濱海地區上軟下硬地層地下連續墻成槽鉆銑組合施工研究

曹仲良

（中電建南方建設投資有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 工程背景

深圳至惠州城際鐵路前海保稅區至坪地段西麗站為地下三層，局部四層，雙島四線車站，圍護結構采用1000mm/1200mm地下連續墻及?1000mm@750咬合樁，圍護結構深度28m～34m，基坑采用蓋挖逆作法施工。工程地質從上到下依次為素填土、雜填土、礫砂、礫質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中微風化花崗巖，地下連續墻平均入中風化巖深度為3m，入微風化巖深度為5m。根據地質勘查資料，中風化花崗巖實測飽和單軸抗壓強度值17.1MPa～87.2MPa，巖體實測飽和單軸抗壓強度平均值為57.9MPa，為較硬巖，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ級，RQD=60%。微風化花崗巖實測飽和單軸抗壓強度值為47.2MPa～104.5MPa，平均值為76.7MPa，為堅硬巖，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅱ級，RQD=80%。

1.2 成槽工法

該車站圍護結構入巖深度較深，巖體硬度較高，常規地連墻成槽方式主要采用成槽機配合沖擊鉆、旋挖鉆等設備，該方法主要針對巖體飽和抗壓強度低、完整性指數較低的巖層，對巖體強度高、完整性好或由于巖體節理面不平整等易產生偏孔、卡錘、垂直度不易控制，一旦發生偏孔很難糾偏，成槽效率低等問題，對圍護結構質量產生較大影響。根據該工程地質特點、入巖深度及巖體強度，選用液壓抓斗+旋挖鉆機引孔+雙輪銑槽機組合成槽方式，對全強風化巖層及土層采用液壓抓斗抓槽，中微風化巖層采用旋挖鉆機引孔+雙輪銑鉆銑結合的成槽工藝。地下連續墻鉆銑組合成槽施工工法主要原理：硬巖地連墻在每槽段銑槽作業前，利用平行作業時間在待銑位置，先用旋挖鉆根據幅寬及巖面傾斜度施工多個先導孔，然后再使用雙輪銑槽機沿引孔進行銑削成槽。針對巖體實測飽和單軸抗壓強度值范圍，選擇不同的先導孔布孔方式，減少雙輪洗槽機鉆齒磨損，充分發揮雙輪銑的硬巖成槽優勢，提高成槽施工效率。

2 施工要點

2.1 施工工藝流程

導墻施工→泥漿制備→旋挖鉆引孔→液壓抓斗成槽機成槽（土層）→雙輪銑槽機成槽（巖層）→刷壁→驗槽、清孔、鋼筋籠吊裝→混凝土灌注。“鉆銑法”施工示意圖如圖1所示。

圖1 “鉆銑法”成槽工藝流程

2.2 施工要點

為保證成槽機、雙輪銑、鋼筋籠進出順利，導墻需外放50 mm～100 mm，其凈距允許偏差為±10 mm，導墻中心線應與地下連續墻軸線重合，軸線允許偏差為±10 mm。導墻頂標高比地面高100 mm，導墻深度大于2 m時，須放坡開挖，混凝土澆筑完畢后，采用黏土夯實，嚴防漏漿，防止地表水深入槽內，引起槽壁坍塌。

采用銑鉆結合工法的泥漿制備根據硬巖上部軟土地層特性，改善泥漿性能，適當增大泥漿密度，提高泥漿黏度，增大槽內泥漿壓力，施工中及時補漿，始終保持泥漿液面穩定，保證泥漿液面比地下水位高0.5 m～1.0 m。由于旋挖鉆在硬巖引孔過程中對槽壁會產生較大振動干擾，采用以甲基膨潤土為主、羧甲基納纖維素等增稠劑為輔的泥漿材料，同時應注意泥漿用水應將pH值調直中性或弱堿性。

導墻施工完畢后在預開槽段先采用大功率旋挖鉆進行引孔，為雙輪2個銑輪作業創造臨空面，提高銑齒破巖效率。該工程槽段長度為6 m，雙輪銑槽機每銑作業空間長度為2.8 m，根據槽段巖體實測飽和單軸抗壓強度值的不同，結合雙輪銑每銑的作業長度，將旋挖鉆引孔劃分為單銑單引孔、單銑雙引孔及均布引孔3種布孔方式，每種引孔布置方式如下：1）當巖體強度在40 MPa以下，在施工槽段每個單銑空間內施工一個引孔，采用單銑單引孔布孔方式，如圖2所示。2）當巖體強度為40 MPa～60 MPa時，在施工槽段第一、第二銑位置各施工2個引孔，采用單銑雙引孔布孔方式，如圖3所示。3）當巖體強度在60 MPa以上時，在施工槽段采用均布布孔的方式進行引孔，如圖4所示，當巖體巖體完整且強度值越大，盡可能增加引孔數量。

圖2 單銑單引孔示意圖（單位：mm）

圖3 單銑雙引孔示意圖（單位：mm）

圖4 均布引孔示意圖（單位：mm）

旋挖鉆鉆齒根據巖體的強度選用高強合金截齒或合金牙輪齒，當巖體飽和抗壓強度≤40 MPa時選用截齒，如圖5所示；當巖體飽和抗壓強度大于40 MPa時使用牙輪齒，如圖6所示。

圖5 旋挖鉆合金截齒鉆桶

圖6 旋挖鉆牙輪齒鉆桶

根據上述不同槽段巖體飽和抗壓強度所選擇的引孔分布原則，綜合考慮西麗站巖體完整性、巖石平均飽和抗壓強度，采用第三種均布布孔方式。同時結合槽段在實際施工中順序分為首開槽、順開槽、閉合槽槽3種類型，如圖7所示，施工中對3種槽段布孔方式進行細分，如圖8～圖10所示，同時需考慮首開幅槽段尺寸外放等。

圖7 槽段類型

首開槽須考慮二期相鄰槽段銑槽空間及墻體結構銜接，施工槽段設計長度6 m，槽段實際開挖長度應大于設計長度，旋挖鉆引孔采用均布布孔方式，引孔范圍應進入相鄰兩個槽段每側不小于600 mm，依次完成5個引孔，如圖8所示。

圖8 首開槽引孔分布（單位：mm）

與首開槽銜接的順開槽須考慮下一相鄰槽段銑挖空間及墻體結構銜接，引孔范圍應進入下一槽段不小于600mm，均布布孔，依次完成4個引孔，如圖9所示。

圖9 順開槽引孔分布（單位：mm）

順開槽之間的閉合槽兩端在上兩個槽段已完成引孔并銑挖完成，在剩余未開挖范圍均布布孔，依次完成3個引孔，如圖10所示。

圖10 閉合槽引孔分布（單位：mm）

雙輪銑設備主要由4個部分組成：起重設備、銑槽機、泥漿制備以及篩分系統等，成槽原理是通過液壓系統驅動下部兩個輪軸轉動水平切削、破碎地層，采用反循環出碴，工作時利用2組液壓馬達帶動銑輪反向低速轉動，削切與銑輪接觸的巖石，使銑齒將巖石破碎成小塊并由兩銑輪中間位置的泥漿泵吸出巖渣、泥漿，經篩分系統及泥漿泵站循環處理后返回槽內，雙輪銑最大成槽深度可達150 m，一次成槽厚度為800 mm～2800 mm 。常用的雙輪銑設備主要有德國寶娥、意大利卡沙特蘭、法國索萊唐成槽機、國產徐工及上海金泰，成槽原理基本相同。

雙輪銑槽機的銑頭部分安裝了一定數量的用于采集各類數據的傳感器，操作人員可以通過觸摸屏很直觀地看到雙輪銑槽機的工作狀態（銑頭的垂直狀況、銑削的深度、銑頭受力）并傳回操作室。操作員可以針對不同地層設定銑頭的下降速度，通過控制銑頭所受的壓力來減少在銑頭沿高度的左右兩側各安2塊導向板，前后兩側各安裝4塊糾偏板。操作員通過觸屏控制液壓千斤頂系統伸出或縮回導向板、糾偏板，調整銑頭的姿態并調慢銑頭下降速度從而有效地控制了槽孔的垂直度及破巖效率。

雙輪銑刷壁工具使用特制刷壁器，刷壁器以自制刷壁架或安裝于銑槽機鋼架側壁上的鋼絲刷為主。在清孔前使用刷壁器反復刷壁十次左右，直到刷壁器上無泥為止。

泥漿循環采用管道輸送回收，經過碎石篩分機或泥沙分離機后經循環池沉淀處理，循環的泥漿轉入泥漿池中混合新漿經試驗檢測合格后使用，廢泥漿經泥水分離或晾曬除去水分后棄運。在成槽過程中，槽內泥漿液面必須高于地下水位0.5 m～1 m以上，并低于導墻頂標高0.5 m，對沿海地層，泥漿密度及稠度可適當上升，并在泥漿池中增加纖維素、火堿等添加劑以增加泥漿的護壁效果。新制泥漿須靜止24小時，充分發酵膨化。

3 施工工況分析

根據現場實際施工工效統計，以典型1000 mm厚6 m寬28 m深地連墻平均工效，施工工效統計見表1，采用鉆銑結合的方式，使用旋挖鉆先引孔后銑槽，中風化巖層旋挖鉆引孔和雙輪銑結合成槽工藝，成槽速度可達2 m/h；微風化巖層旋挖鉆引孔和雙輪銑結合成槽工藝，成槽速度可達1.5 m/h。與采用雙輪銑成槽相比，成槽施工效率大幅提高，同時也減少了由于巖體節理面不平整等產生的偏孔、卡錘以及垂直度不易控制等問題，避免了墻面鼓包、露筋等外觀質量問題，減少了混凝土損耗，提高了接頭接縫防水性能，減少了后期堵水的費用。

表1 地下連續墻施工工效統計

4 結語

該文針對深圳至惠州城際鐵路西麗站上軟下硬地層特點，結合工程實際及以往工程施工經驗，采用液壓抓斗+旋挖鉆引孔+雙輪銑的成槽方式，對硬巖地層采用先引孔后銑槽鉆銑組合的成槽工藝，通過對巖體完整性、巖石實測飽和單軸抗壓強度分析，結合雙輪銑成槽機破巖工作原理，制定旋挖鉆引孔布孔方式。實踐表明對硬巖成槽，通過采用鉆銑組合的成槽方式較單純采用雙輪銑成槽相比，在中風化花崗巖中的成槽效率提高了2倍左右，微風化花崗巖的成槽效率提高了2倍～3倍，通過合理搭配引孔設備完成流水作業，減少了設備檢修、鉆齒的更換數量和更換次數，成槽效率明顯提高。同時也有效降低了由于巖層節理面不平整等易產生偏孔、卡錘、垂直度不易控制等問題，避免了墻面鼓包、露筋等外觀質量問題，減少了混凝土損耗，提高了接頭接縫防水性能，減少了后期堵水的費用，取得了較好的經濟效益。