摘要：本文笔者针对地下式变电站的特点，详细介绍了地下式变电站工程中主体结构的施工工艺与技术方法
关键词：地下式变电站；基坑支护；地下连续墙；逆作法施工；施工技术
随着城市的发展，社会对电力需求的逐年增长，大城市供电负荷猛增，变电站的分布也越来越密集，并逐渐深入到大城市中心的商办、金融及住宅等繁华区域。但市中心土地资源紧张、环保要求高，普通的地上变电站建设很难满足中心城区用地、环保要求。
地下变电站，采用一体化布置形式。具有节省地表占地、对周围环境影响小、同时地面上还可进行物业开发等特点，因此站址的选择难度也降低很多。由于地下变电站深埋于地下，不仅很好地解决了电磁波污染的问题，而且还可以大大降低噪声污染。
本文通过对地下变电站主体结构关键施工技术的研究，旨在为此类工程的设计和实施提供一定程度的借鉴作用。
1、“抓铣结合”成槽施工
考虑到地下工程基坑开挖深度范围内的土层工程性较差，开挖层包含较多层不同性质土层，普遍分布厚层软性黏性土，含水量高、孔隙比大、强度低、且具有低渗透性、触变性和流变性等特性。同时为了降低成本提高功效，成槽施工可采用“抓铣结合”方法组合施工：首先采用液压抓槽机开槽至绝对标高，再换用铣槽机铣挖至槽底。
（1）液压抓斗成槽
成槽直线槽段采用先两侧后中间抓法；转角型槽段先短边后长边抓法。相邻幅槽段施工间隔时间≥24h。成槽时，泥浆应随着出土补入，保证泥浆液面保持在规定高度上。成槽机掘进速度应控制在15m/h左右，导板抓斗不宜快速掘进，以防槽壁失稳，当挖至预定位置或成槽效率明显下降时，换用铣槽机就位。
先挖单孔，后挖隔墙。因为孔间隔墙的长度小于抓斗开斗长度，抓斗能套住隔墙挖掘，同样能使抓斗吃力均衡，有效地进行纠偏，保证成槽垂直度。
待单孔和孔间隔墙都挖到设计深度后，再沿槽长方向套挖几斗，抓斗挖单孔和隔墙时，因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面，需修理平整，保证槽段横向有良好的直线性。
在抓斗沿槽长方向套挖的同时，把抓斗下放到槽段设计深度挖除槽底沉渣。
（2）双轮铣槽机成槽
双轮铣槽机为液压式操作机械，它的工作原理为反向循环原理。挖掘时两个铣轮连续的切削下面的泥土和岩石然后把它们卷上来并破碎成小块，再在槽中与稳定的泥浆混合后将它们吸进泵里面。装在真空盒上面的离心泵，将这些含有碎块的泥浆泵进一个循环设备，在那里通过一个振动系统，将泥土和岩石碎块自泥浆中分离，处理后干净的泥浆重新抽回槽中循环使用。在铣槽机内装有一个电子偏微器，可以测量出削掘時水平与垂直两个方向的偏离量，在驾驶室里的显示屏上，同时以度和厘米来连续的显示该偏离量，假如铣槽机偏离了它的垂直轴，可使用油压操控的导板进行调整。
2、地下连续墙槽壁控制
（1）槽壁稳定性控制
槽壁稳定性是地下连续施工的重中之重，对影响槽壁稳定性的关键点制定以下技术措施。
1）地下水头控制：根据相关的技术要求，结合以往的施工经验，成槽时的槽段内泥浆液面应高出地下水位1.5m左右才能有效控制地下水头。导墙制作时要求导墙顶面高于地下水位1.5m，如局部高差不足时，可采取增大泥浆比重的措施，或者采取降水的措施。
2）泥浆控制：采用优质泥浆材料制备泥浆。使泥浆具有良好物理、化学稳定性。
3）施工荷载控制：在槽段成槽过程中，尽量控制大型机械在槽段边的扰动，以及严格控制槽段边的物体堆载情况，尽量减少外部施工荷载对槽壁稳定性的影响。
（2）垂直度控制
成槽质量的好坏重点在垂直度的控制上，为保证成槽质量，有效控制垂直度。操作人员必须根据设备自身已有的功能，及时调整设备工作状态，以有效控制垂直度。
3、地下连续墙接头的处理
在地下连续墙施工中，槽段的接头施工较难控制，措施不利，易出现漏水、承载力降低等后果。
由于地下连续墙以轴向受力为主，根据连续墙受力和工作特点，可采用止水性能较好的刚性接头—“工字钢”法连接。
该接头的拼接钢板与先行槽段钢筋焊接，后续槽段可设置接头钢筋深入到接头的拼接钢板区。该接头不存在无筋区，形成的地下连续墙整体性好。
钢筋笼及工字钢下设安装后，在工字钢与槽孔孔端之间下回填砂袋，用以防止混凝土浇筑时出现绕流进入工字钢槽内。
为提高接头处的抗渗及抗剪性能，在连续墙工字钢接头处对先行幅接缝处进行刷壁清洗；先后浇筑的混凝土之间由钢板隔开，加长了地下水渗透的绕流路径，止水性能良好。
工字形刚接头的施工避免了常规槽段接头施工中锁口管或接头箱拔除的过程，大大降低了施工难度，提高了施工效率。
4、处理混凝土绕流的措施
地下连续墙厚度较厚，成槽厚度比较大，而且设计接头形式采用工字钢。结合以往类似地下连续墙施工的经验和试成槽情况，进行砼浇注时，极易发生混凝土绕流现象，给后续槽段的施工带来比较大的难度。对于绕流的处理，采取四步预防措施：
（1）在侧板外焊接止浆铁皮。在钢筋笼加工时预先在H型钢的侧板外侧焊接0.5mm镀锌铁皮，沿着H型钢两侧通长布置，宽度600mm，与钢筋笼面平行，浇筑混凝土时，铁皮在混凝土流动力作用下移向两侧，起到阻止绕流的作用。
（2）在侧板外焊接50mm×50mm等边角钢。将等边角钢焊接在止浆铁皮的边缘，沿着H型钢通长布置，减少H型钢与槽壁间的缝隙，辅助止浆铁皮防止混凝土绕流。
（3）冲实填充砂袋。填充钢筋笼端头超挖部分的砂袋时，每填充5m，用重锤砸压砂袋一次，直至砸压密实，以此循环，直至砂袋填充到浇筑面以上为止。
（4）超前开挖下幅槽段。等到已经浇筑的混凝土初凝之后，就开始开挖H型钢未浇筑一侧的土方，绕流混凝土与H型钢腹板粘结强度还未达到最大，很容易处理掉，这也是对上述防绕流措施出现意外的弥补措施，是最后一道防线，也是很关键的一道防线。
以上的四步措施互相配合，混凝土通过导管灌入后，开始向墙的两侧流动，止浆铁皮之间的混凝土流动会将铁皮推向两侧，铁皮外侧贴槽壁后，会随着混凝土压力的加大渐渐变形，当铁皮变形弯曲部分靠到角钢上时，就不再继续向槽外扩张，遇到塌孔部分，则砂袋起到角钢作用，抵挡住铁皮的继续变形，同时密实的砂袋阻止了浆液的外漏，可以有效防止混凝土绕流。
5、防渗止水措施
地下连续墙作为围护结构外墙和永久使用阶段地下室结构外墙的一部分，除受力要求外，对其止水性能的要求很高。
（1）地下连续墙止水
地下连续墙作为开挖支护方案对粉质粘土层的滞水有很好的防渗能力，同时在连续墙内侧设置钢筋混凝土内衬墙，与地下连续墙浇捣在一起，形成“两墙合一”的复合结构。地下连续墙本身采用抗渗等级为S12的混凝土，为避免接头位置出现渗漏水的现象，地墙外侧接缝处采用高压旋喷注浆法（MJC法）加固防渗水。
（2）接头处止水
按设计要求做防水层，地下连续墙的墙段接头、连续墙与底板连接处、中间支承柱与楼板底板连接处，都是防水的薄弱点，通过预留焊接止水钢板的槽钢和基础地板施工时设置倒滤层和橡胶止水带、对易出现渗漏的接缝处采用压力灌浆处理，能有效控制地下水的渗漏。
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6、土体加固
对于处于软土地区的工程，其含水率高、空隙率大、压缩性高、强度低，且具有很大的流变性。不利于地下连续墙的稳固，因此必须对土体进行加固措施。
地下连续墙成槽完成后，会存在一些沉渣，可能造成地下连续墙的沉降。为了控制地下连续墙的竖向沉降量，提高地下连续墙的竖向承载力，需对地下连续墙周边土体进行加固，减少墙体垂直沉降。
土体加固采取地下连续墙槽底注浆，两侧加固采用三轴水泥土搅拌桩，坑内局部范围内采用高压旋喷桩填充加固，有效防止因土质松动引起地面沉降。
（1）水泥土搅拌桩加固：为保证开挖时基坑边道路稳定，在现场道路施工前对地下墙外侧进行部分土体加固，同时也起到了对于地下墙施工时的隔水和土体加固作用。
（2）墙趾注浆：地下连续墙绑扎钢筋笼时预埋两根注浆管，地下连续墙的墙身混凝土浇筑完毕并完成初凝以后，通过低压慢速的渗透注浆，对槽底沉渣进行充填处理，提高地下连续墙的墙身竖向承载力，减少与主体结构间的不均匀沉降。
7、土方开挖
土方开挖是逆作法施工的重要环节，有顶盖的地下室挖土难度较大，周期长，不仅是影响工期的关键因素，而且土方开挖是产生形变的主要原因，也是施工安全的关键。
土方开挖施工程序对结构受力及变形影响很大，因此设计上对此有严格要求。施工程序的安排关键在于合理地安排开挖顺序和各层楼板的施工顺序，有效地利用土体与现浇梁板来平衡连续墙外围的侧向土压，减少其侧向变形，从而达到科学、安全的目的。
在工程深基坑施工时，充分考虑围护墙，支撑体系，土方开挖三者的“时空效应”。严格按照和“先撑后挖”理论和原则指导基坑土方开挖和加撑：
（1）待负一层底板结构完成并达到一定强度后，进行土方开挖。基坑开挖时随时根据监测结果不断进行施工参数的调整和优化，及时架设支撑和施作结构，以减少围护结构变形，确保周边环境稳定。
（2）结合实际施工条件，严格按照“时空效应”理论分层、分段、分块开挖土方。开挖过程中，按规范要求进行纵向放坡，严禁掏挖。
（3）尽量缩短围护结构暴露时间，土方开挖两段时立即跟上基础垫层的施工，以抵抗基底隆起变形，并形成底层支撑，降低基坑围护结构变形速率。
（4）加强对开挖标高的控制，避免对基底原状土的扰动。对设计坑底标高以上30cm的土方，采用人工开挖，局部洼坑应用砾石、砂填实至设计标高。
（5）施工过程中，避免土方开挖机械对围护结构、支撑系统等的碰撞破坏，上述部位附近的土方开挖由人工进行。
由于土方开挖施工对地下连续墙受力影响较大，宜先从中间开挖，逐步向四边扩展，最后再开挖与地下连续墙接触部分的土体，从而可减少地下连续墙的暴露时间，减少地下连续墙的变形。
8、逆作法支撑体系
（1）水平支撑
开挖阶段逆作法施工的地下室结构梁板全部作为围护结构的内支撑系统，结构梁板上的进风井等开口可以作为土方开挖阶段的出土口。结构楼板具有支撑整体性好、刚度大，可以有效的控制围护结构的变形。同时在开挖阶段内部架设内支撑系统共同受力。
（2）中间支承柱
以钻孔灌注桩作为中间支撑柱，采用“一柱一桩”方式，利用逆作柱作各层面的支撑承重，由首层楼板作为水平分界层，同时向分界层上下各层组织施工，并把支撑柱逐层处理成原设计的结构柱，柱及支撑柱承受临时施工的全部荷载，并将荷载传至钻孔灌注桩基础。
在施工钻孔灌注桩护壁时即进行钢管定位预埋件的安装，浇筑桩芯混凝土后，在混凝土初凝前应严格按设计要求剔除桩顶的浮渣层。同时，做好钢管柱定位器的安装、固定和位置校核的工作。钢管柱加工时一次成型，放入桩孔，套于定位器上，并在桩孔壁和钢管外壁之间的空隙中按设计要求填砂。
地下室钢管柱定位器在钻孔灌注桩芯混凝土浇筑至设计标高时预先埋设，或者钻孔灌注桩浇至承台底150mm，清理浮浆安装定位器后按设计要求浇筑混凝土。应注意校核定位器轴线偏差在允许范围之内，桩基础检测完毕并合格后即分段安装钢管柱，同时在钢管柱底部浇灌2200mm高混凝土，以增强其底部节点的受力性能。
9、结构节点做法
（1）地下连续墙与结构连接节点
与地下室顶板的连接：地下连续墙墙顶落低，墙顶钢筋伸入到压顶梁中，压顶梁与顶层结构梁板一起浇筑。
与地下室各层梁板的连接：通过地下连续墙内的预留插筋和剪力槽与地下室各层环梁进行有效连接，环梁与各层梁板进行连接。
与基础底板的连接：通过预留的钢筋接驳器与底板上下的钢筋连接，通过预留插筋和剪力槽与底板环梁进行有效连接。
与内衬结构墙的连接：为确保逆作阶段地下连续墙与内衬墙共同工作，间隔一定的距离通过预留插筋与内衬结构墙进行连接，确保二者的整体性以协同工作。
（2）内衬墙与支撑杆件连接节点
地下连续墙内侧设置800厚结构内衬墙，与1200厚地下连续墙共同组成复合墙体。基坑逆作施工过程中，各道水平内支撑系统与其上部的结构内衬墙先后浇筑形成，在结构梁板及支撑杆件与内衬墙相交的上下端面，都必须预留内衬墙钢筋和止水构造措施，以满足接缝位置的连续构造和止水构造要求。
（3）中间支承柱与梁连接节点
钻孔灌注桩在永久使用阶段作为主体结构的框架柱，支承柱穿越框架梁交点，因此支承柱与框架梁的可靠连接是设计成功的关键之一。釆用“外加强环”节点处理方法：在结构梁标高处支承柱设置外形加劲板和抗剪栓钉，框架梁与底板主筋遇支承柱阻挡处钢筋断开并与加劲环焊接。节点连接可保证梁柱刚接，能够达到“强剪弱弯”的目的，满足主体结构设计的“强柱弱梁，节点更强”抗震设计要求。
总之，地下变电站主体结构施工是一个复杂的施工过程，技术要求较高，具有较高的施工效率和机械化程度。在施工过程中要加强技术管理，提高工人素质，对于可能出现的质量问题，应该要有充分的认识，采取相应的预防和处理措施，唯有对各工序的控制到位，才能保障地下变电站施工的施工质量。
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论文作者:许士杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/20
标签：地下论文; 结构论文; 土方论文; 混凝土论文; 变电站论文; 抓斗论文; 泥浆论文; 《电力设备》2019年第14期论文;