淺析大功率旋挖鉆機(jī)在復(fù)雜硬巖地層中的應(yīng)用

摘 要 針對(duì)徐州軌道交通3號(hào)線大慶路站石灰?guī)r與砂質(zhì)頁巖互層現(xiàn)象嚴(yán)重，且?guī)r溶發(fā)育的問題，對(duì)大慶路站的地層條件以及鉆孔樁施工方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析與試驗(yàn)，探討了大功率旋挖鉆機(jī)在復(fù)雜硬巖地層中的應(yīng)用。實(shí)踐表明在復(fù)雜硬巖地層，大功率旋挖鉆成孔在施工速度、成孔質(zhì)量等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)類似地質(zhì)區(qū)鉆孔樁成孔具有很好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 大功率;旋挖鉆;硬巖地層;應(yīng)用

1工程概況及鉆孔樁設(shè)計(jì)

大慶路站位于老城區(qū)大慶路與二環(huán)北路路口南側(cè)250m處，沿大慶路南北布置，車站為地下兩層島式車站，主體結(jié)構(gòu)外包長(zhǎng)度為196.6m。有效站臺(tái)中心里程處基坑開挖深度約16.64m，車站采用半蓋挖法施工，車站頂板覆土厚度約為2.44-3.59m。車站起點(diǎn)分界里程為右DK7+503.200，有效站臺(tái)中心里程為DK7+623.400，車站終點(diǎn)分界里程為右DK7+699.000。車站施工場(chǎng)地狹?。ò肷w挖車站、需分期分段施工）、工期短（業(yè)主要求鉆孔樁總工期90天）、文明施工要求高。

大慶路站主體結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁圍護(hù)，鉆孔灌注樁直徑1m，水平間距1.3m，分為A、B、C、D、E、F共計(jì)6種樁型，總計(jì)345根，樁長(zhǎng)13～22m，抗拔樁采用直徑1.2m鉆孔灌注樁，共計(jì)24根，樁長(zhǎng)23m，各樁樁底入完整中風(fēng)化石灰?guī)r深度不小于6m，入完整中風(fēng)化砂質(zhì)頁巖深度不小于8m。

2工程地質(zhì)

大慶路站場(chǎng)地覆蓋層厚度較?。?-5m），以填土與可-硬塑黏土為主，下伏基巖以寒武系灰?guī)r及砂質(zhì)頁巖為主。地面標(biāo)高35.38-36.71m，整體呈北低南高走勢(shì)。主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)分別有[1]：1-1層松散雜填土、2-3a-4層硬塑黏土及充填可-硬塑黏土溶洞、12-6a-1層全風(fēng)化砂質(zhì)頁巖、12-6a-2層強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁巖、12-6a-3層中風(fēng)化砂質(zhì)頁巖、12-6-3層中風(fēng)化石灰?guī)r，其中地表以下0-6m為強(qiáng)風(fēng)化地層，6m以下為中風(fēng)化頁巖及灰?guī)r地層，中風(fēng)化石灰?guī)r的抗壓強(qiáng)度為30-124Mpa。本工程主要不良地質(zhì)作用為巖溶，鉆孔見洞率29.2%。巖溶發(fā)育形態(tài)以沿石灰?guī)r與砂質(zhì)頁巖之間層面巖溶裂隙發(fā)育特征為主，局部石灰?guī)r區(qū)淺部基巖面附近有巖溶分布，層面裂隙連通性較好，裂隙內(nèi)水量豐富，巖溶綜合判定為中等發(fā)育。

3施工工藝

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，認(rèn)為旋挖鉆更適合軟弱地層，在強(qiáng)度30Mpa以上的硬巖地層中鉆進(jìn)效率較低，而沖擊鉆能進(jìn)行硬巖成孔。

試樁時(shí)，我們選用了Q-20型鉆機(jī)，平均鉆進(jìn)速度在0.2m/h，中風(fēng)化灰?guī)r鉆進(jìn)速度在0.08m/h，且經(jīng)常發(fā)生偏孔現(xiàn)象，坍孔現(xiàn)象也偶有發(fā)生，無法滿足工程進(jìn)度及質(zhì)量要求[2]。

后選擇三一重工的SR360Ⅲ型旋挖鉆，通過合理的鉆頭選擇和工藝搭配，平均鉆進(jìn)速度在3m/h，中風(fēng)化灰?guī)r鉆進(jìn)速度在1m/h，滿足進(jìn)度和文明施工要求。

3.2 施工工藝及鉆頭選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用無泥漿護(hù)壁干成孔工藝，特制4m長(zhǎng)鋼護(hù)筒，護(hù)筒埋設(shè)至黏土層下方50cm，防止孔口滲漏以及周圍環(huán)境振動(dòng)對(duì)鉆孔樁的影響[3]。干成孔工藝減少了泥漿制備工作，節(jié)約了場(chǎng)地，且避免了泥漿污染。

施工時(shí)采用截齒旋挖斗鉆至中風(fēng)化基巖面（約6m），進(jìn)入中風(fēng)化基巖時(shí)更換截齒取芯筒鉆，單次進(jìn)尺到0.6m左右提鉆，若巖芯斷裂，直接提出孔外，若巖芯完整，更換螺旋鉆頭加壓鉆進(jìn)，巖芯崩裂后，再用截齒筒鉆取芯鉆進(jìn)，最后由截齒旋挖斗清孔[4]。

4工藝分析與比較

4.1 沖擊鉆工藝分析

本工程共有20根圍護(hù)樁采用了沖擊鉆工藝施工，為便于對(duì)比分析，現(xiàn)將各樁在不同地層的鉆進(jìn)情況進(jìn)行總體統(tǒng)計(jì)，得出平均鉆進(jìn)效率，詳見表1。

4.2 旋挖鉆工藝分析

本工程共有325根圍護(hù)樁及24根抗拔樁采用了旋挖鉆工藝施工，為便于對(duì)比分析，現(xiàn)將各樁在不同地層的鉆進(jìn)情況進(jìn)行總體統(tǒng)計(jì)，得出平均鉆進(jìn)效率，詳見表2、表3。

4.3 工藝對(duì)比分析

與沖擊鉆相比，本工程采用旋挖鉆干成孔鉆進(jìn)工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)[5]：①無須制備泥漿，占用場(chǎng)地小，節(jié)約了水資源，且避免了泥漿對(duì)周邊環(huán)境的破壞，文明施工條件好;②黏土層采用鋼護(hù)筒成孔，護(hù)壁效果好，避免了坍孔現(xiàn)象;③超方量小，節(jié)約了混凝土;④鉆進(jìn)速度快，旋挖鉆成孔速度平均為3h/根，是沖擊鉆效率的10倍以上;⑤鉆機(jī)對(duì)位準(zhǔn)確，不會(huì)發(fā)生偏孔現(xiàn)象;⑥孔底沉渣少，樁基質(zhì)量有保障。兩種工藝的對(duì)比分析詳見表4。

4.4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

通過測(cè)算采用旋挖鉆增加的成本與節(jié)約的混凝土、清水、膨潤(rùn)土、泥漿外運(yùn)等費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)相比于沖擊鉆，采用旋挖鉆后施工總成本略有下降。而采用旋挖鉆施工按期完成了業(yè)主下達(dá)的工期任務(wù)要求，且施工質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)文明施工水平顯著提高，社會(huì)效益明顯。

5結(jié)束語

通過在大慶路站復(fù)雜硬巖地層的實(shí)際應(yīng)用表明，在巖溶發(fā)育等復(fù)雜硬巖地層，采用大功率旋挖鉆對(duì)比傳統(tǒng)沖擊鉆施工工藝將取得更好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，具有推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋剛.硬巖地層旋挖鉆進(jìn)組合工藝的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011，40（2）：72-74.

[2] 姜衛(wèi)文，霍宗武.旋挖鉆進(jìn)技術(shù)在廣東硬-堅(jiān)硬巖地區(qū)中的應(yīng)用與創(chuàng)新[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2008，（1）：72-74.

[3] 吳志卿.淺談旋挖鉆與回旋鉆及沖擊鉆施工工藝[J].江西建材，2014，（23）：98，101.

[4] 王龍飛.硬質(zhì)地層中應(yīng)用旋挖鉆施工深孔樁基探索研究[A].《中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下卷）》[C]，2016.

[5] 許首賢.談鉆孔樁（旋挖鉆）施工方法[J].山西建筑，2013，39（8）：53-55.

作者簡(jiǎn)介

唐福源（1988-），男;畢業(yè)院校：同濟(jì)大學(xué)，專業(yè)：土木工程，工程師，現(xiàn)就職單位：中建隧道建設(shè)有限公司，研究方向：從事巖土工程施工工作。