泥質(zhì)粉砂巖層地下連續(xù)墻成槽工藝與設(shè)備的選擇

莫?jiǎng)?/p>

廣州市盾建建設(shè)有限公司 廣東 廣州 511400

引言

廣州地區(qū)軟巖巖層主要為泥質(zhì)砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，在軟巖地層的地連墻施工中，該巖層既因?yàn)楹噘|(zhì)有一定塑性，又在一定深度中風(fēng)化巖層具有較硬的強(qiáng)度，在連續(xù)墻施工機(jī)械越來(lái)越豐富的今天，如何在沖孔樁、旋挖鉆、液壓抓斗和雙輪銑槽機(jī)之間選擇和配置并采用適當(dāng)?shù)某刹酃に嚕岣哌B續(xù)墻的成槽效率，是一個(gè)值得研究的課題。

廣州市軌道交通十八號(hào)線(xiàn)沙溪站北端左線(xiàn)盾構(gòu)井、沙溪站～石榴崗站1#盾構(gòu)井，位于番禺區(qū)沙溪大道與橋東路交叉口西北側(cè)，左線(xiàn)盾構(gòu)始發(fā)井總長(zhǎng)度130.3m，基坑深度29.8m；右線(xiàn)1#盾構(gòu)井總長(zhǎng)130m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約29.2m；圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1200厚連續(xù)墻，平均深度約33.5m，共110幅。

為達(dá)到工程工期目標(biāo)，盡快提供盾構(gòu)始發(fā)條件，加快圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工速度和工效，本工程采用了多種成槽設(shè)備，計(jì)有雙輪銑、旋挖鉆、液壓抓斗、沖孔樁機(jī)等，其中雙輪銑有土力SC135和徐工XTC8055兩種型號(hào)，液壓抓斗有中車(chē)TG50、徐工XG600D兩種型號(hào)，旋挖鉆有寶峨BG38、徐工XR360、中聯(lián)ZR360、三一SR405四種型號(hào)。根據(jù)配置的設(shè)備采用了多種的成槽工藝，并且根據(jù)不同型號(hào)的性能參數(shù)進(jìn)行了不同成槽工藝的各種嘗試，取得了一定的現(xiàn)場(chǎng)成槽施工實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)廣州地區(qū)軟巖地層連續(xù)墻成槽的設(shè)備選型和工藝選擇有一定的參考意義。

1 地質(zhì)情況

本工程地貌屬于珠江三角洲沖積平原（濱海沉積區(qū)），地勢(shì)低平，地下水位較高。地層結(jié)構(gòu)主要有雜填土、淤泥質(zhì)土，粉細(xì)砂和中粗砂，基巖為粉砂質(zhì)泥巖。其中粉細(xì)砂層、中粗砂層平均厚度約為7m，深度為9～17m范圍，泥質(zhì)粉砂巖中風(fēng)化巖面線(xiàn)平均深度為22m，連續(xù)墻平均入巖厚度為11m。

泥質(zhì)粉砂巖地質(zhì)特征如下：

中風(fēng)化層：巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，巖芯塊狀～短柱狀，局部為長(zhǎng)柱狀狀，巖質(zhì)較軟，錘擊易碎。近似RQD為15%～30%，巖石飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)13.3Mpa，巖體完整性指數(shù)為0.71，為較完整巖體[1]。

微風(fēng)化層：層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈短柱狀，部分為長(zhǎng)柱狀，巖質(zhì)較軟，該巖體近似RQD約為60～90%，巖體較完整。巖石飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)21Mpa，屬軟巖，基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ類(lèi)。

2 不同機(jī)械組合的成槽工藝實(shí)施情況

2.1 抓銑結(jié)合成槽工藝實(shí)施效果

本工程沙溪站北端左線(xiàn)盾構(gòu)井采用了液壓抓斗+雙輪銑的抓銑結(jié)合成槽工藝，液壓抓斗型號(hào)中車(chē)TG50，雙輪銑型號(hào)土力SC135，最初配復(fù)合式雙輪轂（標(biāo)準(zhǔn)截齒輪轂），后換葉片式輪轂。

根據(jù)雙輪銑刀架和抓斗斗體尺寸和作業(yè)時(shí)的特性，我們?cè)趯?shí)際施工時(shí)，一序槽切割寬度為6.8m（2.8+1.2+2.8），鋼筋籠工字鋼中對(duì)中6.0m，一序槽工字鋼外側(cè)采用沙包回填，工字鋼腹板到側(cè)壁寬40cm。施工時(shí)，每一刀首先采用液壓抓斗抓?、邔右陨系耐翆樱M(jìn)入⑦層以后，采用雙輪銑槽機(jī)銑削成槽，最后利用雙輪銑清孔。

抓斗施工在左線(xiàn)一般施工深度在17～21m，最深24m，平均每刀抓斗施工時(shí)間為3～4h。

在本工程施工中，淤泥質(zhì)土層、粉砂質(zhì)泥巖層特殊巖土特征對(duì)雙輪銑成槽施工影響較大，表現(xiàn)在于兩個(gè)方面：

一是粉砂質(zhì)泥巖膠結(jié)顆粒細(xì)小，泥質(zhì)、鈣質(zhì)含量大，浸水軟化，在成槽過(guò)程中，巖層中的泥質(zhì)、鈣質(zhì)易以膠體形態(tài)融入泥漿中，使泥漿黏度增加，篩分系統(tǒng)很難對(duì)高黏度泥漿進(jìn)行有效篩分，從而使槽中循環(huán)的泥漿的比重和黏性大幅增加。

二是粉砂質(zhì)泥巖為軟巖，巖性表現(xiàn)為塑性，在雙輪銑進(jìn)行成槽銑削時(shí)，巖層很難以塊狀脫落，往往只是在巖層面形成一道道劃痕，銑齒未銑削到的地方就會(huì)越來(lái)越高，最后將整個(gè)銑輪托住，致使銑輪無(wú)法進(jìn)尺。隨著泥漿的黏性增加，銑削下來(lái)的碎屑不能及時(shí)的分離出去，從而使整個(gè)銑輪逐漸的被粘泥糊住，最終銑輪失去對(duì)巖層的破碎功能。

采取措施有效減少在淤泥質(zhì)土層、粉砂質(zhì)泥巖層的糊輪機(jī)會(huì)，是提高雙輪銑成槽工效的有效途徑。

以下是沙溪站北端左線(xiàn)盾構(gòu)井抓銑結(jié)合施工槽段用時(shí)記錄：

表1 部分抓銑結(jié)合施工槽段用時(shí)記錄

（續(xù)表）

綜合以上數(shù)據(jù)：

2.1.1 適合泥巖等軟巖地層的輪轂可以有效減少糊輪的次數(shù)。使用葉片式輪轂后糊輪概率比使用標(biāo)準(zhǔn)截齒輪轂減少了

2/3。

葉片式輪轂齒座較長(zhǎng)，呈葉片式，銑齒前端配錐齒，既有利于對(duì)巖體的銑削，又使巖石碎屑在巖體與輪轂之間有較長(zhǎng)的距離和較大的空間，減少了銑削后的巖屑在巖體和輪轂之間的擠壓，增加了巖屑從輪轂脫落的機(jī)會(huì)，從而減少雙輪銑在軟巖中出現(xiàn)糊輪現(xiàn)象。

2.1.2 采用提拔力更大的液壓抓斗，盡可能增加抓土成槽深度，減少雙輪銑在強(qiáng)風(fēng)化地層的作業(yè)層厚，也可以有效減少糊輪的次數(shù)。

根據(jù)實(shí)際施工記錄，在進(jìn)入真正中風(fēng)化層后，雙輪銑幾乎沒(méi)有存在糊輪現(xiàn)象，糊輪最頻繁的時(shí)段是在全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化層。

2.1.3 要采取多種措施改善泥漿性能，降低泥漿黏度，以加速泥漿的沉淀。

可以采用加水稀釋、在泥漿中添加絮凝劑、制備新漿時(shí)減少膨潤(rùn)土的百分比、必要時(shí)增加泥漿箱存儲(chǔ)容量對(duì)泥漿粉細(xì)顆粒進(jìn)行再次篩分等手段改善泥漿性能[2]。

2.2 旋挖鉆+抓斗+雙輪銑配合成槽

沙溪站北端右線(xiàn)1#盾構(gòu)井采用了旋挖鉆+液壓抓斗+雙輪銑結(jié)合成槽工藝，液壓抓斗型號(hào)金泰SG60、徐工XG600D，旋挖鉆有寶峨BG38、徐工XR360、三一SR405三種型號(hào)，雙輪銑采用徐工XTC8055。

右線(xiàn)1#盾構(gòu)井巖面稍淺，中風(fēng)化巖面線(xiàn)平均深度為21m，連續(xù)墻平均入巖厚度為12m。在右線(xiàn)1#盾構(gòu)井連續(xù)墻成槽做了3種方式的嘗試：一是旋挖鉆引孔，抓斗直接成槽，一序槽每個(gè)槽段四個(gè)孔，引孔中心間距2.0m，二序槽除接頭孔外，槽段中間引一個(gè)孔，共3個(gè)孔，由于采用了提拔力更大的SG60抓斗，部分槽段抓斗直接施工到墻底成槽；二是部分槽段引孔后抓斗不能施工到底的，剩余部分采用徐工XTC8055成槽；三是旋挖鉆密排引孔，最后用刷壁器修邊成槽。

根據(jù)已完成的20幅連續(xù)墻統(tǒng)計(jì)，徐工XR360、中聯(lián)ZR360旋挖鉆引孔單孔32.5m平均10個(gè)小時(shí)，寶峨38旋挖鉆單孔平均約6h，液壓抓斗平均可以施工至29m，每刀有效作業(yè)時(shí)間用時(shí)7～8h，徐工XTC8055雙輪銑平均每小時(shí)進(jìn)尺0.8m，各種機(jī)械平均每個(gè)槽段總有效作業(yè)用時(shí)超80h。

旋挖鉆+抓斗+雙輪銑配合成槽存在以下影響成槽工效的因素：

2.2.1 旋挖鉆引孔垂直度控制難度高，在20m以下往往存在偏孔，給液壓抓斗施工增加了難度，抓斗和雙輪銑每一刀糾偏用時(shí)都在5h以上。

2.2.2 利用寶峨BG38采用密排引孔直接成槽的方法做了一個(gè)試驗(yàn)槽段（E4），作業(yè)用時(shí)50h，隨后采用刷壁器修邊，但出現(xiàn)卡鉆，沒(méi)有成功，隨后重新采用徐工XTC8055雙輪銑修邊。

2.2.3 徐工XTC8055雙輪銑最初采用標(biāo)準(zhǔn)截齒輪轂施工一個(gè)槽段，抓斗施工至16m，但16m以下雙輪銑施工糊輪嚴(yán)重，平均每小時(shí)提刀架清理泥餅一次，最高頻率達(dá)一個(gè)臺(tái)班16次，平均每30min一次，該槽段總耗時(shí)8d，且垂直度偏差較大，回填后重新采用沖孔樁機(jī)成槽。后其他槽段采用板齒輪轂，大大減少了糊輪幾率。平均每個(gè)槽段糊輪次數(shù)不到1次，有一半的槽段自始至終都沒(méi)有出現(xiàn)糊輪。

2.3 沖抓結(jié)合成槽

沙溪站北端左線(xiàn)盾構(gòu)井采用抓銑結(jié)合完成一序槽段，二序槽段采用了沖抓結(jié)合的成槽方法，利用沖孔樁機(jī)處理工字鋼接頭孔，再于中間位置引一個(gè)主孔，主孔完成后，利用徐工SG600D抓斗成槽，直至抓不動(dòng)，再利用沖孔樁機(jī)成孔，抓斗修邊。部分槽段利用沖孔樁機(jī)沖主副孔直接成槽。

綜合沖孔樁引孔工效，在17m以上部分，每小時(shí)進(jìn)尺0.6m～0.8m，17m以下部分，每小時(shí)進(jìn)尺0.2～0.3m。一幅6.0m標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)墻，配置兩臺(tái)沖孔樁機(jī)和一臺(tái)徐工SG600D液壓抓斗，抓斗平均施工29m，平均施工時(shí)長(zhǎng)約20h，沖孔樁機(jī)約60h，一個(gè)槽段有效作業(yè)時(shí)間80h。

在泥質(zhì)粉砂巖地層沖抓結(jié)合成槽影響成槽工效的最主要因素在于泥質(zhì)地層的塑性和泥漿的質(zhì)量。

泥質(zhì)粉砂巖膠結(jié)含豐富泥質(zhì)和鈣質(zhì)，在沖錘沖擊破裂后，浸水軟化，在泥漿濃度和黏度較高的情況下，泥漿攜帶的顆粒難以及時(shí)沉淀分離，高濃度的泥漿又不能為碎屑及時(shí)提供水分軟化稀釋?zhuān)率箾_擊破碎后的巖屑不能及時(shí)通過(guò)泥漿循環(huán)帶離接觸面，經(jīng)反復(fù)沖擊擠壓后，形成具有一定彈性的膠體，沖錘與巖面之間由于這部分膠體的緩沖，會(huì)大大降低沖錘對(duì)巖石的破碎能力，猶如彈簧，致使沖擊成孔進(jìn)尺緩慢。增加泥漿分離設(shè)備、及時(shí)加水稀釋改善泥漿性能，有助于增加成孔的效率[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比各種機(jī)械組合在連續(xù)墻成槽施工中的工效，在泥質(zhì)粉砂巖地層成槽施工工藝中，液壓抓斗+雙輪銑結(jié)合成槽是在泥質(zhì)粉砂巖地層連續(xù)墻成槽效率最高的一種組合，平均工效約是旋挖鉆引孔+抓斗成槽+雙輪銑配合成槽組合的6倍，約是沖抓結(jié)合成槽的10倍（一臺(tái)樁機(jī)+一臺(tái)抓斗）。

采用板齒輪轂+鏟泥板、改善泥漿質(zhì)量等措施的使用有助于降低雙輪銑在泥質(zhì)地層的糊輪概率，提高成槽工效。

垂直度控制、密排引孔后的修邊卡鉆是旋挖鉆引孔在連續(xù)墻成槽中影響工效的一個(gè)重要原因。

在軟巖地層，采用雙輪銑槽機(jī)成槽時(shí)，引孔工藝對(duì)于提高成槽效率效果不顯著，提高抓斗取土深度，減少糊輪概率，可以有效提高雙輪銑槽機(jī)成槽工效。