全回轉(zhuǎn)CD機(jī)清障技術(shù)及應(yīng)用研究

趙子紅

摘要：隨著城市化進(jìn)程加快，在既有城區(qū)建設(shè)工程樁、地下通道等基礎(chǔ)隱蔽工程時(shí)，會(huì)碰到原有廢棄的混凝土樁、塊石基礎(chǔ)、管道等地下障礙物影響正常施工，因此施工前必須探明并及時(shí)清除這些障礙物。本文結(jié)合臨沂城區(qū)濱河路地下通道工程清障施工工程實(shí)例，分析研究了全回轉(zhuǎn)CD機(jī)處理地下障礙物的技術(shù)要點(diǎn)，提出了施工控制的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，可供設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)量控制等技術(shù)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：全回轉(zhuǎn)CD機(jī)? 地下工程? 清障技術(shù)? 應(yīng)用研究

Research on Obstacle Clearing Technology and Application of Full Rotary CD Machine

ZHAO Zihong

（Linyi City Management Bureau Municipal Management Service Center， Linyi， Shandong Province， 276000 China）

Abstract： With the acceleration of the urbanization process， in the construction of piles， underground passage and other concealed foundation works in the existing urban areas， the original abandoned concrete piles， stone foundations， pipes and other underground obstacles will affect the normal construction. Therefore， these obstacles must be detected and removed in time before construction. Combined with the example of obstacle removal construction of Binhe Road Underpass project in Linyi City， this paper analyzes and studies the technical key points of treating underground obstacles with full rotary CD machine， and puts forward the key technical problems of construction control， which can be used as a reference for technicians in design， construction， supervision and quality control.

Key Words： Full-back CD machine; Underground engineering; Removal technology;? Application study

1工程概況

臨沂市位于山東省東南部，沂河、祊河穿城而過(guò)，建成于2005年前后的“兩河四岸”的濱河路工程城區(qū)段長(zhǎng)度約100km。近年來(lái)，為方便通行，沿濱河路改擴(kuò)建了多處下穿通道。通道改建工程地處河邊狹長(zhǎng)地帶，地下水與河水相通，致使該區(qū)域地下水位較高，水壓力較大。同時(shí)改建通道距離周邊建筑物及市政管線較近，根據(jù)歷史尋訪記錄和地質(zhì)勘探資料，多處地段存在地下障礙物影響新建工程施工，受施工現(xiàn)場(chǎng)影響，常規(guī)大開(kāi)挖等施工方法無(wú)法滿(mǎn)足施工場(chǎng)地要求。經(jīng)多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性分析論證，最終確定采用全回轉(zhuǎn)CD機(jī)地下清障技術(shù)清除地下障礙物。

2工法原理

地下清障工法的類(lèi)型很多，名稱(chēng)也很多，如RT工法、超級(jí)工法、全回轉(zhuǎn)CD工法、MACD工法等。針對(duì)地下埋深較深，普通開(kāi)挖無(wú)法實(shí)施的廢棄障礙物，主要采用全套管全回轉(zhuǎn)旋切鉆機(jī)（即全回轉(zhuǎn)CD機(jī)），其主要施工原理是利用旋切鉆機(jī)回轉(zhuǎn)的強(qiáng)大動(dòng)力產(chǎn)生的壓力和扭矩驅(qū)動(dòng)鋼套管回轉(zhuǎn)360°，同時(shí)將鋼套管壓入地下造孔。驅(qū)使鋼套管管口的合金鉆頭對(duì)土壤、巖石、混凝土塊及金屬物體等障礙物切削破碎，之后用液壓沖抓斗將鋼套管內(nèi)破碎障礙物清出，利用鋼套管護(hù)壁作用，保護(hù)周?chē)R近基礎(chǔ)不受擾動(dòng)，確保清障工作在鋼套管內(nèi)順利完成^[1]。全回轉(zhuǎn)旋切鉆機(jī)功率極大，可切碎鋼筋、混凝土、塊石等堅(jiān)硬物體。全回轉(zhuǎn)工法使用的鋼套管，則根據(jù)工程清障范圍的需要，直徑最小0.8m，最大可至3.0m。

3工程施工

3.1改建通道和清障

改建通道工程位于沂河岸邊，地下水位較高，隨著深度的增加存在一定的水壓力。根據(jù)歷史尋訪記錄和地質(zhì)勘探資料，沿途基坑內(nèi)多處存在廢棄的防汛拋石、混凝土塊、引水管道等形成地下障礙物，主要是河道原防汛墻的塊石基礎(chǔ)、混凝土管道和建筑物樁基等，埋深在7～11m，且有部分障礙物正好位于通道主體結(jié)構(gòu)下。同時(shí)改建通道距離周邊建筑物及市政管線較近，最遠(yuǎn)處不超過(guò)3m，有的地方幾乎緊鄰建筑物，常規(guī)清障方法無(wú)法應(yīng)用于本工程。經(jīng)多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性分析論證，最終確定采用全回轉(zhuǎn)CD機(jī)地下清障設(shè)備清除地下障礙物。

（1）詳勘確定障礙物。對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)地下管線比較復(fù)雜的地段，清障前需要在清障區(qū)域開(kāi)挖管線樣槽，查明障礙物現(xiàn)狀情況，如有管線，要明確是否報(bào)廢才能進(jìn)行施工^[2]。在考慮未知清障工作量較大的情況下，采用150型地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)地下障礙物進(jìn)行詳細(xì)勘探，根據(jù)詳勘資料確定障礙物清除范圍?？碧娇孜怀拭坊ㄐ尾贾?，延長(zhǎng)米方向間距1.0m，探障深度為6～16m。

（2）布置清障孔位。遵循先探后清的要求，對(duì)暫時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)障礙物的區(qū)域再進(jìn)行加密補(bǔ)探。清障孔位根據(jù)邊墻厚度布置，地下墻厚小于0.8m的采用1.8m或2.0m單排清障套管（搭接800mm）施工，地下墻厚大于0.8m的采用1.5m雙排清障套管（搭接400mm）施工。

（3）設(shè)備就位。由于CD機(jī)整套設(shè)備重量較大，且工作時(shí)受力較大，因此施工前要采取工程措施，提高地基承載力，使場(chǎng)地具有足夠的承載力來(lái)滿(mǎn)足施工設(shè)備安全穩(wěn)固的要求^[3]。由測(cè)量人員精確放樣清障孔位，用100t履帶起重機(jī)固定安裝定位鋼板，將35t回轉(zhuǎn)鉆機(jī)固定在底板上，在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)上套上反力架，然后將100t履帶起重機(jī)壓在反力架上，起到穩(wěn)定回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的作用。鉆機(jī)就位后要隨時(shí)觀察和調(diào)整水平度，確保施工時(shí)套管垂直度不低于1/300。

3.2套管壓入和鉆進(jìn)

（1）放入端部套管。用100t履帶起重機(jī)將10m長(zhǎng)套管對(duì)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)中心放入，首節(jié)套管對(duì)整孔的垂直精度影響較大，必須精準(zhǔn)壓入。第一節(jié)套管頂部安裝合金鉆頭，可以隨著套管壓入旋轉(zhuǎn)切削破碎障礙物。首先讓主夾盤(pán)抓住鋼套管，再將鋼套管前端插入輔助夾盤(pán)，推力油缸收縮放下鋼套管，要防止鉆頭碰撞輔助夾盤(pán)，確保夾緊套管在起重機(jī)將鋼套管吊起懸空狀態(tài)下盡快完成。

（2）套管自重壓入。發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整盤(pán)調(diào)至“6”時(shí)為高速狀態(tài)（速度調(diào)整盤(pán)為“10”時(shí)為低速狀態(tài)），回轉(zhuǎn)速度為中等，向左調(diào)整液壓動(dòng)力鉆的“壓力調(diào)整盤(pán)”，調(diào)整液壓回路在打開(kāi)狀態(tài)，保持“壓拔按鈕”處于“壓入”狀態(tài)，此時(shí)推力油缸不供油，完全由鋼套管自身重力驅(qū)使推力油缸下降到的最大行程。為了不擾動(dòng)套管周邊地基，防止造成鉆機(jī)下方地基松動(dòng)坍塌，初期插入時(shí)要更多地利用套管自身重力下壓，盡量不要讓套管上下運(yùn)動(dòng)。只有當(dāng)自重壓入且速度逐漸變慢時(shí)，才可增加機(jī)械壓入力^[4]。

自重壓入力的計(jì)算公式為：

壓入力（自重）F=鉆機(jī)（部分）自重（W₁）+鋼套管自重（W₂）

（3）套管靜壓回轉(zhuǎn)。采用楔形夾緊機(jī)構(gòu)將鋼套管固定在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)支承環(huán)上，鋼套管和楔形夾緊機(jī)構(gòu)的咬合與松開(kāi)用夾緊油缸控制。夾緊油缸向上松開(kāi)時(shí)楔形夾緊機(jī)構(gòu)隨同夾緊油缸一同向上提升;向下收縮夾緊油缸時(shí)，楔形夾緊機(jī)構(gòu)也隨著油缸同步下降，從而將鋼套管和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)支承牢固咬合。用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鋼套管回轉(zhuǎn)，將主動(dòng)小齒輪動(dòng)力由從動(dòng)輪傳遞到回轉(zhuǎn)支承外圈的環(huán)形齒輪上，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承在套管周?chē)剞D(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)支承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩通過(guò)楔形夾緊機(jī)構(gòu)再傳遞到鋼套管上，帶動(dòng)鋼套管回轉(zhuǎn)。因?yàn)槲挥阢@機(jī)固定部分的夾緊油缸不與套管一起回轉(zhuǎn)，從而使液壓管始終處于接續(xù)狀態(tài)，回轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)須將夾緊油缸和液壓管分離，這可以大大提高鉆進(jìn)效率。

當(dāng)自重壓入速度逐漸變慢后，向右調(diào)整液壓動(dòng)力站“壓入力調(diào)整盤(pán)”，推力油缸由液壓油缸供油，使液壓漸漸升高，并保持“壓拔按鈕”處于“壓入”狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)為液壓壓入模式，壓入力的計(jì)算公式為：

壓入力F=鉆機(jī)（部分）自重（W₁）+鋼套管自重（W₂）+液壓力（p）;

且壓入力F>周?chē)鼗ψ枇Γ?em>R）+鋼套管前端阻力（D）。

施工過(guò)程中必須對(duì)鉆頭負(fù)荷進(jìn)行控制，當(dāng)單個(gè)鉆頭負(fù)荷超過(guò)4t時(shí)，施工時(shí)鉆頭會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊及振動(dòng)，證明鉆頭處于過(guò)載狀態(tài)，這時(shí)需要利用“B-CON機(jī)構(gòu)”讓拉拔油缸供油來(lái)，稍稍提起鋼套管，減輕鉆頭負(fù)荷。主要是根據(jù)測(cè)量計(jì)算的鋼套管自身重力W_c、鉆機(jī)部分重量W_m（約25t）及周?chē)馏w的表面摩阻力F是否匹配來(lái)確定鉆頭負(fù)荷。調(diào)整拉拔油缸壓力的大小來(lái)控制鉆頭負(fù)荷，讓鉆頭在設(shè)定負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行回轉(zhuǎn)切削破碎作業(yè)。為減少鋼套管與鉆孔周?chē)馏w鉆進(jìn)的摩擦阻力，必須使鋼套管在不小于360°旋轉(zhuǎn)的同時(shí)壓入基礎(chǔ)，使鋼套管頂部的合金鉆頭切削破碎障礙物，進(jìn)行正常施工作業(yè)。

（4）套管內(nèi)挖掘。選用對(duì)應(yīng)鋼套管直徑的沖抓斗來(lái)排除回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)切削施工產(chǎn)生的渣土及破碎的障礙物，沖抓斗直徑有2000mm、1800mm、1500mm、1200mm、1000mm、800mm等多種規(guī)格，最大重量可達(dá)到6.1t，容積0.4m³，高度4.0m，可適用于不同地質(zhì)條件下的障礙物挖掘需求。

一般單節(jié)套管長(zhǎng)度10m，當(dāng)障礙物深度大于10m時(shí)，需要接長(zhǎng)套管，在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)上對(duì)接，先用履帶起重機(jī)將套管回直，再用用高強(qiáng)螺栓逐節(jié)連接套管。

（5）障礙物清除。利用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清理塊石時(shí)，將帶有合金鉆頭的鋼套筒用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)壓入到塊石表面，利用鋼套筒的自身重力將鋼套管回轉(zhuǎn)下壓，穿越塊石層，對(duì)于進(jìn)入鋼套管內(nèi)的破碎塊石可以用沖抓斗抓出清除。其他破碎的障礙物可以用多頭抓斗清除。多頭抓斗的構(gòu)成有配重、連桿、導(dǎo)向板等固定設(shè)備及大型螺旋鉆頭等，用100t起重機(jī)將多頭抓斗吊入鋼套管內(nèi)，慢慢放到清理挖掘工作面的底部，施工時(shí)一邊回轉(zhuǎn)鋼套管一邊壓入，在RT動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下多頭抓斗和鋼套管同步回轉(zhuǎn)，各種障礙物就會(huì)被前端帶有合金鉆頭的螺旋鉆切削破碎，然后抓出外運(yùn)^[5]。

依次按照上述工序壓入鋼套管、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、切削破碎作業(yè)、清除鋼套管內(nèi)的破碎障礙物，直到基礎(chǔ)底部原狀土，才可確認(rèn)完成清障工作。

（6）鋼套管拔出及回填。在確定鉆進(jìn)施工工作面達(dá)到設(shè)計(jì)基礎(chǔ)高程，同時(shí)全部清除完破碎的障礙物后，再用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)自上而下反向回轉(zhuǎn)逐節(jié)拔出套管，同時(shí)用挖掘機(jī)將優(yōu)質(zhì)原狀土或低摻量的水泥土從鋼套管孔口回填至清障孔內(nèi)。為保證回填土體密實(shí)度，要邊回填邊反回轉(zhuǎn)拔出鋼套管并分層用重錘夯實(shí)回填土，要緩慢拔出最后一節(jié)鋼套管，確?；靥钔馏w密實(shí)，直至回填到地面，完成單孔清障施工^[6]。

4清障工程量（見(jiàn)表1）

5施工優(yōu)點(diǎn)

5.1對(duì)相鄰地基土體擾動(dòng)小

相對(duì)于大開(kāi)挖等其他清障措施，采用全回轉(zhuǎn)CD機(jī)地下清障設(shè)備清除地下障礙物全過(guò)程施工都是在鋼套管內(nèi)進(jìn)行破碎清障并及時(shí)回填封孔，不破壞相鄰地基原狀土，對(duì)地下土體不產(chǎn)生擾動(dòng)。同時(shí)，用鋼套管支撐孔壁，在鋼套管周邊的土體應(yīng)力釋放前，就已經(jīng)將障礙物清除并及時(shí)封孔回填，對(duì)相鄰構(gòu)筑物基礎(chǔ)無(wú)影響?？梢怨?jié)約施工空間和時(shí)間，滿(mǎn)足城區(qū)狹小空間施工要求^[7]。

5.2清障范圍廣，施工安全質(zhì)量可靠

該工法根據(jù)工程地基基礎(chǔ)需要可以清除各類(lèi)地下障礙物，比如不同規(guī)格、埋深環(huán)境復(fù)雜、常規(guī)清除施工難度較大的廢棄混凝土樁基、舊混凝土管道、樹(shù)樁木塊、塊石砌體等各種形式障礙物。

5.3清障效率高、可以確保新建工程順利施工

可以根據(jù)新建工程需要對(duì)障礙物局部破碎切割或?qū)⒄系K物整體破碎清除，確保后續(xù)工程順利施工，清障施工和新建工程施工過(guò)程效率高、風(fēng)險(xiǎn)較小。

5.4滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保要求

該工法在清障施工全過(guò)程中，占用場(chǎng)地面積小，設(shè)備產(chǎn)生的噪音低，沒(méi)有外排泥漿，不影響周邊施工環(huán)境，且清障速度快，檢測(cè)方法簡(jiǎn)便，質(zhì)量效果明顯，達(dá)到了預(yù)期效果。

6幾點(diǎn)體會(huì)

（1）在編制具體施工方案時(shí)，要搜集鄰近建筑和地下埋設(shè)物歷史和現(xiàn)狀資料，掌握?qǐng)龅氐墓こ痰刭|(zhì)、水文地質(zhì)和地下障礙物的整體情況。

（2）施工方案確定后，應(yīng)結(jié)合工地實(shí)際情況選擇有代表性地段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)性施工，以確定最優(yōu)施工參數(shù)。

（3）清障范圍一般為圍護(hù)結(jié)構(gòu)或坑內(nèi)樁位，需精確定位后才能施工。

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