泥質粉砂巖層地下連續墻成槽工藝與設備的選擇

莫勁

廣州市盾建建設有限公司 廣東 廣州 511400

引言

廣州地區軟巖巖層主要為泥質砂巖或泥質粉砂巖，在軟巖地層的地連墻施工中，該巖層既因為含泥質有一定塑性，又在一定深度中風化巖層具有較硬的強度，在連續墻施工機械越來越豐富的今天，如何在沖孔樁、旋挖鉆、液壓抓斗和雙輪銑槽機之間選擇和配置并采用適當的成槽工藝，提高連續墻的成槽效率，是一個值得研究的課題。

廣州市軌道交通十八號線沙溪站北端左線盾構井、沙溪站～石榴崗站1#盾構井，位于番禺區沙溪大道與橋東路交叉口西北側，左線盾構始發井總長度130.3m，基坑深度29.8m；右線1#盾構井總長130m，標準段基坑深度約29.2m；圍護結構采用1200厚連續墻，平均深度約33.5m，共110幅。

為達到工程工期目標，盡快提供盾構始發條件，加快圍護結構施工速度和工效，本工程采用了多種成槽設備，計有雙輪銑、旋挖鉆、液壓抓斗、沖孔樁機等，其中雙輪銑有土力SC135和徐工XTC8055兩種型號，液壓抓斗有中車TG50、徐工XG600D兩種型號，旋挖鉆有寶峨BG38、徐工XR360、中聯ZR360、三一SR405四種型號。根據配置的設備采用了多種的成槽工藝，并且根據不同型號的性能參數進行了不同成槽工藝的各種嘗試，取得了一定的現場成槽施工實際數據，對廣州地區軟巖地層連續墻成槽的設備選型和工藝選擇有一定的參考意義。

1 地質情況

本工程地貌屬于珠江三角洲沖積平原（濱海沉積區），地勢低平，地下水位較高。地層結構主要有雜填土、淤泥質土，粉細砂和中粗砂，基巖為粉砂質泥巖。其中粉細砂層、中粗砂層平均厚度約為7m，深度為9～17m范圍，泥質粉砂巖中風化巖面線平均深度為22m，連續墻平均入巖厚度為11m。

泥質粉砂巖地質特征如下：

中風化層：巖體呈塊狀結構，泥質及鈣質膠結，巖芯塊狀～短柱狀，局部為長柱狀狀，巖質較軟，錘擊易碎。近似RQD為15%～30%，巖石飽和抗壓強度標準值達13.3Mpa，巖體完整性指數為0.71，為較完整巖體[1]。

微風化層：層狀構造，泥質、鈣質膠結，節理裂隙發育，巖芯多呈短柱狀，部分為長柱狀，巖質較軟，該巖體近似RQD約為60～90%，巖體較完整。巖石飽和抗壓強度標準值達21Mpa，屬軟巖，基本質量等級為Ⅳ類。

2 不同機械組合的成槽工藝實施情況

2.1 抓銑結合成槽工藝實施效果

本工程沙溪站北端左線盾構井采用了液壓抓斗+雙輪銑的抓銑結合成槽工藝，液壓抓斗型號中車TG50，雙輪銑型號土力SC135，最初配復合式雙輪轂（標準截齒輪轂），后換葉片式輪轂。

根據雙輪銑刀架和抓斗斗體尺寸和作業時的特性，我們在實際施工時，一序槽切割寬度為6.8m（2.8+1.2+2.8），鋼筋籠工字鋼中對中6.0m，一序槽工字鋼外側采用沙包回填，工字鋼腹板到側壁寬40cm。施工時，每一刀首先采用液壓抓斗抓取⑦層以上的土層，進入⑦層以后，采用雙輪銑槽機銑削成槽，最后利用雙輪銑清孔。

抓斗施工在左線一般施工深度在17～21m，最深24m，平均每刀抓斗施工時間為3～4h。

在本工程施工中，淤泥質土層、粉砂質泥巖層特殊巖土特征對雙輪銑成槽施工影響較大，表現在于兩個方面：

一是粉砂質泥巖膠結顆粒細小，泥質、鈣質含量大，浸水軟化，在成槽過程中，巖層中的泥質、鈣質易以膠體形態融入泥漿中，使泥漿黏度增加，篩分系統很難對高黏度泥漿進行有效篩分，從而使槽中循環的泥漿的比重和黏性大幅增加。

二是粉砂質泥巖為軟巖，巖性表現為塑性，在雙輪銑進行成槽銑削時，巖層很難以塊狀脫落，往往只是在巖層面形成一道道劃痕，銑齒未銑削到的地方就會越來越高，最后將整個銑輪托住，致使銑輪無法進尺。隨著泥漿的黏性增加，銑削下來的碎屑不能及時的分離出去，從而使整個銑輪逐漸的被粘泥糊住，最終銑輪失去對巖層的破碎功能。

采取措施有效減少在淤泥質土層、粉砂質泥巖層的糊輪機會，是提高雙輪銑成槽工效的有效途徑。

以下是沙溪站北端左線盾構井抓銑結合施工槽段用時記錄：

表1 部分抓銑結合施工槽段用時記錄

（續表）

綜合以上數據：

2.1.1 適合泥巖等軟巖地層的輪轂可以有效減少糊輪的次數。使用葉片式輪轂后糊輪概率比使用標準截齒輪轂減少了

2/3。

葉片式輪轂齒座較長，呈葉片式，銑齒前端配錐齒，既有利于對巖體的銑削，又使巖石碎屑在巖體與輪轂之間有較長的距離和較大的空間，減少了銑削后的巖屑在巖體和輪轂之間的擠壓，增加了巖屑從輪轂脫落的機會，從而減少雙輪銑在軟巖中出現糊輪現象。

2.1.2 采用提拔力更大的液壓抓斗，盡可能增加抓土成槽深度，減少雙輪銑在強風化地層的作業層厚，也可以有效減少糊輪的次數。

根據實際施工記錄，在進入真正中風化層后，雙輪銑幾乎沒有存在糊輪現象，糊輪最頻繁的時段是在全風化和強風化層。

2.1.3 要采取多種措施改善泥漿性能，降低泥漿黏度，以加速泥漿的沉淀。

可以采用加水稀釋、在泥漿中添加絮凝劑、制備新漿時減少膨潤土的百分比、必要時增加泥漿箱存儲容量對泥漿粉細顆粒進行再次篩分等手段改善泥漿性能[2]。

2.2 旋挖鉆+抓斗+雙輪銑配合成槽

沙溪站北端右線1#盾構井采用了旋挖鉆+液壓抓斗+雙輪銑結合成槽工藝，液壓抓斗型號金泰SG60、徐工XG600D，旋挖鉆有寶峨BG38、徐工XR360、三一SR405三種型號，雙輪銑采用徐工XTC8055。

右線1#盾構井巖面稍淺，中風化巖面線平均深度為21m，連續墻平均入巖厚度為12m。在右線1#盾構井連續墻成槽做了3種方式的嘗試：一是旋挖鉆引孔，抓斗直接成槽，一序槽每個槽段四個孔，引孔中心間距2.0m，二序槽除接頭孔外，槽段中間引一個孔，共3個孔，由于采用了提拔力更大的SG60抓斗，部分槽段抓斗直接施工到墻底成槽；二是部分槽段引孔后抓斗不能施工到底的，剩余部分采用徐工XTC8055成槽；三是旋挖鉆密排引孔，最后用刷壁器修邊成槽。

根據已完成的20幅連續墻統計，徐工XR360、中聯ZR360旋挖鉆引孔單孔32.5m平均10個小時，寶峨38旋挖鉆單孔平均約6h，液壓抓斗平均可以施工至29m，每刀有效作業時間用時7～8h，徐工XTC8055雙輪銑平均每小時進尺0.8m，各種機械平均每個槽段總有效作業用時超80h。

旋挖鉆+抓斗+雙輪銑配合成槽存在以下影響成槽工效的因素：

2.2.1 旋挖鉆引孔垂直度控制難度高，在20m以下往往存在偏孔，給液壓抓斗施工增加了難度，抓斗和雙輪銑每一刀糾偏用時都在5h以上。

2.2.2 利用寶峨BG38采用密排引孔直接成槽的方法做了一個試驗槽段（E4），作業用時50h，隨后采用刷壁器修邊，但出現卡鉆，沒有成功，隨后重新采用徐工XTC8055雙輪銑修邊。

2.2.3 徐工XTC8055雙輪銑最初采用標準截齒輪轂施工一個槽段，抓斗施工至16m，但16m以下雙輪銑施工糊輪嚴重，平均每小時提刀架清理泥餅一次，最高頻率達一個臺班16次，平均每30min一次，該槽段總耗時8d，且垂直度偏差較大，回填后重新采用沖孔樁機成槽。后其他槽段采用板齒輪轂，大大減少了糊輪幾率。平均每個槽段糊輪次數不到1次，有一半的槽段自始至終都沒有出現糊輪。

2.3 沖抓結合成槽

沙溪站北端左線盾構井采用抓銑結合完成一序槽段，二序槽段采用了沖抓結合的成槽方法，利用沖孔樁機處理工字鋼接頭孔，再于中間位置引一個主孔，主孔完成后，利用徐工SG600D抓斗成槽，直至抓不動，再利用沖孔樁機成孔，抓斗修邊。部分槽段利用沖孔樁機沖主副孔直接成槽。

綜合沖孔樁引孔工效，在17m以上部分，每小時進尺0.6m～0.8m，17m以下部分，每小時進尺0.2～0.3m。一幅6.0m標準連續墻，配置兩臺沖孔樁機和一臺徐工SG600D液壓抓斗，抓斗平均施工29m，平均施工時長約20h，沖孔樁機約60h，一個槽段有效作業時間80h。

在泥質粉砂巖地層沖抓結合成槽影響成槽工效的最主要因素在于泥質地層的塑性和泥漿的質量。

泥質粉砂巖膠結含豐富泥質和鈣質，在沖錘沖擊破裂后，浸水軟化，在泥漿濃度和黏度較高的情況下，泥漿攜帶的顆粒難以及時沉淀分離，高濃度的泥漿又不能為碎屑及時提供水分軟化稀釋，致使沖擊破碎后的巖屑不能及時通過泥漿循環帶離接觸面，經反復沖擊擠壓后，形成具有一定彈性的膠體，沖錘與巖面之間由于這部分膠體的緩沖，會大大降低沖錘對巖石的破碎能力，猶如彈簧，致使沖擊成孔進尺緩慢。增加泥漿分離設備、及時加水稀釋改善泥漿性能，有助于增加成孔的效率[3]。

3 結束語

對比各種機械組合在連續墻成槽施工中的工效，在泥質粉砂巖地層成槽施工工藝中，液壓抓斗+雙輪銑結合成槽是在泥質粉砂巖地層連續墻成槽效率最高的一種組合，平均工效約是旋挖鉆引孔+抓斗成槽+雙輪銑配合成槽組合的6倍，約是沖抓結合成槽的10倍（一臺樁機+一臺抓斗）。

采用板齒輪轂+鏟泥板、改善泥漿質量等措施的使用有助于降低雙輪銑在泥質地層的糊輪概率，提高成槽工效。

垂直度控制、密排引孔后的修邊卡鉆是旋挖鉆引孔在連續墻成槽中影響工效的一個重要原因。

在軟巖地層，采用雙輪銑槽機成槽時，引孔工藝對于提高成槽效率效果不顯著，提高抓斗取土深度，減少糊輪概率，可以有效提高雙輪銑槽機成槽工效。