TRD工藝在深大基坑事故搶險施工中的應用

賴 欣

上海智平基礎工程有限公司 上海 200072

南京某基坑支護工程，采取鉆孔灌注樁和混凝土支撐支護，支護樁外采用單排三軸深攪樁擋水，鉆孔樁設置在地下結構外墻外1 300 mm，由于三軸攪拌樁止水施工質量問題，導致止水帷幕失效，造成基坑開挖漏水。為解決該問題，建議施工現場采用如下方案[1-2]：

方案1：地下連續墻與TRD結合。

1）由于南側土體已擾動，若采用地下連續墻施工，埋斗、坍孔風險極高，建議采用TRD施工，南側共計212 m。

2）東、北、西三側止水帷幕采用地下連續墻工藝（素混凝土），止水帷幕穿過承壓水層進入⑥2中風化粉砂質泥巖不少于500 mm，普遍深度62～64 m（實際深度按照地質狀況而定），厚800 mm，東側距離原圍護體系外輪廓8 m，北側距離原圍護體系外輪廓10 m，西側距離原圍護體系外輪廓4 m，共計444 m。

3）地下連續墻接縫處理：③2粉細砂層以下至墻底采用φ2 400 mm的MJS，長度38.30 m。

方案2：采用TRD工藝。

1）止水帷幕穿過承壓水層進入⑥1強風化粉砂質泥巖不少于500 mm，普遍深度60 m以上（實際深度按照地質狀況而定），厚800 mm，南側距離原圍護體系外輪廓15 m，東側距離原圍護體系外輪廓8 m，北側距離原圍護體系外輪廓10 m，西側距離原圍護體系外輪廓4 m，共計660 m。

2）止水帷幕穿過承壓水層進入⑥2中風化粉砂質泥巖不少于500 mm，普遍深度62 m以上（實際深度按照地質狀況而定）。

根據項目施工情況，采用方案2，TRD施工深度根據試成墻結果而定。

1 工程概況

1.1 一般概況

本項目地點位于南京市浦口區，采取鉆孔灌注樁和混凝土支撐支護，支護樁外采用單排三軸深攪樁擋水，鉆孔樁設置在地下結構外墻外1 300 mm，基坑開挖深度15.4～16.3 m。

1.2 工程重難點分析

1）墻體超深，一般施工深度均在50 m以內，施工深度超過60 m范圍在國內外均少見，因深度較大，一般設備能力有限，TRD在含砂層中施工容易埋鉆。

2）地層復雜。TRD穿過⑥1強風化粉砂質泥巖（厚度2～2.8 m），進入⑥2中風化粉砂質泥巖不少于500 mm，TRD設備在⑥1層到⑥2層之間施工速度慢，埋鉆風險增加，設備的滑輪栓、滑動支架、前支架栓、大船支撐油缸內壓等部位易出現承載力不足問題，存在較大風險，需通過試成墻確定最合適的施工技術參數和切割刀具。

3）基坑南側地層可能存在空洞。根據本工程前期施工情況，TRD施工時基坑南側地層可能存在既有裂隙空洞，給施工帶來影響。

4）800 mm厚TRD穿過標貫值大于20的④2粉細砂、⑤含礫中粗砂層，進入標貫值近70的⑥1強風化粉砂質泥巖不少于500 mm，進入⑥2中風化粉砂質泥巖不少于500 mm。⑤層卵礫石大小8 cm，常規卵礫石大小為2～5 cm，根據以往經驗，TRD在穿過本工程⑤層含礫中粗砂層時易出現卡鏈條風險，且在厚實砂層中施工時鏈條磨損嚴重甚至破壞，銑削困難，一旦切割箱被埋，處理耗時較長，嚴重影響施工速度。

2 施工設備改進

針對該項目，本公司與設備供應商日本KGF公司共同探討了在超過60 m深度挖掘時，施工設備的適應性問題。

由于前端切割箱沿著地基移動，大深度時切割箱受到很大的力。因此TRD施工超過60 m深度會增加挖掘部和切割箱法蘭面破壞的可能性。設備的滑輪栓、滑動支架、前支架栓、大船支撐油缸內壓等部位易出現承載力不足的問題（圖1）。

圖1 易出問題的機械部分

根據本工程地質特點，施工設備采用銑削能力強、施工精度高的日本進口TRD-E型工法設備施工，并在此基礎上對設備切割箱、鏈條進行改進（圖2）。

圖2 原法蘭（左）與改進后法蘭（右）

3 試成墻施工

3.1 試成墻施工參數

1）正式施工前在場地西南角、東北角進行試成墻施工，累計切削11 m并第1次噴漿6 m，歷時7 d，工藝技術要求如下：

① 采用P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥，建議水泥摻量不小于35%，建議水灰比為1.2～2.0。

② 建議摻入50～100 kg膨潤土在每立方被攪土體挖掘液中。

③ TRD采用三工序成墻施工工藝。

2）在距離試成墻2、3、5 m位置布設3個地表沉降監測點、6個土體測斜監測點、6個深層土體分層沉降監測點，監測點應處于試成墻中心，且垂直于墻體。監測點平面布置如圖3所示。

圖3 試成墻監測孔布置

3）引孔措施。

① 根據工程實際情況，為保證工程能夠按時完工，試成墻采用GPS-18以上機型或旋挖鉆機（TRD方案1采用BG25C鉆機、TRD方案2采用BG26或金泰360鉆機）成孔，引孔的孔徑為800 mm，間距2～3 m，深度與TRD深度相同。

② 成槽機挖槽引孔，成槽長度每次約2.9 m，深度與TRD深度相同。引孔完成對槽內進行回填后再進行TRD施工。

通過引孔，對原砂層、巖層整體強度進行削減，同時有利于TRD切割箱“吃入”巖層，確保了TRD順利施工。

3.2 試成墻施工結果分析

1）從試成墻的施工結果來看，TRD需穿過含礫中粗砂等硬質土層，TRD切割箱在該層中下沉阻力大，工效下降顯著。與GPS-18鉆機相比，成槽機、旋挖機在引孔的同時可以取出⑤層中部分卵礫石，避免石塊卡入TRD鏈條。成槽機與TRD施工保持的距離過長，會導致表層的障礙物塌落溝槽中，影響TRD施工。因此，在正式施工時，TRD與成槽機施工應保持相對的距離（一般控制在TRD單日完成量1.5倍左右），反之將影響TRD切割效果或引起溝槽塌方，不利于TRD施工。

2）試成墻三循環工序。

① 先行挖掘。下沉過程切割箱的油泵壓力在150～250 kN之間，當切割箱下沉至強風化巖層頂面，開始水平挖掘，速度90～100 min/m，當切割箱下沉至中風化巖層頂面，幾乎無法繼續下沉。為了使切割箱繼續切割，采用加密刀排間距的方式，增加1倍的刀排，水平挖掘速度150～ 165 min/m。根據當地土層特性，每1 m3摻入100 kg鈉基膨潤土的挖掘液來確保槽壁穩定性，流動度控制在17 s左右。

② 回撤挖掘。回撤挖掘在水平掘進段滿足設計要求長度后進行，TRD入⑥1強風化粉砂質泥巖回撤速度為10～15 min/m，TRD入⑥2中風化粉砂質泥巖回撤速度為50～60 min/m。

③ 成墻施工。成墻攪拌水灰比為1.5，水泥漿相對密度1.35。TRD入⑥1強風化粉砂質泥巖成墻施工平均前進速度70～75 min/m。TRD入⑥2中風化粉砂質泥巖平均前進速度80～85 min/m。從施工風險及設備能力角度考慮，TRD施工入⑥2中風化粉砂質泥巖風險較大，施工工效極慢，費用更高。

3）由地表沉降變動曲線（圖4）可知，從2019年6月5日成墻開始至2019年6月8日上午成墻完畢，地表處于向上變形中，其中DB1、DB2測點變形比較明顯，成槽結束后的24 h內地面變形復原最快，36 h內地面變形不大，隨后逐漸穩定。

圖4 地表沉降變動曲線

由土體測斜監測成果可知，CX1、CX4測點深度在35～60 m的位移較大，由此可說明距離槽段越近，變形幅度會越大，成墻結束24 h內，恢復最快變形發生在CX1測點深度43 m的位置，最大位移達10.2 mm；成墻完畢24 h后，位移逐步趨于穩定。

由土體分層沉降監測曲線（圖5）可知，土體分層沉降在成槽階段為向上變形，變形顯著位置為離槽段較近處，其中FC1-6累計向上變形達7.1 mm。試成墻完畢后，FC1-3監測點最大累計下沉達8.5 mm。

圖5 FC1土體分層沉降曲線

4 TRD施工

4.1 施工方案的確定

通過分析試成墻結果，對正式施工擬定了如下方案：

1）重型設施對場地承載力要求比較高，在施工場地鋪設鋼板等措施，確保機械的穩定性。

2）TRD施工入⑥2中風化粉砂質泥巖風險較大，施工工效極慢，費用高，從經濟性、適用性考慮，TRD施工入⑥1強風化粉砂質泥巖可滿足項目施工要求。

3）根據試成墻結果，采用成槽機引孔。

4.2 施工參數的確定

1）墻厚800 mm，墻深為入⑥1強風化粉砂質泥巖不少于500 mm，大于60 m。

2）水泥摻量35%，即每立方米被攪拌土體摻入630 kg水泥，水灰比1.5。

3）挖掘液配比：水1 000 kg，設計膨潤土摻量50～100 kg/m3，實際膨潤土摻量100 kg/m3，1.03≤相對密度≤1.17。

4）固化液配比：水1 000 kg，水泥1 500 kg（水泥摻量35%），相對密度1.35，水灰比1.5。

5 成墻質量分析

1）鉆孔取芯強度檢測。TRD施工完成后，根據規范要求進行鉆孔取芯，沿TRD中心線共取7處，每個取芯孔從上到下分別取5組試塊，結果從芯樣上看，色澤均勻一致，連續性好，較為完整。等厚度水泥土攪拌墻在硬質土層中的強度為0.95～1.02 MPa，滿足28 d無側限抗壓強度標準值不小于0.8 MPa的設計要求。

2）滲透性檢測。取4#、6#取芯孔，每個孔自上而下每個土層取3組芯樣，處理后芯樣達到飽和狀態，進行28 d室內滲透性試驗，整個試驗測得的滲透系數都在一個數量級內，均滿足墻體滲透系數不大于10－7cm/s的設計要求，墻體整體滲透性良好，具有一定的止水效果。

3）水位下降情況。經過現場抽水試驗，在原圍護結構外圍增加一圈TRD后，外側的承壓水觀測井和潛水觀測井平均降深達到1 m，確保了基坑的整體安全，說明TRD的止水效果和施工質量達到了預期效果。

6 結語

針對TRD在含礫中粗砂等硬質土層中打入較困難、工效明顯下降等問題，可采用工程鉆機、旋挖機、成槽機引孔的方式，對原砂層、巖層整體強度進行削減，同時引孔有利于TRD切割箱“吃入”巖層，確保TRD施工順利進行。與GPS-18鉆機相比，成槽機、旋挖機在引孔的同時可以取出⑤層中部分卵礫石，避免石塊卡入TRD鏈條，在含礫中粗砂等硬質土層中，采用成槽機引孔盡管施工成本高、場地要求高，但在復雜地層中適應性更強。實踐證明，TRD應與成槽機施工保持相對的距離，一般控制在TRD單日完成量1.5倍左右，因為成槽施工與TRD施工保持的距離過長，會導致表層的障礙物塌落至溝槽中，影響TRD施工。