圆形工作井地连墙最优分幅技术研究

圆形工作井地连墙最优分幅技术研究

王辉 ,刘寒玉

中铁四局集团第五工程有限公司

随着粤港澳大湾区都市圈建设的推进，城市与城市之间城际铁路得到的飞速的发展，同期建设总里程达200多公里，城市内多以地下铁路形式敷设，区间埋深大、单个区间长度长，为了实现快速建设，单个区间设置多处工作井，分段同步施工。由于圆形工作相对于矩形工作井，更安全、投资少、无支撑、开挖快、空间大，被作为城际铁路区间盾构井首选形式。而工作井作为区间盾构始发井，使用周期长，支护要求高，因此多采用地连墙作为围护结构。本文通过圆形工作井的类圆形地连墙工程数量、工期、钢筋利用率、分幅位置等方面对地连墙最优分幅研究，总结给定周长的圆形工作井地连墙分幅方法，为类似工程提供经验借鉴。

关键词：工作井、圆井、地连墙

1、工程概况

本项目工作井为双向始发井，包括 1-1#一个大井、1-2#和1-3#两个小井。其中1-1#大井井深47.3m，开挖直径39.5m，1-1#大井兼联络通道、通信洞室、电力洞室。1-2#和1-3#小井均采用明挖法施工，基坑平面为类圆形，围护结构围成的基坑内径17.2m，面积约 237.810m2，深度分别为 48.173m、48.133m。围护结构采用800mm厚地连墙，支撑体系由冠梁、环梁组成。

2、工作井分幅

2.1幅宽分析

工作井内部结构为圆形，地连墙为折线拟合圆，即采用以直代曲。地连墙施工选用成槽机抓土+双轮铣磨岩，成槽机和双轮铣两种设备工作长度均为2.8m，地连墙分幅宽度须考虑地连墙每次抓槽宽度，因此分三种情况进行地连墙分幅研究：单抓成槽、两抓成槽和三抓成槽。

（1）单抓成槽接头过多，后期基坑因地连墙接头渗漏水的概率较大，故不考虑。

（2）则对两抓和三抓成槽进行分析，两抓成槽则地连墙最大理论幅宽为2*2.8=5.6m，三抓成槽地连墙最大理论幅宽为3*2.8=8.4m，通过对直径17.2m圆外接多边形进行绘图分析，满足幅宽要求得有五种分幅类型，如图1所示。

图1   不同多边形地连墙分幅图

2.2工程量分析

对8幅到12幅进行对比，如果地连墙是盈利，则选工程量最大的8幅；如果地连墙为亏损项，则选取工程量最小的12幅。如图2所示：

图2    不同多边形地连墙工程数量对比

2.3工期分析

经过分析8边形到11边形均满足要求，但两抓成槽和三抓成槽所需时间不同，经对比分析当多边形为11个边时，单抓所需时间相同的情况下，一幅地连墙成槽所需总时间最少，为11幅，其次是8幅和12幅，如表1所示：

表1    地连墙成槽所需时间分析表

2.4钢筋利用率分析

通过CAD作图分析，不同幅数800mm厚地连墙，外侧边长与内侧边长差值如表2所示：

表2    连墙内外侧边长差值计算表

假设外侧边长为A，内外侧边长差值为Δ，则内侧边长=A-Δ。而地连墙施工一定存在首开幅（两端工字钢接头）、顺接幅（单端工字钢接头）和闭合幅（两端无字钢接头）三种类型。而施工现场常用钢筋单根长度为12m，故可以得到以下三种类型钢筋下料组合：

组合①：A+A-Δ=12m，则A=6+Δ/2；

组合②：A+A-Δ=6m，则A=3+Δ/2；

组合③：A+A-Δ=4m,则A=2+Δ/2。

经过与2.1节边长对比，组合②和组合③求得外侧边长小于图1中五种类型的任何一种，故不考虑，因此将表2中不同边长的Δ代入组合①可得，当单根钢筋长为12m，8幅和9幅多边形废料长为负数，说明单根长度无法满足，故废料将多余其他三种类型。废料最少的为10幅；其次是11幅。如表3所示。

表3    钢筋废料分析表

2.5分幅位置分析

对于以直代曲地连墙折线拟合圆，五种类型均为正多边形，即每种类型边长均相等，则地连墙分幅位置有两处，一是位于拐角处（图a），二是位于每个边中心位置（图b），三是位于每个边上任意位置（图c），如图3所示。

图3    不同分幅位置地连墙形式

结合实际情况，地连墙施工大多数时候多采用首开+闭合方式，顺接幅幅宽较灵活。因此此处进队首开+闭合幅施工方式进行分析。首开为两端工字钢接头，工字钢两侧均为200mm，则闭合幅成槽宽度为2800+200*2=3200mm，从而对不同幅数类型地连墙计算首开幅宽度，满足一抓成槽，即首开幅宽度小于2800m，仅幅数为11和12幅的多边形满足，同时可以看出，分幅位置并非位于单个边的中心位置，如表4所示。

表4    首开+闭合方式施工时分幅位置确定

2.6其他影响分析

①若分幅位置选在拐角处（图3-a），则每幅地连墙为梯形，接头向外倾斜，接头型钢加工难度大，闭合幅受力较差。

②若分幅位置选在拐角处（图3-c），则每幅钢筋笼呈“V”字型，地连墙幅数越多，夹角角度变小。结合现场施工经验，“V”字型钢筋笼加工难度大，角度稍有偏差，钢筋入槽下放受阻较大。

③无论分幅位置在何处，地连墙幅数越多，接头数量越多，存在可能渗漏水的概率将增加，止水效果相对较差。

3、结论

通过以上分析，从地连墙幅宽分析、工程数量对比、工期分析、钢筋利用率分析、分幅位置分析及其他影响分析，评价结果如表5所示：

表5   各因素对地连墙分幅影响评价表

通过定性量化评价分析，最终确定幅数为11幅的多边形相对较优，幅宽小于6m为宜。幅宽更合理、成槽效率更快、钢筋利用率相对较高、分幅位置更合理。

但实际施工中钢筋需加工呈“V”字型，施工过程中需加工特制台架，同时地连墙成槽时，需严格控制槽段垂直度，同时需保障拐角两侧垂直度一直，吊装入槽时，需对拐角位置提前标记，便于下放过程对槽，实现顺利入槽。为类似工程施工提供合理化分幅借鉴，便于更快、更经济的施工。

【参考文献】

1.狄秋龙.超大型圆形地连墙施工新技术[J].港工技术，2014（03）

2.赵文政.临江敏感环境圆形基坑超深地连墙修建技术[J].山西建筑.2013(11)