筋笼→安装浇筑导管→浇筑水下混凝土。

下部基岩钻劈法施工要点如下：

（1）主孔钻凿一般采用钢丝绳冲击钻机配重4t左右的实心平底钻头钻进；钻头底刃镶焊硬质合金齿，以提高钻具的破岩能力和耐磨性能。钻进过程中，采用泥浆正、反循环系统出渣，以提高钻进效率；每进尺0.5m检测孔斜一次，孔斜超标时及时纠偏。当采用手把式钻机钻进时，应严格控制钻头的提升高度不大于2m。

（2）副孔一般在相邻主孔终孔并检验合格后施工。开始劈孔时应对准孔位中心，轻打慢放，防止钻头向两侧主孔溜滑。基岩较硬，容易打溜；应对方法是始终对准副孔的最高处劈打，并适当控制冲击频率，必要时采用人工间断冲击法钻进，打出平台后再连续冲击。

（3）当槽段的主、副孔全部施工完毕后，换特制的长方形重锤逐段修整孔壁；从各主副孔之间的中心点下钻，自上而下将主副孔之间的“小墙”和孔壁上残留岩石凿除，直至槽宽检测全部满足设计要求，以确保钢筋笼顺利下设到位。用方形重锤扫孔时要注意防止发生卡锤事故，重锤的提升高度不大于1.5m。

4 冲击钻孔地铁对既有线的影响

冲击钻孔施工过程中，在冲击荷载的作用下一定范围内土体的状态会发生改变，主要表现为土体重塑、天然结构变化、孔隙水压力上升和有效应力减小。冲击钻孔引起的振动具有瞬态振动的特征，其振动形式主要为近震源塑性变形、远处的弹性变形。这些作用可能导致土体的强度大幅降低及地基沉降等问题，危及周边建筑物的安全，应给予足够的重视。

7号线福民站主体围护结构距离4号线福民站主体围护结构仅3m；本站地连墙底部施工地层为平均强度达到70MPa的微风化花岗岩，非振动类型的成槽设备难以适应如此坚硬的地层，地连墙成槽施工时需要采用重型冲击钻机；而冲击钻孔引起的振动和噪声对周围的环境和建筑物的稳定性有一定的影响，特别是对既有地铁4号线的影响。为了保证地铁既有4号线福民站的正常运营，必须采取专项措施降低围护结构施工时的不利影响。

5 临近地铁既有线地连墙成槽施工专项措施

本工程③轴以西的地连墙施工时，在严密做好监测部署、应急预案、施工告知的同时，重点采取了以下措施减少冲击钻孔施工震动的影响。

5.1 设置水泥土搅拌桩

图2 地连墙两侧搅拌桩布置图

（1）地连墙孔壁支护搅拌桩。为降低地连墙成槽施工过程中的塌孔风险，成槽施工前先在地连墙两侧各施工一排水泥土搅拌桩，桩底伸入砾质黏性土层不小于1.0m，详见图2。

（2）地基加固搅拌桩。在7号线福民站地连墙与4号线福民站围护结构之间，用φ600＠500搅拌桩加固淤泥质黏土层、中砂、粗砂、圆砾等，桩底伸至砾质黏性土层不小于1.0m，详见图3。

图3 7号线地连墙与4号线围护结构间土体加固搅拌桩布置图

（3）搅拌桩施工要点

1）搅拌桩施工前应先探明地下建（构）筑物位置，施工时避开障碍物。

2）搅拌桩垂直度允许偏差1%，桩位允许偏差±20mm，桩径允许偏差±10mm。

3）搅拌桩固化剂采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为18%～22%。

4）施工前应通过成桩试验确定施工工艺，试桩数量不宜少于3根。

5）搅拌头下沉到桩底标高时，喷浆搅拌时间应不小于30s；搅拌头提升速度不应大于0.8m/min。

6）施工中因故停浆时，宜将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆提升；若停喷超过3h，宜先拆卸、清洗输浆管道。

5.2 分散布置施工钻机和成槽作业面

7号线福民站地下连续墙距离既有4号线福民站较近的墙段共有18幅（③轴以西部分）；该部位施工时结合地下管线迁改进度，分散布置钻机和成槽工作面。具体施工顺序是：先进行北侧NW1～NW5号槽段和南侧SW1～SW3号槽段的施工；再施工西侧的WW1～WW8号槽段，分2个作业面施工，每个作业面只投入2台钻机；最后施工西侧的WW9～WW10号两个槽段。成槽施工时，钻机布置于基坑内侧，尽量远离既有4号线车站。

5.3 采用半自动化钻机减少钻具冲程

以往用JKL-6型手把式冲击钻机成槽时，钻具的冲程一般为2～3m，冲击频率为11～14次/min。在冲击频率较低的情况下，为提高钻进效率，操作手往往会提高冲程，这加剧了对既有线的振动影响；而且该钻机的冲程是通过手动控制的，每次冲击的冲程高低不一。

CZ-6型半自动化冲击钻机的冲程可固定在0.8m左右，冲击频率为35～38次/min。采用该钻机可大幅度降低冲程，从而降低了对四周的振动影响；而且冲击频率较高、较稳定，既不会降低钻进效率，对车站中来往人员的心理影响也较小。JKL-6型手把式钻机与CZ-6型半自动化钻机的性能对比见表1。

表1 JKL-6型手把式钻机与CZ-6型半自动化钻机性能对比表

5.4 冲击钻孔作业时间避开4号线营运高峰时段

根据既有4号线福民站的营运情况，在运营高峰时段（7：30～8：30和17：30～18：30）停止③轴以西的地下连续墙成槽冲击钻孔施工作业；在此时段内安排其他工序的施工。

5.5 加强振动和变形监测

在施工过程中，严格按照设计要求对4号线进行安全监测；委托专业监测机构实施监测工作。以振动监测为重点，同时加强地表沉降、结构变形和施工噪音的监测工作。

测点布设：振动监测在距离施工区最近的行轨区布置监测点，根据施工位置的变化随时调整测点位置。地表沉降监测点布置在既有车站上方，原则上按间排距8m布设。结构变形监测每幅地连墙布设1个测点，每根桩布设1个测点；沿既有4号线福民站东侧内衬墙每间距8m布设1个测点。环境噪音监测在施工期间分时段在站厅内检测。

振动监测采用成都中科测控有限公司研制的TC-4850N型振动记录仪，这是目前国产最先进测振仪。该测振仪集测量、处理、输出为一体；三矢量速度传感器可分别测量竖向、横向、纵向三个方向的振动速度，用石膏粉牢固黏结于测点。

地表沉降监测和结构变形监测采用1″级徕卡TS09型全站仪和0.3mm/km级的天宝DINI03型电子水准仪，辅以条码尺、量尺、放大镜等工器具及摄影摄像器材，通过日常巡检和定期对监测数据的分析对比掌握地表沉降和结构变形情况。

环境噪音监测采用东莞万创电子制品有限公司产AR814型数显式噪音计，安排专人定期进入车站站厅内在不同位置进行测试并记录。

6 效果分析

2013年8月30日至2014年1月5日，在③轴以西的地连墙施工过程中，对冲击钻孔的振动影响进行了全程监测，监测结果如下。

（1）福民站负二层轨行区振动监测情况。振动监测由北京铁科工程检测中心进行。监测数据显示：振动波的主频域为7.3～27.3Hz；既有4号线福民站内的质点振动速度峰值为0.5708cm/s，小于国家规定的允许值1.5cm/s。监测结果表明采取专项施工措施后的降振效果明显，满足既有线运行要求。

（2）地表沉降监测和结构变形监测情况。江苏省交通科学研究院股份有限公司对临近既有线福民站周围建筑物及福民站站厅层的沉降进行了全程监测。监测数据显示：各地表沉降测点的沉降均已稳定，累计沉降量最大值为2.7mm，小于报警值（20mm）；16个结构物变形监测点的累计变化最大值为0.6mm，未出现超报警值的情况。监测结果表明地连墙施工对邻近建筑物的影响不大，满足设计要求。

（3）环境噪音监测。地连墙施工期间，安排专人定期采用噪音计在车站站厅内不同位置对冲击钻孔产生的噪声进行了检测。检测数据显示，冲击钻孔时测得的噪声数值与相同条件下未钻孔时测得的噪声数值基本一致，最大变化仅增加了2dB。监测结果表明，采取更换钻机和减小冲程的措施有效控制了施工过程中产生的噪声。

7 结语

（1）地铁车站的施工对四周地基的稳定性有一定的影响，相邻建筑物易产生沉降及结构变形；须采取合理的设计方案和有效的施工措施保证周边建筑物的安全。

（2）在地铁既有线车站附近施工地下连续墙时，在要求墙底伸入较坚硬的基岩的情况下，地连墙的成槽施工往往要采用重型冲击钻机；冲击钻孔的振动难免对既有线车站的运营造成不利影响，这是在地连墙施工前就必须认真研究解决的重要问题。

（3）通过本工程一系列专项施工措施的实施，降低了冲击钻孔施工的振动影响，有效地控制了周边相邻建筑物的沉降及变形，保证了既有线的正常运营和本工程地连墙的顺利施工；也为今后类似地铁换乘站地下围护结构的施工积累了宝贵的经验。