TRD工法在復雜地層中的應用

上海智平基礎工程有限公司 上海 200060

1 工程概述

武漢長航中心大廈暨民生路長航小區擴建工程基坑圍護采用地下連續墻和TRD工法止水帷幕，基坑開挖深度18.9～22 m，局部開挖深度28.9 m。TRD工法設計深度是目前國內最深（58.6 m），要穿過厚近20 m的鐵板砂層、厚3～4 m的中細砂卵礫層、厚逾2 m的強風化巖層后，進入中風化巖層不小于0.2 m，在上述地層的切削過程中，TRD工法施工效率低、極易使鏈鋸崩裂破壞。

過改進施工工藝及刀排配置，成功完成了該工程TRD工法的施工。

1.1 周邊環境

擬建場區位于武漢市江岸區沿江大道以西、民生路以南、黃陂街以東、南臨長航大廈等建筑。周邊環境復雜。

本工程東側地下室結構退紅線8 m，紅線外為沿江大道，沿江大道路寬約40 m，東側為長江。本工程地下室邊線距離長江堤岸最近處僅約60 m，已經進入堤防保護線5～6.5 m；

沿江大道下分布有大量的管線，主要為電力、光纖、電信、路燈、給排水等。

紅線內場地西北側分布1 幢14～16 層保留居民樓，距離本工程地下室10～14 m，在基坑1 倍開挖深度范圍內，采用的預制樁樁端標高7.40 m（相對本工程±0.00為－18.70 m），本工程基坑普遍開挖深度－18.30 m，開挖面位于其樁端上400 mm。

1.2 工程地質條件

本工程坑底以下③1細砂層開始均為承壓水層，含水層厚近40 m，較深的范圍內均為細砂或中細砂，且與長江有一定的水力聯系，水位較高，且隨汛期變化幅度較大。

1.3 本工程的重難點分析

本工程難點一是墻體超深，二是地層復雜。地質報告揭示第③2層為厚近20 m的鐵板砂、第④層中細砂夾卵礫石層厚3～4 m，中風化泥巖單軸抗壓強度達9.5 MPa，故難點是需切割的地層復雜，施工難度大。

2 設備選型

根據設計和地質勘查情況，選用了TRD-E型工法設備及成套的BW450供漿泵。

3 TRD止水帷幕施工[1-4]

3.1 試成墻施工及結果分析

3.1.1 試成墻

本項目試成墻從2013年1月31日14：30開始采用出廠原裝鏈鋸和刀頭及其組合形式先行挖掘，至2013年3月8日13：28累計切削11 m并第一次噴漿6 m，歷時8 d，平均切割速度約17.36 h/m。切削速度緩慢，期間還發生過切割箱連接螺絲斷裂、鏈條脫軌、鏈條定位架掉落。其中因鏈條脫落被迫起拔一次切割箱。

3.1.2 試成墻結果分析

試成墻檢測報告稱，水泥土攪拌墻TRD芯樣抗壓強度介于1.0～1.16 MPa之間，均大于1.0 MPa，滿足設計要求。水泥土攪拌墻TRD芯樣滲透系數介于6.85×10-8～8.79×10-8cm/s之間，均小于1.0×10-7cm/s，滿足設計要求。從鉆孔底鉆取的巖芯判斷，TRD墻已進入中風化泥巖層。

從檢測報告的結論中可以看出：由TRD工法施工的防滲墻體抗壓強度在本工程淺層粉質黏土中墻身強度超過1.0 MPa，深層砂性土中墻身強度可達到2.0 MPa，滲透系數均達到10-8。滿足設計對TRD工法防滲性能的要求。

本工程地層含砂量較高，采用TRD工法施工能夠保證墻體攪拌均勻，且抗壓強度由于水泥與砂性土的攪拌形成了類水泥砂漿，比普通的水泥土攪拌樁高出許多。故TRD工法十分適用于砂性較重的土層中。

出廠原配的TRD工法主機、鏈鋸及刀排雖標稱僅可在單軸抗壓強度≤5 MPa的泥巖中進行施工，然由于本工程TRD工法超深，故切割箱自重亦較大。憑借著切割箱較大的自重，雖然進尺較為困難，磨損也相當嚴重，但也可以在強度達到9.5 MPa的泥巖中進行施工。

3.1.3 針對試成墻施工的總結

（a）本工程雜填土層較厚，TRD工法機械不僅存在初次下切困難的問題，且由于雜填土層的松軟而造成TRD工法機械在下沉時，地下的切割箱向面外變形，從而在切割箱上產生異常應力，不僅施工精度受到影響，還發生了鏈條脫落的情況，通過及時提拔切割箱才避免了可能的更嚴重情況的發生，正式施工前必須采取措施對雜填土層進行合理的加固處理方可避免類似事件再次發生。

（b）從試成墻的施工結果來看，TRD-E工法原裝刀具可以勉強在單軸抗壓強度達9.5 MPa的中風化泥巖中施工，但施工效率低、施工損耗的加劇及施工意外情況的發生都較以往在軟巖地層（單軸抗壓強度≤5 MPa）中的施工表現得更為突出。故必須在正式施工前拿出切實有效的解決方案以保證上述幾點得以在今后的施工過程中有效地解決。

3.2 擬定的TRD施工方案

3.2.1 淺部雜填土的處理

（a）對于埋深在1.5 m以內的地下障礙物，直接利用挖掘機開挖、清除，并及時回填素土并分層夯實。

（b）對于埋深超過1.5 m的地下障礙物，擬采用挖掘機（加長臂挖掘機）進行簡易放坡開挖、清除；清障結束后產生較大的空洞，采用10%的水泥摻入素土分層夯實、整平，以確保地基承載力滿足大型施工機械穩定行走的要求。

（c）TRD工法橫向行走時在行走機構下方鋪設走道鋼板，以保證將接地壓力分散到地基土中，確保地基本身的支撐能力。

（d）由于轉角處TRD工法設備須進行切割箱整體提拔的作業，屆時地基將承載含履帶吊及切割箱整體的質量，若地基土不穩定，將可能導致履帶吊側翻釀成事故，故擬對屆時切割箱提拔時履帶吊停泊位置下方采取水泥土攪拌樁加固的措施，加固施工在雜填土換填之后進行。

3.2.2 施工方法的改進

針對本工程須切削單軸抗壓強度達9.5 MPa的中風化泥巖的情況，根據試成墻的經驗，我公司在常規施工方案的基礎上作適當改進，即將原有施工方法調整為如下的施工方法（圖1）：

圖1 擬在工程墻施工期間改進的施工方法

第一步，憑借TRD工法切割箱的自重，操作設備以垂直方向成3°角下鉆切割箱至入中風化泥巖不小于200 mm；

第二步，提拔切割箱底部至出中風化泥巖表面；

第三步，通過TRD工法水平液壓油缸橫向切削推進切割箱一定距離，并保證與已切割區段必要的搭接寬度。

第四步，憑借TRD工法切割箱的自重，將切割箱底部由中風化泥巖表面以垂直方向成3°角下鉆切割箱至入中風化泥巖不小于設計深度。

第五步，重復第二步至第四步，直至同一直線區段的TRD工法墻體施工完成。

3.2.3 刀排配置的改進

擬按照3.2.2中所述的改進后的施工方法進行施工，則切削用刀排加工及排列組合方式亦需進行相對應的改進。

根據傳統的巖石破碎理論，當刀頭附近存在有自由面時，侵入時產生側旁的破碎，將有利于碎巖。TRD工法特制的刀頭和合理的刀頭布置間距相互配合，為創造自由面從而碎巖創造了條件。具體配置如下：

（a）1#刀排的主刀頭由原來120 mm高度改為170 mm高度，后續跟進刀頭的高度也相應增加。主要考慮兩方面的原因：當刀頭高度增加后，配合刀頭間距的加大，相鄰兩刀頭間的動作幅度加大，能夠產生更大的切削沖擊功，從而使沖擊效率提高；加高的1#刀排能夠加大后續刀排切割時的自由面，從而一方面加快切削速度，一方面對減少后續刀排磨損也是有利的；

（b）刀排與刀排間距的改變。將原有的刀排間距由406.4 mm（2 組鏈齒）調整為812.8 mm（4 組鏈齒），主要考慮兩方面的原因：當刀排間距增大后，配合著刀頭高度的增加，能夠產生更大的切削沖擊功。刀排間距加大后相應的切割箱上下運動幅度也加大，從而能提供更大的下壓動能，為更快的切削提供保證。

4 結語

施工實踐證明，在轉角處進行了水泥土加固之后，原雜填土區域的地基承載力大大提高，可承受履帶吊和起吊切割箱的整體受力。

TRD工法在應對類似于本項目墻體須進入單軸抗壓強度達9.5 MPa的中風化泥巖，方可隔斷基坑地下水與長江水力聯系的情況下，采取對刀具的適當改進和改變刀排間的排列方式，可有效解決其在類似地層中施工進尺緩慢且磨損極為嚴重的情況。

對于雜填土厚度較厚的情況，除須對待施工TRD工法區域的雜填土挖除換填之外，由于履帶吊、TRD工法機均在坑內行走，對轉角處（基坑內為陽角）的土體變形影響很大，須采用水泥土攪拌樁加固的方式予以加固處理，建議加固深度超過雜填土層底的深度，且進入原狀土不小于1 m。