淺析大型孤石發(fā)育地層地連墻快速成槽施工技術(shù)

侯雷 秦贈安 羅光財 張立 羅新中

摘 ?要：本文依托深圳地鐵13號線白芒站項目地連墻施工，主要從機械設(shè)備選型及技術(shù)措施兩方面討論大型孤石發(fā)育地層地下連續(xù)墻成槽施工技術(shù)，提高孤石發(fā)育地層地下連續(xù)墻成槽工效及施工質(zhì)量，成功解決遇到因周邊環(huán)境及地質(zhì)復(fù)雜造成的成槽困難，具有一定的借鑒及推廣價值。

關(guān)鍵詞：大型孤石發(fā)育;地下連續(xù)墻;快速成槽

中圖分類號：TU753 ??文獻標(biāo)識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）03-0000-00

0引言

近年來隨著地下工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，地連墻施工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。在地連墻施工過程中，在殘積土或風(fēng)化花崗巖地層中常常會遇到孤石，由于孤石形狀各異、大小不一、強度高、發(fā)育不明等，因此采用傳統(tǒng)沖樁機工藝施工效率低，鉆具損耗大，易出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、塌孔等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工進度及質(zhì)量。如何處理地連墻成槽施工所遇到的大型孤石，是當(dāng)前面臨的主要技術(shù)難題。

以深圳地鐵13號線白芒站地連墻施工過程中遇到的大型孤石問題及采用的對策為研究對象，從機械設(shè)備選型及技術(shù)措施兩方面討論大型孤石發(fā)育地層地下連續(xù)墻成槽施工技術(shù)，提高孤石發(fā)育地層地下連續(xù)墻成槽工效及施工質(zhì)量，為相關(guān)工程提供參考。

1 工程概況

深圳市地鐵13號線白芒站位于深圳市南山區(qū)，車站全長693m，基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬21.3～22.3m，基坑深17.3～26.9m，采用明挖順筑法施工。車站圍護結(jié)構(gòu)為800mm地連墻，共256幅，標(biāo)準(zhǔn)幅寬6m，深度最大為33.7m。嵌固深度：土層、全風(fēng)化中取6.5～7m，土狀強風(fēng)化6～6.5m，塊狀強風(fēng)化5～5.5m，中風(fēng)化巖層取2.5m，微風(fēng)化巖層取1.5m。場地范圍內(nèi)從上至下穿越地層主要為素填土、填碎石土、雜填土、有機質(zhì)土、可塑粉質(zhì)黏土、礫砂、可塑礫質(zhì)黏性土、硬塑礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化黑云母花崗巖、強風(fēng)化黑云母花崗巖、中風(fēng)化黑云母花崗巖、微風(fēng)化黑云母花崗巖，其中軟土層中夾雜高強度不規(guī)則孤石，因此其地質(zhì)條件較復(fù)雜。經(jīng)補勘：大型孤石發(fā)育，孤石強度約為80～100MPa。

2 工程難點

（1）孤石分布范圍廣，埋深無規(guī)律。將近80%地連墻均遇到孤石。孤石埋深無規(guī)律，大部分在礫質(zhì)黏性土及全、強風(fēng)化層中，埋深較深，無法從地表挖出換填。

（2）孤石尺寸大、強度高，成槽難度大。孤石形狀各異、大小不一，最大8.2m，普遍2～6m，無法采用成槽機抓取。孤石強度高達80～100MPa，處理困難，效率低，施工周期長。

（3）沖錘施工易偏孔，處理難度較大。采用傳統(tǒng)沖樁機工藝，沖錘施工易偏孔。Ⅰ期槽段施工9個主孔，靠Ⅱ期槽段接頭處主孔進入Ⅱ期槽段30～40cm，Ⅱ期槽段接頭處半軟半硬，接頭沖孔易滑移，處理難度較大，周期較長，因此影響Ⅱ期槽段成槽及接頭質(zhì)量。

3 主要成槽方式

深圳地鐵13號線白芒站地連墻施工過程中，從機械設(shè)備選型及技術(shù)措施兩方面討論大型孤石發(fā)育地層多種地下連續(xù)墻成槽施工技術(shù)。土層、全風(fēng)化巖層及土狀強風(fēng)化巖層采用成槽機直接成槽，對存在的孤石、基巖突起項目首先采用傳統(tǒng)沖樁機“往返沖擊破碎法”進行處理。根據(jù)項目前期施工情況發(fā)現(xiàn)，沖樁機對深度大、強度高的硬巖施工效率低，因此，在使用沖樁機破碎前增加使用旋挖鉆、潛孔錘引孔等多種處理工藝，探討多種硬巖（大型孤石）地層地連墻組合成槽方式。

3.1 成槽機+沖樁機成槽

針對軟土–常規(guī)無坡面硬巖采用成槽機+沖樁機組合成槽施工，其單純采用沖樁機成槽施工效率可提高1.5倍。先使用成槽機對地連墻上部軟弱土層進行開挖，待開挖至硬巖時，成槽機無法直接抓槽，采用沖樁機沖孔成槽。沖樁機按主副孔順序成孔，沖孔完成后利用方錘修孔。以6米標(biāo)準(zhǔn)槽段為例，沖孔布置方式如圖1所示。

（1）成槽機抓取上部軟土。采用“三抓成槽”工藝，先抓兩側(cè)，后抓中間，保證抓斗兩側(cè)受力均勻。

（2）沖孔成槽施工。到達巖面后，換用沖樁機進行成槽。沖樁機采用Ф820mm圓錘，標(biāo)準(zhǔn)6mⅠ期槽段設(shè)置9個錘位，主副孔間隔設(shè)置，1#、3#、5#、7#、9#為主孔位置（1#、9#錘位超出分幅線外0.4m）。施工時，先沖主孔，后沖副孔，為保證槽段凈寬，副孔施工時要適當(dāng)走錘。

（3）方錘冼槽施工。所有孔位沖孔完成后，采用沖樁機配備方形沖錘修孔冼槽，方錘一般為整體鑄鋼，平面尺寸為0.8m×1.8m，重量在鉆機牽引功能限制下盡量選用重錘。對一個槽段，平面上從一端沖到另一端，沖槽至設(shè)計槽底標(biāo)高下0.1m。

（4）清槽施工。成槽完成后，為控制槽底沉渣，需對槽底進行清槽。當(dāng)槽底沉渣較厚時，可先用抓斗進行抓除，隨后采用氣舉反循環(huán)進行清槽（即利用壓縮空氣在導(dǎo)管下端的氣室處形成一個負壓，將沉渣吸入導(dǎo)管內(nèi)，從管口噴出）。在清槽過程中，應(yīng)不斷向槽內(nèi)泵送優(yōu)質(zhì)泥漿，以保持液面高度，防止塌孔。直至槽底沉渣厚度≤10cm，槽內(nèi)泥漿各項指標(biāo)符合要求后，方可進入下一步施工。

3.2 成槽機+旋挖鉆+沖樁機成槽

針對軟土-較大坡面硬巖地層的地連墻采用成槽機+旋挖鉆+沖樁機組合成槽施工。先使用成槽機對上部軟土進行抓取成槽，待成槽至孤石或硬巖時使用旋挖鉆進行鉆孔，對于塊狀強風(fēng)化混合花崗巖、中風(fēng)化混合花崗巖可采用普通鉆筒進行鉆孔，對于微風(fēng)化混合花崗巖采用牙輪鉆筒進行鉆孔。旋挖鉆鉆頭直徑800～820mm，其成槽沖孔布置與沖樁機成槽方式布孔相似，具體如圖2 所示。

旋挖鉆將1、3、5、7、9號主孔施工至設(shè)計槽深后，再使用旋挖鉆施工2、4、6、8號副孔，主副孔間殘留巖塊采用旋挖鉆或沖樁機圓錘沖孔，然后使用方錘修孔，最后用接頭箱沿槽段擺動及超聲波槽壁檢測儀復(fù)核槽段寬度、沉渣等，若沉渣較厚再用旋挖鉆機清理、氣舉反循環(huán)進行二次清槽，旋挖鉆鉆頭詳圖3所示。

3.3 成槽機+潛孔錘+沖樁機成槽

針對范圍廣、強度高的硬巖地層地連墻采用成槽機+潛孔錘+沖樁機組合成槽施工。先使用成槽機對上部軟土進行抓取成槽，待成槽至孤石或硬巖時使用潛孔錘進行鉆孔，全護筒跟進，護筒直徑800mm，潛孔錘錘頭直徑750mm，其成槽施工如圖4、5、6所示。

4幾種成槽問題的處理方法及工作效率

4.1高強度大型孤石處理方法

在B-05幅地連墻成槽至11.6m時遇到一塊高約10m的孤石，強度達90MPa，采用潛孔錘施工，每個孔位均為主孔，可不跳孔施工，采用全護筒跟進，提高護壁能力、減少塌孔的可能性，同時沉渣利用高壓空氣通過套管與鉆桿的空隙排出孔外，徹底清除孔內(nèi)沉渣，成孔與清孔同步進行。

4.2中、微風(fēng)化混合花崗巖層處理方法

巖層上部地質(zhì)為礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化混合花崗巖層，采用旋挖鉆配牙輪鉆頭進行主、副孔鉆孔，每天進尺達約6m;部分入巖較多或強度高的，更換為潛孔錘進行主孔施工，每天可進尺36m，較旋挖鉆效率提升約8倍。

4.3斜巖處理方法

基巖表面為斜面，旋挖鉆機鉆孔取芯時，容易出現(xiàn)鉆頭崩尺、打滑偏孔現(xiàn)象。現(xiàn)場處理為：（1）向槽段內(nèi)填充塊石與斜巖上部大致齊平，采用沖樁機將巖面沖平，一般往下沖孔1m左右，然后采用旋挖鉆進行下部平整巖面鉆孔;（2）當(dāng)采用旋挖鉆在鉆進過程中發(fā)現(xiàn)已偏孔，且偏孔較嚴(yán)重時，停止鉆孔，向偏孔部位灌注高強度水下混凝土至偏孔上方，待混凝土達到強度后，先用沖樁機試沖，確認混凝土強度及巖面平整度后，繼續(xù)用旋挖鉆進行鉆孔，每日進尺僅4m左右;（3）采用潛孔錘鉆孔，全護筒同步跟進，能有效克服石塊的塌落卡鉆、垂直度偏斜等難題，且施工效率有保障，每日進尺可達20m。

4.4巖層接頭孔處理方法

入巖的Ⅱ期槽段接頭孔一部分為Ⅰ期槽段施工回填砂袋，大部分為原狀巖層，孔兩側(cè)軟硬不均，部分槽段因巖層處理擴孔、塌孔、砂帶回填不實等原因，導(dǎo)致Ⅱ期槽段接頭孔部位有較多砼繞流。地連墻采用工字鋼板接頭，工字鋼板基坑內(nèi)外兩側(cè)焊接50cm防繞流鐵皮，Ⅰ期槽段施工時，一般槽段兩側(cè)均比設(shè)計槽段寬40cm左右（半個孔位），Ⅱ期槽段處采用接頭箱，單節(jié)接頭箱長12m、寬0.6m、厚0.2m，背后空隙回填砂袋。一般巖層上部繞流砼及時用沖樁機或旋挖鉆處理，巖層以下部分采用同中微風(fēng)化巖層成槽方法，加快接頭處理，確保接頭處理質(zhì)量。

4.5工效一覽

地連墻成槽因地質(zhì)情況（孤石、基巖突起）采用不同的工藝、設(shè)備選型、施工組織安排、接頭處理等，同時，不同工藝在不同地層成槽效率也不同，本工程中各種工藝工效具體如表1所示。

5 結(jié)語

（1）孤石發(fā)育地層提前補勘處理，進行針對性設(shè)備選型。孤石發(fā)育地層，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料，編制補勘方案，補勘布孔原則為地下連續(xù)墻補充勘察勘探點按連續(xù)墻的中心點位置布設(shè)，結(jié)合地質(zhì)勘察勘探點，一般間距宜為6～10m，當(dāng)相鄰勘探點揭露的主要地層層位變化較大，應(yīng)適當(dāng)加密勘探點（孤石范圍一般按間隔2m設(shè)一個補勘孔）。補勘孔鉆探深度要求入中分化巖3～5m或微風(fēng)化巖1～3m，或設(shè)計槽底以下5m。

（2）設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、工期要求、成本要求、環(huán)保要求、場地布置等多方面進行綜合考慮，做到“利益最大化”。通過現(xiàn)場實際施工工效對比可以發(fā)現(xiàn)，使用潛孔錘對基巖、孤石進行處理具有較高的施工效率，其成本亦同樣提升數(shù)倍，但對斜巖處理工效相差不是很大。

（3）孔間巖塊處理需反復(fù)沖孔或鉆孔，減少成槽后地連墻鋼筋籠下放時卡籠及后期基坑側(cè)地連墻面不平整，提高地下工程防水基面施工質(zhì)量。

參考文獻

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收稿日期：2019-05-15

作者簡介：侯雷（1987—），男，河南駐馬店人，本科，中級工程師，研究方向：土木工程。

Construction Technology of Rapid Grooving of Ground Wall in Large Isolated Rock Formation

HOU Lei， QIN Zengan， LUO Guangcai， ZHANG Li， LUO Xinzhong

（1.China construction No.5 Engineering Bureau Co.， LTD.， Changsha Hunan 410004;

2.Shenzhen Metro Group Co.， LTD.， Shenzhen ?Guangdong ?518000）

Abstract： In this paper， based on shenzhen metro line 13 white mans station project to connect wall construction， mainly from two aspects of mechanical equipment selection and technical measures to discuss the large boulder formation underground continuous wall into the construction technology development， improve the development of boulder formation underground continuous wall into working efficiency and quality of construction， successfully solve encountered because of the complex peripheral environment and geological into groove is difficult， promotion has certain reference value.

Key words： large solitary stone development; Underground diaphragm wall; Quickly into a groove