影响地下连续墙锁口管顶拔的因素及控制措施

　　摘要：在地下连续墙施工过程中，锁口管埋入地下无法拔出是一项技术难题。根据以往经验，未拔出锁口管成功拔出的例子并不多见，本文以东环南路地铁站地下连续墙施工为例，分析了地下连续墙锁口管顶拔的影响因素及事故原因进行分析，最后提出了锁口管顶拔处理措施，为以后遇到此类问题提供了一种解决方案。

　　关键词：地铁站；地下连续墙；锁口管；事故原因；顶拔措施

　　1工程概况

　　东环南路站位于宁穿路浦港路口，沿宁穿路由西北向东南走向布置，现场址周边为工业园区，但宁穿路路窄交通流量大；车站主体结构总长303.1m（C轴处围护结构外皮尺寸），标准段总宽21.5m。

　　车站主体围护结构东端头井采用1000mm厚地下连续墙20幅；车站主体其他部分采用800mm厚地下连续墙104幅。标准段连续墙深约38m，标准段30轴以西为插入比为1：1.25，30轴以东为1：1.28。盾构端头井（西端）连续墙深约40.7m，插入比约为1：1.2。盾构端头井（东端）连续墙深约45.8m，插入比约为1：1.28。地下连续墙接头采用锁口管形式。锁口管及E2详细位置如下图1所示。

　　图1 E2所在的位置及锁口管所在位置平面图

　　2事故原因及初步分析

　　幅号为E2的地下连续墙成槽时间为7月1日21：30至7月2日6：30，钢筋笼吊装时间为7月2日8：30至7月2日9：30，浇筑砼时间为7月2日15：25至7月2日22：00，实际浇筑方量264方，理论方量为269方。

　　按照常理来说，锁口管拔得太快，即会出现槽段砼流入下一槽段，致使下一槽段成槽时流入的砼无法清理，需割笼来处理。如果锁口管拔得太慢，即会出现刚浇筑的砼与锁口管粘结住，致使锁口管拔不出或拔出困难。

　　引拔机工人在操作、起拔锁口管时，引拔机上有压力表，其上的数字可反映出锁口管自重和摩擦力的大小，因此，在浇筑砼过程中，引拔机工人应时不时看压力表数字，如果变大，应马上启动引拔机来起拔锁口管，至压力表数字在容许范围内为止。

　　事后，我方针对导墙、砼供应记录及该幅槽段施工记录进行了调查。经分析，得出的结论（原因）如下：

　　2.1锁口管起拔时间晚

　　《地下铁道工程施工及验收规范》规定锁口管开始起拔时间为2～3h。实际施工中，锁口管起拔时间的掌握需依规范及经验进行，因为每个槽段砼的坍落度及砼所处环境不同，致使其初凝时间不同。一般来说，锁口管起拔过早，砼会流入下一槽段，致使下一槽段成槽时，流入的砼无法清理；锁口管起拔过晚，浇筑砼的槽段砼达到初凝后对锁口管产生的握裹力使锁口管无法起拔。

　　因此，从理论上，锁口管起拔时间晚可致使该锁口管无法拔出。根据实际施工的记录来看，该槽段砼浇筑开始时间为中午15：15，而该锁口管开始引拔的时间为20：15，其间间隔了整整5h，大于《地下铁道工程施工及验收规范》规定的2-3小时的起拔要求。

　　2.2砼供应不及时

　　检查砼浇筑记录发现，第13车至第14车以及第22车至第23车混凝土发车间隔时间分别为1h左右。砼发车间隔时间长导致了引拔工对起拔时间及起拔高度的错误判断。

　　2.3当日气温高

　　近来天气炎热，此时正值东环南路站赶进度时候，测得当日气温高达37摄氏度，工人一天工作10h左右，致使砼初凝时间掌握不住，这样势必影响到工人工作的认真态度，致使工人做事毛毛躁躁，能不做则不做，此为次要原因。

　　3计算结果及分析

　　3.1计算模型

　　锁口管起拔阻力可分解为4个分力，即锁口管自重G、初凝混凝土与锁口管之间的粘结力c，混凝土与锁口管之间的摩擦阻力f、土体与锁口管之间的摩擦阻力S，锁口管顶拔受力分解示意图见图2。

　　图2锁口管起拔阻力组成

　　3.1.1锁口管与混凝土间的粘结力

　　混凝土达到28d龄期后，其与圆钢管之间的粘结强度极限值约为1.5MPa。混凝土与钢管粘结强度的时变关系为：

　　τ（t）=τc，28（1-ebt）（1）

　　式中：

　　τ（t）-龄期t的混凝土粘结强度标准值，（t≤28d；

　　τc，28=-28d龄期的混凝土粘结强度标准值；

　　b-参数，由回归分析得到，根据试验数据平均值拟合为-0.15。

　　3.1.2锁口管与混凝土间的摩擦力

　　混凝土与锁口管之间摩擦力f采用试验方法测定。制作如图5所示试块，其中混凝土重为G，拉力为F，则摩擦系数；

　　经试验，混凝土初凝后，其与锁口管之间摩擦系数μ随混凝土龄期变化很小，μ的均值为0.56。

　　3.1.3锁口管与回填土间的摩擦力

　　考虑到泥浆绕流，土体与锁口管之间的摩擦阻力参考沉井施工过程中采用触变泥浆润滑套时沉井与土体与泥浆的摩擦阻力。触变泥浆在沉井下沉施工中的应用，其基本原理是利用这种泥浆维持地下连续墙槽壁与井壁的稳定，以及隔离土壁与井壁的接触，以减小摩阻力。采取泥浆套助沉时，摩阻力可取3～5kPa。

　　3.1.4锁口管自重

　　根据现场实测资料，锁口管自重约为0.8t/m。因锁口管底端和接缝处未完全密封，故不考虑浮力作用。

　　3.2 锁口管起拔阻力影响因素分析

　　3.2.1 锁口管变形的影响

　　制作顶拔试验装置，研究锁口管变形量与起拨阻山的关系。钢管长25cm，直径16mm，壁厚15mm；管底密封后加成的5种形状。管底以上10cm处的往向变形依次为0mm、3mm、5mm、7mm和10mm。

　　钢管布置在桶中，随即浇筑混凝土；试验与浇筑连续墙使用的混凝土相同，强度等级为C30。实验室温度为29℃，混凝土初凝时间约4.5h。混凝土浇筑完成4～6h后依次拔出钢管，不同顶拔时间下，不同变形量对应的钢管起拔阻力相对未变形时的增幅见图3。 　　图3 起拔阻力随钢管变形的变化曲线

　　由图3可看出，混凝土浇筑4h后，由于混凝土尚未初凝，起拔阻力随钢管变形量的变化较为平缓；混凝土浇筑5～6h后，混凝土度过初凝阶段，起拔阻力随钢管变形增大上升较快。以上试验结果可以反映锁口管起拔阻力的变化趋势，即起拔阻力与锁口管变形量存在正相关关系。

　　3.2.2 混凝土温度的影响

　　混凝土温度主要影响混凝土与锁口管间的侧压力和粘结强度，进而影响混凝土与锁口管之间的摩擦力和粘结力。为研究锁口管起拔阻力与混凝土温度的关系，对比混凝土温度在20～50℃时，40m深地下连续墙锁口管起拔阻力的变化。锁口管顶拔阻力随温度变化曲线见图4。

　　图4起拔阻力随混凝土温度的变化曲线

　　3.2.3 顶拔时机的影响

　　顶拔时机主要影响混凝土与锁口管间的粘结强度，为此对比40℃混凝土浇筑结束4～9h后顶拔时，40m深地下连续墙锁口管起拔阻力变化。计算结果如图5所示。锁口管顶拔时机同锁口管和混凝土之间的粘结力c存在正相关关系：顶拔时机推迟，锁口管和混凝土之间的粘结力c增大，导致起拔阻力增大。

　　图5 起拔阻力随顶拔时机的变化曲线

　　3.2.4 连续墙深度的影响

　　为研究连续墙深度对锁口管起拔阻力的影响规律，对比当地下连续墙深度在40～52m时锁口管起拔阻力变化。起拔阻力随连续墙深度变化曲线见图6。

　　图6 起拔阻力随连续墙深度的变化曲线

　　4锁口管顶拔处理措施

　　此次对未拔出锁口管处理措施介绍，采用时间先后顺序进行叙述。需要说明的是，在对未拔出锁口管进行处理时，我方在采用全回转钻机切割砼方案之前，采用的都是拔的方法，但都没成功，故我方拟采用埋的方法，但考虑到该锁口管位置特殊，处于1号线二期工程盾构洞圈处，侵占洞圈35cm，将来盾构进出洞时需对锁口管进行切割，且该锁口管底处于承压水层中，故将来切割时会存在涌水等安全风险，

　　鉴于上述原因，指挥部要求必须将锁口管拔出，不可填埋。最终，采用了全回转钻机切割砼方案，利用钢套管进行切割锁口管周边砼及土方式钻进，以减小摩擦力，后利用引拔机及吊机进行将锁口管拔出。

　　⑴第一次采用1.5m钢套管（每节9m）定位后往下钻进约9m，用时8天，由于一边软一边硬致使钢套管钻进过程中产生偏离，钢套管未能套住第三节锁口管，致使钻头在9m处触碰到第三节锁口管顶部，故停止钻进；

　　⑵第二次先将钻头取出，仍采用1.5m套管重新定位后，钻进至13m，用时3天，将上部第二节（9m）锁口管放入，并与第三节（9m）锁口管对位、清泥及初步焊接；

　　⑶第三次将1.5m钢套管换成1.3m套管（每节4m或6m），继续钻进至地面下29m，由于钻头磨损严重，钻进速度过慢（一天只有10cm左右），故停止钻进，准备试拔。若锁口管能拔动，则大功告成；若拔不动，则更换钻头，继续钻进。此次共用时13d，其间更换过2次刀头，更换过一次带刀头的套管。

　　⑷焊工下到地面以下9m处，对第二节与第三节锁口管接头再次焊接，采用八块3cm后钢板（12*24）立面焊接，共进行三次，其中，第一、二次采用手工弧焊，考虑到手工质量不一定能满足锁口管起拔的强度要求且焊接速度过慢，第三次采用二氧化碳气体保护焊（高强度焊条且能自动均匀焊接），且将锁口管接头全部满焊，共耗时7d。

　　由于时至盛夏，气温高达38°，加之作业空间狭小，只能容纳一人作业，劳动强度大，采用空压机通风，小面包车送冷气，三名电焊工轮流作业，每人作业时间不得超过40min。采用日本三菱贝洛特钻机（俗称摇管机）正反来回旋转1.3m的套管，使该套管周边泥土松动，并将第一节长6m的1.3m套管取出，以更大程度减小摩擦阻力；

　　⑸焊接完毕后，从8月23日晚开始试拔，此次采用日本神钢800T引拔机（最大起拔高度40cm，抱扣直径达2m），另加2台200T的油压千斤顶辅助起拔，油缸压力达到24MPa（极限压力），起拔高度1m后，因导墙承受的压力较大，致使导墙下陷。后停止起拔；

　　⑹对锁口管周边地坪进行加固。浇筑长和宽各9m、厚50cm、2层钢筋网片的砼平台。等砼强度达到70%后，再进行起拔。共用时7天。

　　⑺9月1日晚开始再次起拔，由于日本神钢引拔机抱扣损坏，无法继续起拔，故另外采用上海长宇600T引拔机（最大引拔高度80cm）+2*200T附加千斤顶，油压28MPa，每次起拔高度20cm，共进行三次，累计起拔高度60cm。

　　⑻9月2日中午，引拔正常，去掉辅助油缸，每次引拔高度20cm，直到9-2晚，每次起拔高度为80cm，引拔力下降至500T，对应的油缸压力为15MPa。第一、二节锁口管一次拔出，其他各节逐节拔出。

　　⑼9月3日，引拔力减小至200T～250T，对应的油压为11MPa～13MPa，直至下午4：50，将锁口管全部拔出。

　　7 结语

　　结合软土地区某明挖地铁区间地下连续墙墙锁口管顶拔施工，对锁口管起拔阻力影响因素进行研究，在此基础上提出了锁口管顶拔施工保证措施，得出以下结论：

　　⑴锁口管施工时，要掌握好起拔时间及要注意天气对工人的影响，特别是特种工作人员；

　　⑵对锁口管处理时，要考虑对周边环境的影响，例如，本次E2锁口管拔出施工过程中，由于该处靠近国道，我方采用“温柔”的方法进行起拔。即使这样，靠近锁口管国道处，也发现有裂缝产生，裂缝宽度达6mm；

　　⑶对锁口管采用拔的方法进行处理时，关键是减小锁口管与周围土体的握裹力，本次对锁口管的处理至始至终都以这个思路来进行。

　　参考文献：

　　[1]DB-230-1999.《市政地下工程施工及验收技术规程》[S]

　　[2]GB50308-1999.《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》[S]