硬巖地下連續墻潛孔錘跟管咬合引孔成槽施工技術

鄒俊峰，雷 斌，尚增弟

(深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東 深圳 518063)

0 引言

地下連續墻成槽施工遇到深厚巖層時，一般采用旋挖鉆機分序取芯引孔，或采用沖孔樁機十字錘沖擊引孔，再采用沖擊方錘修孔。旋挖或沖擊引孔存在二序孔垂直度控制難，偏孔處理時間長；引孔數量少或引孔偏斜，給方錘沖擊修孔帶來更大的困難，總體表現為施工進度慢，綜合成本高；尤其沖擊引孔速度慢，為保持施工進度，一般一幅槽內會開動2臺沖擊鉆機同時引孔或修孔，交叉作業帶來較大的安全隱患。

1 工程概況

深圳市城市軌道交通13號線13101標段(白芒站)項目圍護結構地下連續墻共12幅，設計墻厚800mm、墻深24m，導墻寬850mm，標準幅寬6m，場地地層埋深12m之上為填土、砂層、砂質黏土，埋深12m之下為中、微風化花崗巖層，地下連續墻成槽需穿越12m的巖層。為克服上述深厚硬巖地下連續墻成槽施工過程中引孔出現的困難，發揮潛孔錘破巖的優勢，利用大直徑潛孔錘采用超設計樁徑、小間距、全套管跟管、分序、咬合式引孔，引孔完成后直接采用抓斗清槽，避免了通常需要用方錘修孔的工序，達到引孔破巖效率高、成槽速度快、綜合成本低、安全環保、綠色施工的效果。

2 工藝原理

本技術工藝原理主要是利用潛孔錘的高效破巖能力和優勢，結合現場深厚硬巖分布情況，創新采用潛孔錘超設計樁徑、分序孔小間距、全套管跟管、咬合式引孔，引孔完成后設計槽段范圍內殘留的巖質齒邊少，采用帶截齒的抓斗完成修槽、清槽。

2.1 一序孔潛孔錘套管護壁引孔

1)一序引孔擬采用上部土層段全套管護壁，大直徑潛孔錘鉆進工藝。

2)套管外徑816mm、長12m、采用振動錘下入，套管底部下沉至巖層頂。

3)潛孔錘鉆頭采用高頻直錘，直徑760mm，配置3臺空壓機，自孔口向下鉆進引孔，穿越硬巖至孔深24.000m設計標高。

4)引孔終孔后，拔出套管再進行相鄰另外一序孔引孔；一序孔的孔間距200mm,重復以上工序操作，完成一幅槽內的7個引孔。

一序孔標準槽寬引孔平面、剖面布設如圖1，2所示，潛孔錘引孔如圖3所示。

圖1 潛孔錘一序孔鉆進引孔平面布置

圖2 潛孔錘一序孔引孔剖面布置

圖3 潛孔錘一序孔鉆進示意

2.2 二序孔全套管跟管鉆進引孔

1)二序孔在槽段內一序孔全部引孔結束后進行。

2)二序孔擬采用潛孔錘咬合引孔，為確保二序孔的垂直度，采用潛孔錘全套管跟管鉆進二序孔引孔，二序孔位置定位于2個一序孔孔間中心位置處，引孔平面布置如圖4所示。

圖4 潛孔錘二序孔全套管跟管鉆進引孔平面布置

3)跟管套管外徑816mm、長24m，單節套管長12m，采用孔口焊接連接，滿足套管下沉至設計標高；套管底部設置有管靴結構，其獨特凸出結構設計，使套管底部直徑小于潛孔錘鉆頭頂部直徑，確保潛孔錘鉆頭引孔時與套管同步鉆進。套管管靴與潛孔錘鉆進配合如圖5，6所示。

圖5 管靴結構與跟管潛孔錘示意

圖6 管靴結構與跟管潛孔錘

4)潛孔錘鉆頭采用跟管鉆頭，鉆頭直徑760mm，配置3臺空壓機；鉆進前潛孔錘攜套管同步就位，啟動空壓機后，潛孔錘跟管鉆頭底部4個滑塊受高風壓向外的沖擊力作用，沿鉆頭底部的滑動面滑出，形成直徑約850mm鉆孔鉆進斷面，外擴超出套管直徑，在實現槽段大面積破巖的同時，套管順利跟管鉆進，直至鉆進24m孔深位置。潛孔錘跟管滑塊鉆頭、鉆頭與套管配合鉆進情況如圖7所示。

圖7 鋼護筒搭配管靴結構與潛孔錘連接

5)二序孔引孔終孔后，拔出套管再進行相鄰孔引孔，重復以上工序操作，完成一幅槽內的5個孔和槽段間另2個孔引孔。二序孔引孔剖面如圖8所示，完成后平面效果如圖9所示。

圖8 潛孔錘二序孔全套管跟管鉆進引孔剖面

圖9 潛孔錘二序孔全套管跟管鉆進引孔平面

2.3 采用改進液壓抓斗修槽、清槽

1)潛孔錘二序孔引孔后，由于采用的是大直徑潛孔錘鉆頭、小間距咬合引孔，因此在設計幅寬的槽壁上殘留的硬巖齒邊少，無需采用沖擊方錘修槽，此時采用一種改進式的液壓抓斗修整槽壁殘留齒邊，使全斷面達到設計尺寸成槽要求，確保槽段鋼筋網片順利安放到位。

2)帶截齒的地下連續墻成槽機液壓抓斗是將旋挖鉆具切割硬巖的截齒鑲嵌在液壓抓斗四周，發揮其截齒破巖的能力，通過鑲嵌在抓斗上的截齒對槽壁的殘留齒邊進行破除和抓取，大大提升了修槽效率，取得顯著的清槽效果。帶截齒的地下連續墻成槽機液壓抓斗如圖10，11所示。

圖10 帶截齒的液壓抓斗設計

圖11 帶截齒的成槽機液壓抓斗修槽示意

3 施工工藝流程和操作要點

地下連續墻硬巖潛孔錘跟管咬合引孔成槽施工工藝流程如圖12所示。

圖12 深厚硬巖地下連續墻潛孔錘跟管咬合引孔成槽施工工藝流程

3.1 測量定位、修筑導墻

1)根據業主提供的基點、導線和水準點，在場地內設立施工用的測量控制網和水準點；專業測量工程師按施工圖設計將地連墻軸線測量定位，兩側墻凈距中心線與地下連續墻中心線重合。

2)導墻用鋼筋混凝土澆筑而成，導墻斷面為“┓┍”形，厚度150～200mm，寬度為0.85m，深度1.5～2.0m，其頂面高出施工地面100mm。

3)導墻沿軸線開挖，采用機械和人工進行；驗槽后綁扎鋼筋、支模、澆筑導墻混凝土。

3.2 一序孔套管護壁潛孔錘引孔

1)一序孔采用鋼套管護壁，套管直徑816mm，壁厚14mm,長度約12～14m，采用450單夾持振動錘沉入。

2)振動錘按各一序孔中心點定位套管中心，利用共振原理，使套管的強迫振動頻率與土層顆粒的振動頻率一致，土層顆粒產生共振，足夠的振動速度和加速度迅速破壞樁和土層間的黏合力，使樁身與土層從壓緊狀態過渡到瞬間分離狀態，沉樁阻力尤其側面阻力迅速減小，護壁套管在自重作用下得以下沉到位。

3)每根套管連續振動下沉至基巖頂面，不可中途停頓或有較長時間的間歇；可采用一次性沉入多個一序孔的套管，以加快施工進度。

4)一序孔鋼套管到位后，采用潛孔錘引孔鉆進；潛孔錘鉆機采用改制的SH180履帶式大直徑潛孔錘鉆機，潛孔錘鉆頭采用直炮錘頭，潛孔錘直徑760mm。

5)先將鉆具提入套管內，再將潛孔錘鉆頭上提20～30cm，開動空壓機和鉆具上方的回轉電機，風壓正常后將鉆具輕輕放至地面處，開始潛孔錘鉆進作業；現場配備3臺大風量空壓機，每臺空壓機壓力調至1.8MPa，3臺空壓機總排氣量達82m3/min，以有效保證穩定、持續的氣壓和足夠的供風量，為鉆頭提供穩定的動力。

6)潛孔錘硬巖鉆進時，注意在操作平臺控制面板進行垂直度自動調節，確保引孔效果；潛孔錘引孔鉆進過程中，空壓機超大風壓將鉆渣攜出；控制樁身垂直度以防止渣土、粉塵污染，在潛孔錘鉆具設置有專門的串筒式伸縮降塵防護罩。

7)待潛孔錘鉆進至設計深度后，提出潛孔錘鉆具，移動鉆機至下一孔位進行成孔作業；待該幅槽段所有一序孔成孔完畢后，用振動錘將套管拔出。

3.3 二序孔潛孔錘跟管鉆進引孔至設計深度

1)二序孔采用潛孔錘咬合跟管引孔，其定位中心點為2個一序孔之間的中心點。

2)潛孔錘跟管引孔采用了管靴結構，管靴與套管焊接連接，焊接前預先采用管道切割機對套管進行切割處理，以保證管靴與護筒處于同心圓；切割形成的坡口，可使管靴對接焊接時焊縫填埋飽滿。

3)潛孔錘鉆頭采用滑塊式跟管鉆頭，吊放入套管前進行錘頭表面清理，確保套管管靴結構與鉆頭的有效作用。

4)移動鉆機對準二序孔位，并再次對樁位、護筒垂直度進行檢驗，合格后即可開始鉆進作業；潛孔錘啟動后，先將潛孔錘鉆具提離導槽底20～30cm，開動空壓機，待高風壓正常后開始潛孔錘鉆進作業；潛孔錘底部4個均布的鉆齒滑塊外擴并超出護筒直徑，隨著破碎的渣土或巖屑吹出孔外，套管緊隨潛孔錘跟管下沉，并進行有效護壁。

5)當套管跟管鉆進下沉至孔口約1.0m左右時，需將鉆桿和套管接長；此時，將鉆機與潛孔錘鉆桿分離，鉆機稍稍讓出孔口，先將鉆桿接長，鉆桿接頭采用六方鍵槽套接連接，當上下2節鉆桿套接到位后，再插入定位銷固定；鉆桿接長后，將下一節套管吊起置于已接長的鉆桿外前一節套管處，將上下兩節套管對接平齊、焊接好，并加焊加強塊。

6)潛孔錘鉆進至設計墻底標高位置后，即停止鉆進，提出潛孔錘鉆具，再采用450單夾持振動錘起拔套管；當起拔套管至對接位置時，采用氧焊切割焊縫，再采用振動錘起拔套管。

3.4 帶截齒抓斗成槽、修槽、清槽

1)地下連續墻經分序引孔后，槽壁上殘留少量硬巖齒邊，為此采用帶截齒的抓斗抓槽，并同時修槽，成槽采用德國寶峨GB80S抓斗機。

2)將液壓抓斗原有的抓土結構卸除，以4cm鋼板作為截齒鑲嵌胎體，鑲嵌角度36°，制作成帶截齒的地下連續墻成槽機液壓抓斗。

3)在抓斗抓槽、修槽過程中，調整好泥漿密度和黏度，保持槽壁穩定；同時，通過成槽機操作室觀察成槽機可視化數字顯示屏，控制垂直度，確保抓槽、修槽質量。

3.5 鋼筋網片制安、灌注導管安裝

1)地下連續墻的鋼筋網片按設計圖紙加工制作，制作場地硬地化處理，主筋采用套筒連接，接頭采用工字鋼，鋼筋網片一次性制作完成；鋼筋網片制作完成后，檢查所有鋼筋型號及尺寸、預埋鋼筋、預埋件、連接器等的規格、數量及位置，并報監理工程師驗收。

2)鋼筋網片采用汽車式起重機下入，最大吊裝量超過30t，吊裝前編制專項吊裝方案，報專家評審通過后實施?，F場吊裝采用1臺150t、1臺80t履帶式起重機多吊點配合同時起吊，吊離地面后卸下80t汽車式起重機吊索，采用150t汽車式起重機下放入槽。

3)鋼筋網片安放后，及時下入灌注導管；灌注按要求下入2套導管同時灌注，以滿足水下混凝土擴散要求，保證灌注質量；灌注導管下放前，對其進行泌水性試驗，確保導管不發生滲漏；導管安裝下入密封圈，嚴格控制底部位置。

3.6 氣舉反循環清理槽底沉渣

1)在灌注混凝土前，測量槽底沉渣，如沉渣厚度超過設計要求，采用氣舉反循環進行二次清孔。

2)導管下放至距沉渣面300～400mm，高壓風管下放深度以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比(0.55～0.65)來確定。開始送風時先向孔內送漿，清孔過程中注意補漿量，嚴防因補漿不足(水頭損失)而造成塌孔。當孔底沉渣較厚、塊度較大或沉淀板結時，可適當加大送風量，并搖動導管，以利排渣。隨著沉渣的排出，槽底沉渣較少，導管同步下沉跟進，控制好管底口與沉渣面的距離，提高清渣效果。

3)在清渣過程中，同時進行槽段換漿工作，保證泥漿的指標和沉渣滿足設計要求；清渣完成后，檢測槽段深度、厚度、槽底沉渣硬度、泥漿性能等，并報監理工程師現場驗收。

3.7 水下灌注混凝土成槽

1)為保證做好初始灌注達到0.5～1.0m的埋管深度，開始灌注前在導管內放置隔水球膽，并在灌注料斗底口設置隔水蓋板；當料斗內混凝土放滿時，打開蓋板，通過混凝土自重和隔水球膽將導管內泥漿排凈，同時連續澆筑混凝土。

2)灌注時，兩根導管同時下料，并保證導管處的混凝土表面高差≤0.3m。

3)灌注混凝土過程中，始終保持連續進行；每次導管拆除提升前，采用測繩測量混凝土面高度，確保導管在混凝土的最小埋深≥2m。

4 工藝特點

4.1 成槽速度快

針對超厚硬巖，采用大直徑潛孔錘鉆進引孔成槽，根據施工現場應用，潛孔錘在中風化巖層中單孔每小時可鉆進3～6m，在微風化巖層中單孔每小時可鉆進2～3m，且引孔后無需再采用沖擊方錘修孔，減少了工序操作，大大提升施工進度。

4.2 成槽質量好

采用超設計樁徑、分序孔小間距、全套管跟管、咬合式引孔，引孔后直徑與設計樁徑基本一致，跟管鉆進確保了鉆孔的垂直度，二序鉆孔采用咬合引孔使得孔壁殘留零星鋸齒狀硬巖較少，采用抓斗直接清槽即可滿足成槽技術要求，相比旋挖取芯和沖擊破巖引孔成槽質量更有保證。

4.3 安全可靠

采用潛孔錘鉆進引孔作業，無需泥漿循環系統布置、泥漿制作和外運，現場臨時道路、設備擺放更加有序，減少了大量的沖孔樁機作業，現場管理環節得到極大簡化，避免了安全隱患，提升了現場安全文明水平。

4.4 綜合成本低

采用新穎的超設計樁徑、小間距大咬合、套管跟管潛孔錘鉆進引孔，破巖效率高、引孔速度快，加快了成槽進度；減少了大量機械設備投入，無需再配置泥漿循環系統，減少了泥漿制作和廢棄泥渣的外運，總體施工綜合成本低。

5 結語

地下連續墻成槽施工遇到深厚巖層時，旋挖或沖擊引孔存在二序孔垂直度控制難、偏孔處理時間長、引孔數量少或引孔偏斜、方錘沖擊修孔困難和施工安全隱患大等問題，本技術利用大直徑潛孔錘采用超設計樁徑、小間距、全套管跟管、分序、咬合式引孔，引孔完成后直接采用抓斗清槽，達到了引孔破巖效率高、成槽速度快、綜合成本低、安全環保綠色施工的效果，具有廣泛的指導意義。