SMC工藝在湖底明挖隧道基坑工程中的應用研究

董 慶

蘇州建設交通高等職業技術學校

1 工程概況

蘇州金雞湖隧道工程下穿5A級風景區金雞湖內，項目全長約5.35km：其中湖中段約3km（含軌交共建段）、陸上段約2.35km。金雞湖隧道湖中段采用圍堰隔水，堰內明挖順做施工方法進行施工，基坑周邊采用雙輪銑水泥土攪拌墻（SMC）作為隔水帷幕。雙輪銑水泥土攪拌墻每幅寬度為2.8m,墻厚0.7m,每幅搭接長度0.3m，雙輪銑水泥土攪拌墻每幅處理深度在17.325～41.045之間。

2 工程地質

金雞湖隧道主體工程位于蘇州市工業園區，橫穿金雞湖，河網密集，地表主要為沖-湖相、湖-沼相堆積。根據地質勘查資料，止水帷幕施工穿過7個工程地質層，包括③2粉質黏土層、③3粉土層、④1粉質夾粉砂、④2粉土夾粉砂、⑤1粉質黏土、⑥2粉質黏土、⑦2粉土夾粉砂層，現分述如下。

③2 粉質黏土層：灰黃色，干強度，韌性中等，層厚0.2～4.4，層底標高-7.3～-3.51。

③3 粉土層：灰黃色～灰色，稍密，飽和，夾少量薄層粉質黏土，工程特性一般，層厚0.7～5.4，層底標高-9.6～-6.37。

④1 粉質夾粉砂：灰色，軟～軟塑，夾薄層粉土，工程特性中等，層厚1.1～5.2，層底標高-11.93～-8.93。

④2粉土夾粉砂：灰色，中密為主，飽和，夾薄層粉質黏土，干強度，韌性低，工程特性中等，層厚0.6～8.2，層底標高-16.2～-10.23，微承壓水分布于此層。

⑤1粉質黏土：灰色，軟～流塑，夾薄層粉土，干強度，韌性中等，工程性一般，層厚4.4～26.4，層底標高-40.2～-17.21。

⑥2 粉質黏土：灰綠～青灰色，可塑～軟塑，干強度，韌性中等，工程特性較好，層厚1.2～8.3，層底標高-36.18～-24.28。

⑦2 粉土夾粉砂層：青灰色～灰色，中密為主，局部密實，干強度，韌性低，工程特性中等～較好，層厚1.0～16.8，層底標高-46.1～-32.38，承壓水主要賦存與此層。

3 施工工藝

3.1 工藝原理

SMC雙輪銑水泥土攪拌墻施工工藝是將液壓雙輪銑槽機和傳統的土體深層攪拌技術相結合，在施工機械向下掘進的過程中利用四個銑輪旋轉銑削地層土體。在此過程中，四個銑輪方向相對相向旋轉。同時，供氣系統、注漿系統向槽內分別注入高壓氣體、銑削液或固化劑（水泥漿）和添加劑（膨潤土）與地層原狀土體攪拌混合。當銑頭向下銑削并攪拌地層土體到設計深度后，通過機械的矩形方管慢慢提升銑輪，再次注入高壓砌體、銑削液或固化劑。并與槽內的原狀土攪拌混合，此時四個銑輪作相反方向相向旋轉。最終形成由地基原狀土體、銑削液或固化劑、添加劑、水等形成的水泥土混合物，成為等厚度均勻連續的水泥土攪拌墻。

3.2 工藝特點

SMC雙輪銑水泥土攪拌墻施工工藝采用開挖掘進、提升、注漿、供氣、銑、削、攪拌一次成墻施工技術，無須設置施工導墻，基土不出槽和注入的水泥漿液（固化劑）混合，形成水泥土連續墻墻體。SMC成墻設備的主要工作部分為位于下方的四個銑輪和與其連接的導桿架，銑輪由液壓馬達直接驅動，可以同時正反向相向旋轉。SMC 一次成墻的單幅寬度可以達到2.8m，采用履帶樁架式底盤配套矩形方管，導管最大深度可以達到60m。同時由于SMC 雙輪銑銑頭部分安裝了用于采集各類數據的傳感器，操作人員在控制室通過屏幕觀察液壓銑輪的工作狀態（銑頭的偏直情況、銑削深度、注漿量與注漿壓力等），并進行相應操作。

雙輪銑成槽的垂直度由支撐矩形方管的三支點輔機的垂直度來控制，通過調整銑頭的姿態，并控制銑頭下降的速度，從而有效地將槽孔垂直度控制在3‰內。

由SMC設備施工的止水帷幕通過銑、削、攪、氣、漿的共同作用，施工成型后的墻體和易性好、土體均勻密實；幅間連接為完全的銑削結合，結合面無冷鋒且間距大，接頭少、整體性強，因此墻體壁面平整、防滲性能好。

雙輪銑施工設備整機重心底、穩定性好，不需要軌道，可通過自身履帶自行走。同時采用銑、削、攪三位一體實現一機一序一步到位。該設備銑頭驅動裝置在掘進銑削過程中全部進入預先開挖儲漿溝內，具有低噪聲、底震動特點，在松散地層中鉆進效率20m3/h～40m3/h ，在中硬巖石中鉆進效率1m3/h～2m3/h，因此具有噪聲小、施工效率高的優點。

3.3 工藝流程及施工質量控制要點

3.3.1 施工流程

SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻施工時，首先做好前期場地清理及測量放樣工作，機械安裝調試完成后開溝鋪板并移機定位。在做好漿液配置攪拌輸送和氣體制作儲備輸送的基礎上，進行噴氣注漿并銑削下沉至設計深度后，噴氣攪拌提升并成墻移機，再次開溝鋪板循環施工。

3.3.2 施工質量控制要點

SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻施工準備階段應做好場地清理、測量放線、安裝調試、開溝鋪板等工作，其主要目的是為后續造墻階段做好準備工作【1】。

（1）場地清理。工程施工前首先應清場備料，確保施工場地的平整度和壓實度以及施工作業面。因本項目地表土質過軟，通過鋪設鋼板防止機械失穩，同時備足水泥和外加劑等物料。

（2）測量放線。根據建設方提供的坐標基準點、總平面布置圖、圍護結構施工圖紙，按圖放出樁位控制線，每隔50m 布置一處臨時控制樁，為保護控制樁及后續技術復核，應對控制樁作出明顯標志。

（3）安裝調試。雙輪銑主機及支撐移動機就位并架設樁架，安裝制漿注漿設備和制氣設備，確保水路、電路和氣路開通，并對設備進行調試。

（4）開溝鋪板。開挖溝槽用于儲漿，溝槽橫斷面深度為1m～1.5m，寬度為1.2m，以確保鉆進過程中余漿儲放和回漿補給，開挖長度要超前主機工作面11m。根據前述本項目工程地質情況，鋪設路基箱以均衡主機對地基基礎的壓力。

（5）挖掘順序。SMC 水泥土攪拌墻施工有順槽式單孔套打和往復式雙孔套打兩種方式。當基礎面1m 以上地質情況較好時，適用順槽式單孔套打，當地基基礎較弱時，適用往復式雙孔套打施工效果較好，本工程采用往復式雙孔套打施工。

3.3.3 造墻管理

（1）銑頭定位。根據地質情況選用適合該地層的銑頭，隨后將SMC 機的銑頭定位于墻體中線和每幅標線上，定位偏差要控制在±5cm以內。

（2）垂直的精度。根據施工機械配備的監測系統，對垂直度進行實時監測。在施工過程中，施工人員應對監測到的參數及時調整，確保所成墻體垂直度控制在3‰以內。

（3）銑削深度。在施工過程中，應沿墻體軸線每間隔50m布設一個先導孔，局部地質條件復雜部分應適當加密，根據芯樣取樣鑒定結果及墻體地層情況指導施工，并應掌握墻體底線高程，銑削深度控制在設計深度±0.2m范圍內。

（4）銑削速度。SMC水泥土攪拌墻施工中，銑削速度的控制是確保工程質量的關鍵因素之一。向下掘進攪拌過程中，注漿壓力按照 0.75MPa～1.5MPa，輔助氣壓按照 0.6MPa～1.0MPa 進行注漿、供氣。銑削過程銑頭的旋轉速度控制在26 轉/分鐘，銑進速度控制為0.5m/min～1m/min，提升過程中的提升速度控制在0.6m/min～1.2m/min 左右。掘進、提升過程中根據地質情況可進行多次上、下掘進、提升，以滿足注漿量要求。

（5）漿液配合比。漿液配合比應根據現場地質勘探情況及配合比實驗和試成墻來確定。最終水泥摻量空攪部位為8%，有效墻體部位為25%～28%。水灰比控制在1.1～1.6:1左右，下沉水灰比為2.0，上升水灰比控制在1.2左右。

3.4 水泥土攪拌墻質量檢測

3.4.1 墻體外觀檢測

墻體外觀檢查項目見表1。

3.4.2 強度檢測

強度檢測采用漿液試塊強度檢測、鉆取樁芯強度試驗檢測和原位試驗檢測方法進行強度檢測。

3.4.3 滲透性檢測

水泥土攪拌墻滲透性試驗采用柔性壁滲透試驗儀器進行測定。

表1 墻體外觀檢查項目

4 結論

隨建設工程步伐的加快，工程地質情況越來越復雜，傳統的三軸攪拌樁等隔水帷幕止水效果較差，浪費大。SMC 雙輪銑水泥土攪拌墻工藝具有設備行走便利、施工過程可控性強、設備銑削能力強、成墻效果好的特點。在金雞湖湖底明挖隧道中采用此工藝速度快（15m/天.臺）、噪聲小、止水效果較好，起到了良好的隔水效果。