深隧工程中超常规技术管理方法探析

深隧工程中超常规技术管理方法探析

摘要:作为上海第一深基坑,苏州河段深层排水调蓄管道系统工程试验段完成了150m深的超深地下连续墙施工和深度为58.65m的云岭西基坑封底,刷新了国内软土地区开挖深度的记录。介绍了深隧工程技术管理措施,系统地提出了适用于上海软土与水文地质条件的超深地下连续墙施工、承压水控制、超深竖井开挖等的施工措施及建设方法,形成了深隧调蓄工程的成套新理论、新方法、新技术与新工艺,制定了深层地下空间开发技术标准,为后期上海软土地区深部地层开发提供了有力的技术支撑。

关键词:深基坑;超深地下连续墙;超深竖井;管理方法;施工技术标准

上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程试验段(下称“深隧工程”)2017年开工,2021年完成深度为58.65m的云岭西基坑封底。作为上海第一深基坑,深隧工程刷新了国内软土地区开挖深度的记录。深隧工程不仅是一个工程实践项目,也是一个科研探索项目。工程建设方针对每一个分部分项工程都进行了大量的科学研究,对每一道工序都开展了详尽的技术分析、监测检测体系1深隧工程技术管理措施从工程伊始超深地下连续墙技术到基坑开挖布置、数据统计及策略研究等,技术管理涉及面广泛。深隧工程基坑开挖深度突破了上海深基坑纪录,因而工程中所遇见的一些施工和设计技术难题,在上海地区均属首次。例如超深的地层条件、复杂的施工环境、有限的设计依据、多变的水力模型等,这些都是工程建设过程中的技术难点。苏州河段深层排水调蓄管道工程试验段示意见图1。

1深隧工程技术管理措施

从工程伊始超深地下连续墙技术到基坑开挖阶段的攻坚克难,深隧工程需要解决众多的技术难题。在工程实施过程中,项目运用超常规技术管理细节和方法,有效确保了技术指标的落地和工程的安全。

1.1超深地下连续墙施工。深隧工程在软土地区进行超过100m的特深地下连续墙施工,并成功进行了3幅150m超深地连墙施工,且所有地下连续墙垂直度均达到了1/1000,施工过程面临着未知复杂地质水文条件及周边环境保护的高要求,施工难度风险大。超深地下连续墙垂直度超声波检测见图2,超深地下连续墙施工现场见图3。通过深隧工程超深地下连续墙的施工探索,参与总结出相应的系统解决手段,对深层隧道调蓄工程提供了强有力的技术保障。围绕超深地下连续墙的施工,项目在地下连续墙施工管理过程中采用“三令(成槽令、吊装令、浇灌令)七要素(泥浆质量、成槽垂直度、钢筋等原材质量、钢筋笼制作、钢筋笼吊装、混凝土质量、混凝土浇筑)”的控制管理方法,有效统一了工程各方的管理工序,并且使每一步工序都在多方确认的条件下进行,以确保每次操作都符合技术要求。

1.2深部地层土体加固。针对深隧工程基坑的超深扩底桩优化,建设过程中对技术控制提出很多建议。项目通过扩底桩施工试验得到地层适应性施工参数、检测指标合理区间、施工质量检测方法等。在超深地层MJS工法土体加固质量管理中,通过分析MJS工法回浆喷浆的浆液成分变化,根据其土体颗粒级配之间的关系,得出浆液比例调整方案,并通过规范表式,确保监理对施工质量的有效管理。超深MJS工法施工操作系统控制界面见图4。在苗圃地下连续墙槽段塌方加固过程中,通过分析塌方的多种因素,并结合MJS工法施工技术进行了多方位的改进研究。项目团队经反复分析讨论,决定通过在地下连续墙范围内打设降水井进行降水的措施控制承压水,以配合槽段土体加固。实践证明,该措施取得了显著的效果。同时,深隧工程在基坑中心位置进行了大直径N-JET施工试桩,并在开挖过程中分段精确测量桩径和加固土体强度,从而精准分析N-JET在不同土层的土体加固效果,以优化深部土体施工的参数匹配性。

1.3深部地层降水作业。在降水测试过程中,特针对第二、第三承压含水层进行了大量的研究工作,分析了降水顺序及辅助方案、补救措施等,并确定了降水风险控制标准和系统报警值。施工团队制定了降水井施工控制指标、降水井施工的工程令和要素,按照深隧项目精细化管理的精神,对多个工艺流程细化研究,最终确定了降水井垂直度控制指标为1/300的要求,通过施工环节来严格把控降水井质量,使其真正发挥降水效果。

1.4超深基坑开挖。为确保深隧云岭西竖井基坑开挖的质量和安全,通过多次内部评审会,对前期资料进行了全面详尽的梳理,对照基坑开挖条件逐一确定方案。针对基坑开挖,项目上进行了龙门吊评审、开挖条件验收评审会、施工质量评估会;针对吊装安全措施的细节、基坑开挖应急处理措施以及开挖质量、内衬浇筑质量等方面,进行了全面的评价分析。针对如此大体量的基坑环梁和内衬整体浇筑分项工程,团队积极努力探索材料运输方案、试验方案、管理方案、检测方案、施工方案、设计方案以及监理方案等,并将方案整体汇总成指导手册。在基坑开挖过程中,项目团队结合工艺改进,参与研发深基坑滑模系统,使得施工进度大大加快。超深基坑施工滑模系统现场见图5。在设计、安装、调试、优化、维护工程工法创新的过程中,团队运用了从工法探索到制定标准的管理新模式。

1.5超深基坑封底。深隧工程云岭西竖井完成大底板3344m3的混凝土浇筑。云岭西竖井圆形底板厚度达3m,几何构造特殊,钢筋体量巨大,排布密集复杂,仅钢筋自重就达800t。项目部多次组织各方技术力量,从设计、施工、材料、安全等多方面对方案进行研究,运用BIM技术及数值模拟技术进行预演和科学优化。作为建设管理方,要保证钢筋的施工质量,就必须制定相关的制度并确保严格执行,同时配套多方验收的管理体系。通过竖井底板底排钢筋及上排内外圈钢筋搭设的全过程精细化管理,有效解决了底板钢筋施工中的关键点、困难点和风险点。超深基坑大型底板钢筋施工现场见图6。基坑底板的混凝土浇筑需要从材料、设计参数和施工措施入手。这一系列的问题不仅要参照以往大体积混凝土的相关技术方案,同时还需要根据深隧基坑本身的特点进行优化调整。

2深隧工程建设管理方法

深隧工程建设面临多目标协同实现难度大、水力条件复杂多变等关键问题,特别是针对特深圆形竖井开挖深度大、水土压力分布复杂、承压水影响程度大等关键问题,项目团队重点研究了地下连续墙施工、深层承压水控制、超深地层土体加固、超深基坑开挖方法、微扰动施工与环境保护等关键技术。依托深隧工程,项目团队系统提出了适用于上海软土与水文地质条件下地下连续墙的施工方法及管理措施,建立了有关超深地下连续墙成套的新理论、新方法、新技术与新工艺,形成《超深地下连续墙技术规程(试行)》及《超深地下连续墙铣槽法施工作业手册》,为提升城市深层地下空间综合开发水平提供了技术支撑。项目建设过程中,建设方确定各参建单位的控制点、质量点、监测点、验收点、时间节点、任务清单、负责人、负责主体等,落实精细化管理;通过技术管理图可以有效掌握当前施工所需要解决的问题,并针对性地采取措施,确保技术指标的落地;同时,设置精细化管理环节,以确保工程质量和安全和对每一道工序的有效管理。项目团队运用科学管理手段做到了保障安全、节约成本、提高功效、降低风险,实现了管理目标优化。云岭西超深竖井封底现场见图7。深隧工程的研究价值,更多的是为企业相关工程的管理提供借鉴,这就需要在定性分析中通过深入研究得到定量的结论,使得技术管理更加精细化,促使设计施工不断优化,以逐步实现技术革新,从而为工程节约时间和工艺成本,创造更大效益。

3结语

深隧工程从初步设计到可行性研究,从槽壁加固到地下连续墙浇筑,从基坑开挖到底板封底,试验段建设的每一个环节都不断体现着开拓精神,用科研创新助力实践进步。深隧工程经历过多次方案调整,地下连续墙的混凝土强度调整、底板厚度调整、基坑底部扩底桩调整以及苗圃基坑的顺逆筑开挖顺序大调整等,每一次变更都通过专家论证平台对技术标准和改进方法进行了评审、评估。目前,依托深隧工程建设,系统地提出了适用于上海软土地区与水文地质条件的建设方法及施工措施,形成了深隧调蓄工程的成套新理论、新方法、新技术与新工艺,制定了深层地下空间开发技术标准,为后期上海软土地区深部地层开发提供了有力的技术支撑。

作者:刘树佳 季军 白占伟 沈庞勇 单位:上海城投水务工程项目管理有限公司