1、Tianjin Metro深基坑围护结构施工工艺课题负责人：胡浩课题负责人：胡浩Tianjin Metro文化中心交通枢纽工程总平面图文化中心交通枢纽工程总平面图文化中心交通枢纽工程概述Tianjin Metro工程地质及水文地质工程地质及水文地质v 1 地层岩性：地层岩性：拟建场区范围内地层岩性主要为粘性土、粉土、粉砂。地表拟建场区范围内地层岩性主要为粘性土、粉土、粉砂。地表普遍分布人工填土层，土质不均，结构松散，厚度变化较大，普遍分布人工填土层，土质不均，结构松散，厚度变化较大，工程性质差。地层分界线杂乱，极不规则。工程性质差。地层分界线杂乱，极不规则。车站主体结构基底主要位于粉质粘土及粉
2、土层上，土层尚均车站主体结构基底主要位于粉质粘土及粉土层上，土层尚均匀，局部砂粘性有所变化，粉土呈密实状态，层位总体较稳匀，局部砂粘性有所变化，粉土呈密实状态，层位总体较稳定。定。v 2 水文地质：水文地质：场地范围内地下水位高，且含水层呈层状分布，在垂直、水场地范围内地下水位高，且含水层呈层状分布，在垂直、水平方向具有明显差异。基坑开挖施工过程中，在水压力作用平方向具有明显差异。基坑开挖施工过程中，在水压力作用下易产生潜蚀、突水及管涌现象。下易产生潜蚀、突水及管涌现象。文化中心交通枢纽工程概述Tianjin Metro一、超深地下连续墙施工工艺超深地下连续墙施工工艺Tianjin Metro
3、超深地下连续墙施工工艺课题研究内容课题研究内容国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题1 研究方法、技术路线研究方法、技术路线2 课题已具备的条件及进度计划课题已具备的条件及进度计划3预期效益预期效益4 主要创新点主要创新点5Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题v1 国内外研究现状 1)概念概念 地下连续墙（地下连续墙（Diaphragm）通常定义：）通常定义：利用各种挖槽机械，借利用各种挖槽机械，借助泥浆护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注助泥浆护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当材料而形成一道
4、具有防渗（水）挡土和承重功能的地下适当材料而形成一道具有防渗（水）挡土和承重功能的地下墙体。欧美国家称为墙体。欧美国家称为Continuous Diaphragm或或 Slurry Wall 2)发展历程发展历程 1920年年 德国首次出现地下连续墙；德国首次出现地下连续墙；1932年年 美国取得泥浆护壁地下连续墙施工专利技术；美国取得泥浆护壁地下连续墙施工专利技术；1940年年 法国取得链式挖槽机施工技术；法国取得链式挖槽机施工技术；1958年年 我国山东青岛月子口水库采用地下连续墙技术修建防我国山东青岛月子口水库采用地下连续墙技术修建防渗墙；渗墙；上世纪上世纪70年代上海市基础工程公司研究
5、和改进地下连续墙施年代上海市基础工程公司研究和改进地下连续墙施工设备和工艺获得成功，并于工设备和工艺获得成功，并于1985年获国家科技进步奖。年获国家科技进步奖。随后，地下连续墙被国内各系统广泛应用于高层建筑地下室、随后，地下连续墙被国内各系统广泛应用于高层建筑地下室、地下车库、地铁、船坞、防渗止水帷幕等。地下车库、地铁、船坞、防渗止水帷幕等。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题 3)国内超深地下连续墙应用现状国内超深地下连续墙应用现状 我国施工最深的地下连续墙深达我国施工最深的地下连续墙深达76.6m，为，为“南水南水北调北调
6、”穿黄工程北岸竖井，开挖深度达穿黄工程北岸竖井，开挖深度达50.1m；苏州火车站改造工程地下连续墙施工的最大深度为苏州火车站改造工程地下连续墙施工的最大深度为62.19m；上海市地下连续墙施工的最大深度为上海市地下连续墙施工的最大深度为65m；天津市地铁施工中的地下连续墙中目前最大深度已天津市地铁施工中的地下连续墙中目前最大深度已达达66.5m；即将开工的天津地铁即将开工的天津地铁M5、M6线为隔断第二层承压线为隔断第二层承压水，部分车站地下连续墙设计深度将达水，部分车站地下连续墙设计深度将达69m之多；之多；地下连续墙厚度最薄的仅为地下连续墙厚度最薄的仅为20cm，最厚者已达，最厚者已达1.
7、2m。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题 4)国内外研究现状国内外研究现状 基坑开挖时地下连续墙自身定性问题；基坑开挖时地下连续墙自身定性问题；地下连续墙的插入比；地下连续墙的插入比；地下连续墙施工对环境的影响；地下连续墙施工对环境的影响；Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题v2 存在问题存在问题 1)既有研究存在的问题既有研究存在的问题 地下连续前施工工艺研究不系统；地下连续前施工工艺研究不系统；未见超深地下连续墙相关研究未见超深地下连续墙相关研究 2)超深地
8、下连续墙施工中亟待解决问题超深地下连续墙施工中亟待解决问题 超深地下连续墙成槽机械选型、成槽开挖方式、超深地下连续墙成槽机械选型、成槽开挖方式、接头形式、钢筋笼吊装方法、混凝土浇注技术接头形式、钢筋笼吊装方法、混凝土浇注技术等在一般地下连续墙施工中极为普通的施工工等在一般地下连续墙施工中极为普通的施工工艺在超深地下连续墙施工中均可能成为关键技艺在超深地下连续墙施工中均可能成为关键技术。术。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题 超深地下连续墙施工超深地下连续墙施工亟待解决的问题有：亟待解决的问题有：在复杂地基中如何确保开挖出符合要
9、求的槽孔；在复杂地基中如何确保开挖出符合要求的槽孔；如何保证槽孔在开挖和回填过程中的稳定；如何保证槽孔在开挖和回填过程中的稳定；超长钢筋笼如何吊装；超长钢筋笼如何吊装；如何用适宜的材料回填到槽孔中，形成一道连如何用适宜的材料回填到槽孔中，形成一道连续、不透水并能承受各种荷载的墙体；续、不透水并能承受各种荷载的墙体；如何解决各墙段之间的连接问题；如何解决各墙段之间的连接问题；解决地连墙漏水封堵的问题。解决地连墙漏水封堵的问题。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题v3 本课题研究内容本课题研究内容 1)成槽方式成槽方式 2)成槽机选
10、型成槽机选型 3)成槽质量检测成槽质量检测 4)钢筋笼吊装模式钢筋笼吊装模式 5)施工中实际发生问题及对策施工中实际发生问题及对策 6)地连墙缺陷造成漏水的封堵对策地连墙缺陷造成漏水的封堵对策Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题v4 研究目的及意义研究目的及意义 1)研究目的研究目的 研究超深地下连续墙施工工艺，解决天津地区海陆互研究超深地下连续墙施工工艺，解决天津地区海陆互层地质条件下的地下连续墙施工中存在的问题，为天层地质条件下的地下连续墙施工中存在的问题，为天津市后期地铁建设中超深地下连续墙施工提供依据津市后期地铁建设中超
11、深地下连续墙施工提供依据 2)研究意义研究意义 纵观国内地铁建设中基坑失事的惨痛教训，大多数是纵观国内地铁建设中基坑失事的惨痛教训，大多数是由于地下连续墙施工质量不佳造成的。天津市目前正由于地下连续墙施工质量不佳造成的。天津市目前正在大规模建设地铁，而且换乘站日益增多，深大基坑在大规模建设地铁，而且换乘站日益增多，深大基坑施工风险大量存在，尽快启动相应课题研究迫在眉睫。施工风险大量存在，尽快启动相应课题研究迫在眉睫。通过本课题研究可以有效减小超深地下连续墙施工质通过本课题研究可以有效减小超深地下连续墙施工质量不佳问题，降低基坑开挖风险，减少处理基坑开挖量不佳问题，降低基坑开挖风险，减少处理基坑
12、开挖风险处理的时间和费用。风险处理的时间和费用。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺二二 研究方法、可行性分析、技术路线研究方法、可行性分析、技术路线1 研究方法研究方法本课题研究遵循科学性、实用性、紧密结合工程实本课题研究遵循科学性、实用性、紧密结合工程实际、解决实际工程问题的指导思想，从实践中提出际、解决实际工程问题的指导思想，从实践中提出问题、结合工程解决问题。问题、结合工程解决问题。采用理论与实践相结合，调研与分析相结合，试验采用理论与实践相结合，调研与分析相结合，试验与计算相结合，定性与定量分析相结合的研究方法。与计算相结合，定性与定量分析相结合的研究方法。建立地下连续墙
13、数值计算模型，通过现场试验对计建立地下连续墙数值计算模型，通过现场试验对计算模型及方法进行验证和完善，并通过试验和数值算模型及方法进行验证和完善，并通过试验和数值模拟手段，对超深地下连续墙施工工艺进行研究，模拟手段，对超深地下连续墙施工工艺进行研究，成果具有一定理论价值和显著的现实意义。成果具有一定理论价值和显著的现实意义。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺二二 研究方法、可行性分析、技术路线研究方法、可行性分析、技术路线2 可行性分析可行性分析人员：扎实理论基础、独立科研能力、丰富现场经人员：扎实理论基础、独立科研能力、丰富现场经验验依托工程：依托工程招标完、拆迁进行中依托工程
14、：依托工程招标完、拆迁进行中科研设备：办公设备、施工机具状态良好科研设备：办公设备、施工机具状态良好环境：单位重视、领导支持、现场具备科研条件环境：单位重视、领导支持、现场具备科研条件Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺二二 研究方法、可行性分析、技术路线研究方法、可行性分析、技术路线搜集资料搜集资料理论分析、数值模拟理论分析、数值模拟现场试验现场试验修正数值模型修正数值模型和现场收集数据比较和现场收集数据比较形成报告、成果推广形成报告、成果推广3 技术路线技术路线Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺三三 课题已具备的条件、进度计划课题已具备的条件、进度计划本课题已具备
15、的条件本课题已具备的条件 在项目立项前期做了大量的基础研究在项目立项前期做了大量的基础研究准备工作，已收集国内外关于地下连准备工作，已收集国内外关于地下连续墙方面文献续墙方面文献60余篇。余篇。依托工程天津地铁依托工程天津地铁M5、M6线有关超深线有关超深地下连续墙车站已招标，目前正在拆迁地下连续墙车站已招标，目前正在拆迁 主研人员均参与主研人员均参与地铁地铁Z1线线66.5m深地下连深地下连续墙施工管理，积累了丰富现场经验。续墙施工管理，积累了丰富现场经验。课题组成员组成结构合理，有较强的课题组成员组成结构合理，有较强的理论知识理论知识 1 课题已具备的条件课题已具备的条件Tianjin M
16、etro超深地下连续墙施工工艺三三 课题已具备的条件、进度计划课题已具备的条件、进度计划2012.10 提交研究报告提交研究报告2011.42012.1 数值模拟、现场测试数值模拟、现场测试第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段课题结题课题结题第四阶段第四阶段第三阶段第三阶段2012.12012.9形成研究报告形成研究报告 2012.92012.10研究报告内部会审和评审，修改完善研究报告内部会审和评审，修改完善2010.102011.4 收集资料收集资料2 进度计划进度计划Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺四四 预期效益预期效益社会效益社会效益经济效益经济效益环境效益环境效益Tian
17、jin Metro超深地下连续墙施工工艺四四 预期效益预期效益v1 社会效益社会效益 研究成果对天津地铁建设具有实际应用价值，同时对国内研究成果对天津地铁建设具有实际应用价值，同时对国内其他相关城市的轨道交通建设具有参考和指导意义。其他相关城市的轨道交通建设具有参考和指导意义。v2 经济效益经济效益 研究成果能避免施工的盲目性，节约为探索施工工艺而花研究成果能避免施工的盲目性，节约为探索施工工艺而花费时间、资金等资源。费时间、资金等资源。v3 环境效益环境效益 通过本课题研究，有效减少地下连续墙施工过程中对环境通过本课题研究，有效减少地下连续墙施工过程中对环境的影响，避免因地下连续墙施工而造成
18、的环境影响。的影响，避免因地下连续墙施工而造成的环境影响。通过对漏水问题采取先进工艺和材料进行预处理和后处理，通过对漏水问题采取先进工艺和材料进行预处理和后处理，降低工程损失和环境损失，通过技术积累为以后的地下工降低工程损失和环境损失，通过技术积累为以后的地下工程建设提供依据。程建设提供依据。Tianjin Metro超深地下连续墙施工工艺五五 主要创新点主要创新点v主要创新点主要创新点 1 穿越承压水层时槽壁稳定开挖技术穿越承压水层时槽壁稳定开挖技术 2 钢筋笼分节吊装连接技术钢筋笼分节吊装连接技术 3 地下连续墙接头防混凝土绕流措施地下连续墙接头防混凝土绕流措施Tianjin Metro二
19、、深孔水下钢管柱精确定位安装工艺 深孔水下钢管柱安装工艺Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺课题研究内容课题研究内容国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题1 研究方法、技术路线研究方法、技术路线2 课题已具备的条件及进度计划课题已具备的条件及进度计划3预期效益预期效益4 主要创新点主要创新点5Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题v1 国内外研究现状 1）传统的逆作法钢管柱施工方法是钢套管护传统的逆作法钢管柱施工方法是钢套管护壁、人工定位法。即采用钢套管作为隔水工具，壁、人工定位法。即采用钢套管作为隔水工具，
20、形成操作空间，采用具有自动导向的定位器，形成操作空间，采用具有自动导向的定位器，精确完成钢管柱安装及杯口砼的浇注。此施工精确完成钢管柱安装及杯口砼的浇注。此施工方法存在以下缺点：方法存在以下缺点：施工成本高。为确保施工安全，本工程若采用钢套施工成本高。为确保施工安全，本工程若采用钢套管护壁，需埋入地下最小深度为管护壁，需埋入地下最小深度为23m，最大深度为，最大深度为32m；在这种富水、软弱地层中，钢套管基本不能；在这种富水、软弱地层中，钢套管基本不能起拨倒用。本工程设计有起拨倒用。本工程设计有123根钢管柱，按根钢管柱，按2mm厚厚Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺一一 国内外
21、研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题 钢板计算，共需投入钢板计算，共需投入3800T钢套管，平均每根钢管柱钢套管，平均每根钢管柱安装成本在安装成本在20万以上，施工成本太高。万以上，施工成本太高。整个施工过程需进行整个施工过程需进行2次定位安装、次定位安装、4次浇注砼，工序次浇注砼，工序多，一根钢管柱安装至少在多，一根钢管柱安装至少在3天以上，不能满足工期要天以上，不能满足工期要求。同时起抗拨作用的钻孔桩在底板以下将产生求。同时起抗拨作用的钻孔桩在底板以下将产生2条施条施工缝，对钻孔桩抗拨受力极为不利。工缝，对钻孔桩抗拨受力极为不利。在抽排泥浆后，较大的水压和软弱的地层对钢套管安在抽排泥
22、浆后，较大的水压和软弱的地层对钢套管安全要求高，人员在地下操作安全风险大。全要求高，人员在地下操作安全风险大。Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题 在狭小的操作空间内安装自动定位器，安装精度在狭小的操作空间内安装自动定位器，安装精度不易控制和自动定位器与钢管柱的接触程度不易不易控制和自动定位器与钢管柱的接触程度不易检查等因素造成钢管柱安装精度不高且不易保证。检查等因素造成钢管柱安装精度不高且不易保证。2）在钻孔桩砼浇注完成后，根据旋挖钻机定位在钻孔桩砼浇注完成后，根据旋挖钻机定位原理，即时采用机械固定钢管柱后进行原理，即时采用机
23、械固定钢管柱后进行“盲插盲插”。该工法缺点是：该工法缺点是：必须采用专用设备，成本高、精度不可控。必须采用专用设备，成本高、精度不可控。Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题v2 本课题研究内容本课题研究内容 1)钢管柱水下定位测量仪器和方法的选择、垂直钢管柱水下定位测量仪器和方法的选择、垂直度调整和精度控制方法的研究，并制作相应的措度调整和精度控制方法的研究，并制作相应的措施。施。2)设计方便、适用、可靠的钢管柱地表定位平台，设计方便、适用、可靠的钢管柱地表定位平台，满足钢管柱精准定位、牢固固定、砼浇注的要求。满足钢管柱精准定位
24、、牢固固定、砼浇注的要求。3)研究在钻孔桩孔内水下定位钢管柱底部的关键研究在钻孔桩孔内水下定位钢管柱底部的关键技术，满足可调节和固定钢管柱的要求，并制定技术，满足可调节和固定钢管柱的要求，并制定相应措施。相应措施。Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺一一 国内外研究现状及存在问题国内外研究现状及存在问题 4)研究钢管柱底部调节和定位设施承受水压的能研究钢管柱底部调节和定位设施承受水压的能力，制定钢管柱各部位的密封措施，以保证钢管力，制定钢管柱各部位的密封措施，以保证钢管柱内部具备定位操作空间。柱内部具备定位操作空间。5)对钻孔桩水下砼浇注过程中钢管柱的受力进行对钻孔桩水下砼浇注过程
25、中钢管柱的受力进行模拟，分析扰动因素，并制定预防措施。模拟，分析扰动因素，并制定预防措施。6)根据钢管柱计算出的理论安装误差与实际安装根据钢管柱计算出的理论安装误差与实际安装误差的比较分析，找出产生钢管柱误差的环节，误差的比较分析，找出产生钢管柱误差的环节，并制定相应的控制措施。并制定相应的控制措施。Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺二二 研究方法、可行性分析、技术路线研究方法、可行性分析、技术路线1 研究方法：研究方法：通过对钢管柱在泥浆内的受力分析，研究钢管柱的通过对钢管柱在泥浆内的受力分析，研究钢管柱的密封措施；密封措施；数字模拟钢管柱在钻孔桩砼浇注过程的受力工况，数字模拟
26、钢管柱在钻孔桩砼浇注过程的受力工况，研究钢管柱与孔壁间的定位措施；研究钢管柱与孔壁间的定位措施；根据测量原理从理论上研究钢管柱安装精度的影根据测量原理从理论上研究钢管柱安装精度的影响因素。响因素。Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺二二 研究方法、可行性分析、技术路线研究方法、可行性分析、技术路线2 可行性分析可行性分析人员：扎实理论基础、独立科研能力、丰富现场经人员：扎实理论基础、独立科研能力、丰富现场经验验依托工程：依托工程招标完、拆迁进行中依托工程：依托工程招标完、拆迁进行中科研设备：办公设备、施工机具状态良好科研设备：办公设备、施工机具状态良好环境：单位重视、领导支持、现场
27、具备科研条件环境：单位重视、领导支持、现场具备科研条件Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺二二 研究方法、可行性分析、技术路线研究方法、可行性分析、技术路线搜集资料搜集资料理论分析、数值模拟理论分析、数值模拟现场试验现场试验修正数值模型修正数值模型和现场收集数据比较和现场收集数据比较形成报告、成果推广形成报告、成果推广3 技术路线技术路线Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺三三 课题已具备的条件、进度计划课题已具备的条件、进度计划本课题已具备的条件本课题已具备的条件 在项目立项前期做了大量的基础研究在项目立项前期做了大量的基础研究准备工作，已收集国内外关于钢管柱准备工作
28、，已收集国内外关于钢管柱方面文献方面文献40余篇。余篇。依托工程天津地铁依托工程天津地铁M5、M6线有关工程线有关工程 主研人员均参与文化中心交通枢纽工程施主研人员均参与文化中心交通枢纽工程施工管理，积累了丰富现场经验。工管理，积累了丰富现场经验。课题组成员组成结构合理，有较强的课题组成员组成结构合理，有较强的理论知识理论知识 1 课题已具备的条件课题已具备的条件Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺三三 课题已具备的条件、进度计划课题已具备的条件、进度计划2012.10 研究成果报告研究成果报告 2011.42012.1 数值模拟、数值模拟、实践与现实践与现场控制场控制 第一阶段第
29、一阶段第二阶段第二阶段课题结题课题结题第三阶段第三阶段2012.12012.9形成研究报告形成研究报告 2010.102011.4 调查咨询，收集调查咨询，收集各种资料各种资料2 进度计划进度计划Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺四四 预期效益预期效益社会效益社会效益经济效益经济效益Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺四四 预期效益预期效益v1 社会效益社会效益 目前地下市政正在蓬勃的发展，在富水软弱地层目前地下市政正在蓬勃的发展，在富水软弱地层中采用一桩一柱作为盖挖法结构的支承体系正被中采用一桩一柱作为盖挖法结构的支承体系正被广泛应用，本成果成功后，将成为我国在今后
30、类广泛应用，本成果成功后，将成为我国在今后类似工程施工中可借鉴的工程实例，具有较高的推似工程施工中可借鉴的工程实例，具有较高的推广及应用价值。广及应用价值。v2 经济效益经济效益 研究成果能够在加快施工进度同时、又能确保安研究成果能够在加快施工进度同时、又能确保安装精度，同时能极大的降低成本（单根钢管柱安装精度，同时能极大的降低成本（单根钢管柱安装成本费用将从装成本费用将从20万左右降低至万左右降低至1万元以内）。万元以内）。Tianjin Metro深孔水下钢管柱安装工艺五五 主要创新点主要创新点v主要创新点主要创新点 1 通过各种机械设施和技术措施的保障，完成钢通过各种机械设施和技术措施的保障，完成钢管柱在富水软弱地层中深孔水下的一次精确定位管柱在富水软弱地层中深孔水下的一次精确定位安装，保证快速、准确的完成钢管柱的安装施工。安装，保证快速、准确的完成钢管柱的安装施工。2通过技术手段，在钢管柱内提供操作空间和在通过技术手段，在钢管柱内提供操作空间和在钢管柱内将钢管柱定位在钻孔桩孔壁上，并可进钢管柱内将钢管柱定位在钻孔桩孔壁上，并可进行调节。行调节。Tianjin Metro2011年年3月月31日日
