濱海地區(qū)上軟下硬地層地下連續(xù)墻成槽鉆銑組合施工研究

曹仲良

（中電建南方建設(shè)投資有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 工程背景

深圳至惠州城際鐵路前海保稅區(qū)至坪地段西麗站為地下三層，局部四層，雙島四線車站，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1000mm/1200mm地下連續(xù)墻及?1000mm@750咬合樁，圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度28m～34m，基坑采用蓋挖逆作法施工。工程地質(zhì)從上到下依次為素填土、雜填土、礫砂、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中微風(fēng)化花崗巖，地下連續(xù)墻平均入中風(fēng)化巖深度為3m，入微風(fēng)化巖深度為5m。根據(jù)地質(zhì)勘查資料，中風(fēng)化花崗巖實測飽和單軸抗壓強(qiáng)度值17.1MPa～87.2MPa，巖體實測飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為57.9MPa，為較硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級，RQD=60%。微風(fēng)化花崗巖實測飽和單軸抗壓強(qiáng)度值為47.2MPa～104.5MPa，平均值為76.7MPa，為堅硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅱ級，RQD=80%。

1.2 成槽工法

該車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)入巖深度較深，巖體硬度較高，常規(guī)地連墻成槽方式主要采用成槽機(jī)配合沖擊鉆、旋挖鉆等設(shè)備，該方法主要針對巖體飽和抗壓強(qiáng)度低、完整性指數(shù)較低的巖層，對巖體強(qiáng)度高、完整性好或由于巖體節(jié)理面不平整等易產(chǎn)生偏孔、卡錘、垂直度不易控制，一旦發(fā)生偏孔很難糾偏，成槽效率低等問題，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。根據(jù)該工程地質(zhì)特點、入巖深度及巖體強(qiáng)度，選用液壓抓斗+旋挖鉆機(jī)引孔+雙輪銑槽機(jī)組合成槽方式，對全強(qiáng)風(fēng)化巖層及土層采用液壓抓斗抓槽，中微風(fēng)化巖層采用旋挖鉆機(jī)引孔+雙輪銑鉆銑結(jié)合的成槽工藝。地下連續(xù)墻鉆銑組合成槽施工工法主要原理：硬巖地連墻在每槽段銑槽作業(yè)前，利用平行作業(yè)時間在待銑位置，先用旋挖鉆根據(jù)幅寬及巖面傾斜度施工多個先導(dǎo)孔，然后再使用雙輪銑槽機(jī)沿引孔進(jìn)行銑削成槽。針對巖體實測飽和單軸抗壓強(qiáng)度值范圍，選擇不同的先導(dǎo)孔布孔方式，減少雙輪洗槽機(jī)鉆齒磨損，充分發(fā)揮雙輪銑的硬巖成槽優(yōu)勢，提高成槽施工效率。

2 施工要點

2.1 施工工藝流程

導(dǎo)墻施工→泥漿制備→旋挖鉆引孔→液壓抓斗成槽機(jī)成槽（土層）→雙輪銑槽機(jī)成槽（巖層）→刷壁→驗槽、清孔、鋼筋籠吊裝→混凝土灌注?！般@銑法”施工示意圖如圖1所示。

圖1 “鉆銑法”成槽工藝流程

2.2 施工要點

為保證成槽機(jī)、雙輪銑、鋼筋籠進(jìn)出順利，導(dǎo)墻需外放50 mm～100 mm，其凈距允許偏差為±10 mm，導(dǎo)墻中心線應(yīng)與地下連續(xù)墻軸線重合，軸線允許偏差為±10 mm。導(dǎo)墻頂標(biāo)高比地面高100 mm，導(dǎo)墻深度大于2 m時，須放坡開挖，混凝土澆筑完畢后，采用黏土夯實，嚴(yán)防漏漿，防止地表水深入槽內(nèi)，引起槽壁坍塌。

采用銑鉆結(jié)合工法的泥漿制備根據(jù)硬巖上部軟土地層特性，改善泥漿性能，適當(dāng)增大泥漿密度，提高泥漿黏度，增大槽內(nèi)泥漿壓力，施工中及時補(bǔ)漿，始終保持泥漿液面穩(wěn)定，保證泥漿液面比地下水位高0.5 m～1.0 m。由于旋挖鉆在硬巖引孔過程中對槽壁會產(chǎn)生較大振動干擾，采用以甲基膨潤土為主、羧甲基納纖維素等增稠劑為輔的泥漿材料，同時應(yīng)注意泥漿用水應(yīng)將pH值調(diào)直中性或弱堿性。

導(dǎo)墻施工完畢后在預(yù)開槽段先采用大功率旋挖鉆進(jìn)行引孔，為雙輪2個銑輪作業(yè)創(chuàng)造臨空面，提高銑齒破巖效率。該工程槽段長度為6 m，雙輪銑槽機(jī)每銑作業(yè)空間長度為2.8 m，根據(jù)槽段巖體實測飽和單軸抗壓強(qiáng)度值的不同，結(jié)合雙輪銑每銑的作業(yè)長度，將旋挖鉆引孔劃分為單銑單引孔、單銑雙引孔及均布引孔3種布孔方式，每種引孔布置方式如下：1）當(dāng)巖體強(qiáng)度在40 MPa以下，在施工槽段每個單銑空間內(nèi)施工一個引孔，采用單銑單引孔布孔方式，如圖2所示。2）當(dāng)巖體強(qiáng)度為40 MPa～60 MPa時，在施工槽段第一、第二銑位置各施工2個引孔，采用單銑雙引孔布孔方式，如圖3所示。3）當(dāng)巖體強(qiáng)度在60 MPa以上時，在施工槽段采用均布布孔的方式進(jìn)行引孔，如圖4所示，當(dāng)巖體巖體完整且強(qiáng)度值越大，盡可能增加引孔數(shù)量。

圖2 單銑單引孔示意圖（單位：mm）

圖3 單銑雙引孔示意圖（單位：mm）

圖4 均布引孔示意圖（單位：mm）

旋挖鉆鉆齒根據(jù)巖體的強(qiáng)度選用高強(qiáng)合金截齒或合金牙輪齒，當(dāng)巖體飽和抗壓強(qiáng)度≤40 MPa時選用截齒，如圖5所示；當(dāng)巖體飽和抗壓強(qiáng)度大于40 MPa時使用牙輪齒，如圖6所示。

圖5 旋挖鉆合金截齒鉆桶

圖6 旋挖鉆牙輪齒鉆桶

根據(jù)上述不同槽段巖體飽和抗壓強(qiáng)度所選擇的引孔分布原則，綜合考慮西麗站巖體完整性、巖石平均飽和抗壓強(qiáng)度，采用第三種均布布孔方式。同時結(jié)合槽段在實際施工中順序分為首開槽、順開槽、閉合槽槽3種類型，如圖7所示，施工中對3種槽段布孔方式進(jìn)行細(xì)分，如圖8～圖10所示，同時需考慮首開幅槽段尺寸外放等。

圖7 槽段類型

首開槽須考慮二期相鄰槽段銑槽空間及墻體結(jié)構(gòu)銜接，施工槽段設(shè)計長度6 m，槽段實際開挖長度應(yīng)大于設(shè)計長度，旋挖鉆引孔采用均布布孔方式，引孔范圍應(yīng)進(jìn)入相鄰兩個槽段每側(cè)不小于600 mm，依次完成5個引孔，如圖8所示。

圖8 首開槽引孔分布（單位：mm）

與首開槽銜接的順開槽須考慮下一相鄰槽段銑挖空間及墻體結(jié)構(gòu)銜接，引孔范圍應(yīng)進(jìn)入下一槽段不小于600mm，均布布孔，依次完成4個引孔，如圖9所示。

圖9 順開槽引孔分布（單位：mm）

順開槽之間的閉合槽兩端在上兩個槽段已完成引孔并銑挖完成，在剩余未開挖范圍均布布孔，依次完成3個引孔，如圖10所示。

圖10 閉合槽引孔分布（單位：mm）

雙輪銑設(shè)備主要由4個部分組成：起重設(shè)備、銑槽機(jī)、泥漿制備以及篩分系統(tǒng)等，成槽原理是通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動下部兩個輪軸轉(zhuǎn)動水平切削、破碎地層，采用反循環(huán)出碴，工作時利用2組液壓馬達(dá)帶動銑輪反向低速轉(zhuǎn)動，削切與銑輪接觸的巖石，使銑齒將巖石破碎成小塊并由兩銑輪中間位置的泥漿泵吸出巖渣、泥漿，經(jīng)篩分系統(tǒng)及泥漿泵站循環(huán)處理后返回槽內(nèi)，雙輪銑最大成槽深度可達(dá)150 m，一次成槽厚度為800 mm～2800 mm 。常用的雙輪銑設(shè)備主要有德國寶娥、意大利卡沙特蘭、法國索萊唐成槽機(jī)、國產(chǎn)徐工及上海金泰，成槽原理基本相同。

雙輪銑槽機(jī)的銑頭部分安裝了一定數(shù)量的用于采集各類數(shù)據(jù)的傳感器，操作人員可以通過觸摸屏很直觀地看到雙輪銑槽機(jī)的工作狀態(tài)（銑頭的垂直狀況、銑削的深度、銑頭受力）并傳回操作室。操作員可以針對不同地層設(shè)定銑頭的下降速度，通過控制銑頭所受的壓力來減少在銑頭沿高度的左右兩側(cè)各安2塊導(dǎo)向板，前后兩側(cè)各安裝4塊糾偏板。操作員通過觸屏控制液壓千斤頂系統(tǒng)伸出或縮回導(dǎo)向板、糾偏板，調(diào)整銑頭的姿態(tài)并調(diào)慢銑頭下降速度從而有效地控制了槽孔的垂直度及破巖效率。

雙輪銑刷壁工具使用特制刷壁器，刷壁器以自制刷壁架或安裝于銑槽機(jī)鋼架側(cè)壁上的鋼絲刷為主。在清孔前使用刷壁器反復(fù)刷壁十次左右，直到刷壁器上無泥為止。

泥漿循環(huán)采用管道輸送回收，經(jīng)過碎石篩分機(jī)或泥沙分離機(jī)后經(jīng)循環(huán)池沉淀處理，循環(huán)的泥漿轉(zhuǎn)入泥漿池中混合新漿經(jīng)試驗檢測合格后使用，廢泥漿經(jīng)泥水分離或晾曬除去水分后棄運。在成槽過程中，槽內(nèi)泥漿液面必須高于地下水位0.5 m～1 m以上，并低于導(dǎo)墻頂標(biāo)高0.5 m，對沿海地層，泥漿密度及稠度可適當(dāng)上升，并在泥漿池中增加纖維素、火堿等添加劑以增加泥漿的護(hù)壁效果。新制泥漿須靜止24小時，充分發(fā)酵膨化。

3 施工工況分析

根據(jù)現(xiàn)場實際施工工效統(tǒng)計，以典型1000 mm厚6 m寬28 m深地連墻平均工效，施工工效統(tǒng)計見表1，采用鉆銑結(jié)合的方式，使用旋挖鉆先引孔后銑槽，中風(fēng)化巖層旋挖鉆引孔和雙輪銑結(jié)合成槽工藝，成槽速度可達(dá)2 m/h；微風(fēng)化巖層旋挖鉆引孔和雙輪銑結(jié)合成槽工藝，成槽速度可達(dá)1.5 m/h。與采用雙輪銑成槽相比，成槽施工效率大幅提高，同時也減少了由于巖體節(jié)理面不平整等產(chǎn)生的偏孔、卡錘以及垂直度不易控制等問題，避免了墻面鼓包、露筋等外觀質(zhì)量問題，減少了混凝土損耗，提高了接頭接縫防水性能，減少了后期堵水的費用。

表1 地下連續(xù)墻施工工效統(tǒng)計

4 結(jié)語

該文針對深圳至惠州城際鐵路西麗站上軟下硬地層特點，結(jié)合工程實際及以往工程施工經(jīng)驗，采用液壓抓斗+旋挖鉆引孔+雙輪銑的成槽方式，對硬巖地層采用先引孔后銑槽鉆銑組合的成槽工藝，通過對巖體完整性、巖石實測飽和單軸抗壓強(qiáng)度分析，結(jié)合雙輪銑成槽機(jī)破巖工作原理，制定旋挖鉆引孔布孔方式。實踐表明對硬巖成槽，通過采用鉆銑組合的成槽方式較單純采用雙輪銑成槽相比，在中風(fēng)化花崗巖中的成槽效率提高了2倍左右，微風(fēng)化花崗巖的成槽效率提高了2倍～3倍，通過合理搭配引孔設(shè)備完成流水作業(yè)，減少了設(shè)備檢修、鉆齒的更換數(shù)量和更換次數(shù)，成槽效率明顯提高。同時也有效降低了由于巖層節(jié)理面不平整等易產(chǎn)生偏孔、卡錘、垂直度不易控制等問題，避免了墻面鼓包、露筋等外觀質(zhì)量問題，減少了混凝土損耗，提高了接頭接縫防水性能，減少了后期堵水的費用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。