軟土-花崗巖地層地下連續墻施工工藝研究

袁習奎，萬魁元，任 輝，劉飛飛

（1.廣東長正建設有限公司，廣東 珠海 519000；2.珠海市軌道交通有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

地下連續墻結構剛度大，整體性好，結構變形較小，且同時可作為基坑圍護結構和主體結構，在明挖基坑已經得到了廣泛的應用。地下連續墻是基坑圍護結構施工中的重要步驟。目前，地下連續墻施工常用設備主要有傳統的液壓式抓斗成槽機(大多需鉆機配合)和新興的雙輪銑槽機。傳統的液壓式抓斗成槽機在入巖段無法獨自成槽，大多需要鉆機配合施工[1]。在地下連續墻成槽施工過程中，許多學者提出了不同的成槽施工工藝。宗春華[2]通過對堅硬巖層內地下連續墻成槽工藝的比選，總結出潛孔錘+銑槽機組合施工工藝可滿足堅硬巖層內的地下連續墻成槽施工。鄒俊峰等[3]通過硬巖地下連續墻施工實踐，總結出潛孔錘跟管咬合引孔成槽施工技術，其成槽速度快，成槽質量好。劉鋼立等[4]通過比較4 種適合深厚淤泥覆蓋下高強度硬巖復雜地質條件的施工方案，總結出在巖石地層中采用旋挖鉆機成孔方案較為適宜。除此之外，針對不同地層中地下連續墻的成槽施工工藝，國內部分學者結合工程地質分布情況，提出了不同的地下連續墻成槽施工工藝[5-9]，都在實際工程中取得了良好的應用效果。

珠海隧道東岸工作井及掛錠角以西明挖段場地東側為掛錠角山體，西側為磨刀門水道。上部主要為流塑態淤泥層；下部主要為堅硬花崗巖層，最大強度達到151 MPa，巖面走向由東向西逐漸降低。本文以珠海隧道東岸工作井及掛錠角以西明挖段地下連續墻施工為背景，針對臨山臨海區域內復雜地質條件下地下連續墻成槽施工工藝機械設備組合進行比選。選擇一套適合軟土-花崗巖地層中的成槽機械設備，在保證施工效率的同時提高施工經濟效益，是本工程的一大技術難點。

1 工程概況

珠海隧道東岸工作井及掛錠角西側明挖段位于珠海市珠海大橋南側、掛錠角山體西側，臨近磨刀門水道。東岸工作井基坑長20 m、深25.740 m；明挖段全長147 m，基坑深18.18～22.036 m。東岸工作井及明挖段DA01～DA03 節段采用地下連續墻+內支撐支護形式（見圖1），其中東岸工作井采用厚1.2 m 地下連續墻，DA01～DA03 節段采用厚1.0 m 地下連續墻，共計50 幅，其主要參數見表1。

表1 設計主要參數表

圖1 地下連續墻斷面圖（單位：mm）

2 工程及水文地質

2.1 工程地質

場地屬海陸交互相沉積地貌區，上部以第四系填土、沖海積淤泥、細中砂及含碎石粗砂為主，中部以花崗巖殘積土為主，下部基巖為花崗巖。主要地層有①-1素填土、①-2雜填土、①-4填砂、②-1淤泥、②-5細中砂、③-3含碎石粗砂、⑤-3礫砂、⑥-1全風化花崗巖、⑥-2-2碎塊狀強風化花崗巖、⑥-3-1中風化花崗巖、⑥-3-2中風化花崗巖、⑥-4微風化花崗巖。

2.2 水文地質

場地地下水類型屬潛水，根據其賦存方式分為：（1）第四系土層孔隙潛水；（2）第四系松散巖類孔隙承壓水；（3）基巖裂隙承壓水。承壓水主要賦存于②-5細中砂、③-3含碎石粗砂層中，測得承壓水位標高為0.26～0.34 m（設計文件中建議承壓水水位標高均按0.5 m 考慮）。

3 施工工藝及存在問題

3.1 成槽機+沖擊鉆

3.1.1 施工工藝

采取常規“成槽機+沖擊鉆”的組合進行地下連續墻的成槽。單幅槽段配備1 臺成槽機+2 臺沖擊鉆。

主要施工工藝：采用成槽機抓取上部的素填土、雜填土、淤泥層、全風化及強風化花崗巖層；然后采用沖擊鉆對下部中風化及微風化花崗巖層沖擊成孔。

單幅槽段布置9 個引孔，主孔間距0.75 m；主孔采用沖擊鉆機沖擊成孔，先施工1#、3#、5#、7#、9#孔，再施工2#、4#、6#、8# 孔；主孔施工完成后，采用方錘修整。

“成槽機+沖擊鉆”施工工藝下，地下連續墻主副孔布置圖見圖2。

圖2 “成槽機+沖擊鉆”施工工藝下的地下連續墻主副孔布置圖（單位：mm）

3.1.2 存在問題

（1）進入中風化及微風化花崗巖層后，因基巖強度較高，致使錘頭磨損較大（見圖3），錘頭下部截面因磨損變小，易卡于基巖內，錘頭上提困難，從而造成卡鉆情況。

圖3 錘頭磨損

（2）槽段內基巖起伏較大，且局部基巖存在裂隙，進入基巖后，成孔過程中易出現嚴重偏孔現象。此時需反復回填片石，而回填片石與原有基巖強度分布不均，會造成二次偏孔。特別是W2 槽段，回填片石后出現了二次偏孔，且無法修復。

（3）錘頭受到磨損后，需反復提升進行補焊或更換新的錘牙。根據W2、W6、W8 槽段施工情況統計，平均每沖孔45 min 就需進行錘牙補焊或更換新的錘牙（見圖4）。修復錘牙要消耗大量時間，造成施工進度緩慢。

圖4 錘牙修復

3.2 旋挖鉆+沖擊鉆

3.2.1 施工工藝

單幅槽段配備1 臺TR360 型旋挖鉆機+2 臺沖擊鉆機配方錘進行成槽施工，其中2 臺沖擊鉆機共同抬吊方錘。

單幅槽段布置6 個引孔，主孔間距1.2 m；引孔采用旋挖鉆施工，引孔施工完成后，施工至入巖段后采用方錘修整。

“旋挖鉆+沖擊鉆”施工工藝下，地下連續墻主副孔布置圖見圖5。

圖5 “旋挖鉆+沖擊鉆”施工工藝下的地下連續墻主副孔布置圖（單位：mm）

3.2.2 存在問題

（1）方錘重17 t，需2 臺沖擊鉆機同時抬吊進行副孔修整。施工過程中，同步協調困難，對施工作業人員要求較高。

（2）基巖強度較高，方錘錘頭磨損較大，且錘牙變形嚴重（見圖6）。

圖6 方錘損壞變形

3.3 潛孔錘+沖擊鉆

3.3.1 施工工藝

潛孔錘（見圖7）原理是靠自身的配氣系統使壓縮空氣交替進入活塞(沖錘)的前后氣室，使活塞連續作往復運動，當活塞向下運動到終點時，沖擊錘頭尾部，利用錘頭下端的硬質合金球齒破碎巖石。

圖7 潛孔錘

單幅槽段配備1 臺潛孔錘+2 臺沖擊鉆機配方錘進行成槽施工，其中2 臺沖擊鉆機共同抬吊方錘。

施工工藝同“旋挖鉆+沖擊鉆”，采用潛孔錘進行主孔成孔施工。在潛孔錘成孔施工作業過程中，發現潛孔錘能有效破碎中風化花崗巖及微風化花崗巖，平均進尺速度為2 m/min，實際成孔工效較旋挖鉆機成孔有明顯效果。

3.3.2 存在問題

（1）場地內地下水較豐富，潛孔錘無法滿足有水區域內的成孔施工。當空壓機停止供氣后，孔內水易回灌至潛孔錘活塞缸體內，造成潛孔錘鉆頭缸體的損壞。

（2）潛孔錘無導向桿，施工過程中無法定位，鉆桿擺臂嚴重，易造成偏孔情況。

（3）潛孔錘鉆頭不適用于地質不均地層。當潛孔錘鉆頭受力不均后，易發生偏孔，嚴重時易發生鉆頭破損。

（4）潛孔錘施工過程中，施工噪音較大，且在成孔過程中，孔內的泥漿及破碎的碎石隨著孔壁噴濺至地面，現場安全文明施工程度較差（見圖8）。

圖8 潛孔錘成孔施工現場

3.4 旋挖鉆+雙輪銑

3.4.1 施工工藝

單幅槽段布置5 個引孔，主孔間距1.5 m；引孔采用旋挖鉆（金泰SH32A）施工，引孔施工完成后，施工至入巖段后采用雙輪銑（金泰SX40A 和土力SC-130）施工，雙輪銑的寬度均為2.8 m，1 幅槽段分3 刀，先兩邊后中間。

“旋挖鉆+雙輪銑”施工工藝下，地下連續墻主副孔布置圖見圖9。

3.4.2 存在問題

雙輪銑進入基巖后，通過施工槽段的統計，平均單幅槽段每隔45 min 就需要檢查雙輪銑截齒磨損情況，檢查發現大量截齒磨損嚴重（見圖10），需頻繁更換截齒，造成施工工效降低。對地下連續墻成槽過程中雙輪銑截齒的統計表明，單幅地下連續墻成槽平均消耗截齒1 200 副，單幅地下連續成槽最高消耗截齒2 700 副，造成施工成本增加。

圖10 雙輪銑截齒磨損

4 成槽施工工藝比較

4.1 成槽工效

4.1.1 成槽機+沖擊鉆

統計前期施工的W2、W6、W8、DA01-08、DA01-10、DA02-02、DA02-07、DA03-08 槽段的成槽周期，結果見表2。其中W2 槽段偏孔嚴重，無法成槽；其他7 個槽段的成槽周期平均達48.6 d，成槽周期較長。由此可見，采用“成槽機+沖擊鉆”施工工藝時，地下連續墻施工無法滿足工期要求，且無法保證成槽質量要求。

4.1.2 旋挖鉆+沖擊鉆

旋挖鉆主孔引孔完成后，采取方錘修整副孔，在副孔未修整完成前，方錘錘牙變形嚴重，故無法統計單幅槽段成槽時間。

4.1.3 潛孔錘+沖擊鉆

潛孔錘無法滿足有水地層中的成孔施工。

4.1.4 旋挖鉆+雙輪銑

對調整施工工藝為“旋挖鉆+雙輪銑”的8 幅槽段成槽周期進行統計，結果見表3。由表3 可知，采用該施工工藝時的平均成槽周期為11.9 d。

表3 后期地下連續墻施工統計表

針對施工工期的比較可見，4 種成槽施工工藝中，“旋挖鉆+雙輪銑”成槽施工工藝滿足在軟土-花崗巖地層中的成槽要求。

4.2 硬巖及斜巖處理措施

（1）在成槽施工工藝選擇時，應提前進行地質補勘（見圖11），在原有墻位探明地層的分布與巖層的走向，以便為合理進行地下連續墻成槽設備選型提供依據。

圖11 地質補勘

（2）處理硬巖和斜巖時，采用旋挖鉆配撈砂鉆對上部巖層進行切削。當鉆至中風化花崗巖層時，將旋挖鉆鉆頭更換為牙輪鉆頭（見圖12）正常鉆進。牙輪鉆頭能有效切削強度較高的巖層（見圖13）。

圖12 牙輪鉆頭

圖13 旋挖鉆取出芯樣

5 結語

（1）地下連續墻施工前，應進行詳細的地質補勘，探明地層分布情況和基巖強度，以便為地下連續墻成槽施工提供設備選型依據。

（2）潛孔錘對硬巖有良好的破碎效果，但不適用于有地下水地質條件或泥漿護壁條件下的成孔。若地下水較豐富或采用泥漿護壁成孔，則潛孔錘需配合全跟進套管或全轉鉆機進行成孔施工。采用潛孔錘成孔施工時，對于斜巖面，依然需要旋挖鉆機配合。在潛孔錘施工過程中，應注意施工時間，避免因噪音污染影響連續施工，同時需要注意現場的安全文明施工。

（3）在基巖較厚且強度較高的地下連續墻施工中，應充分利用工作面，多點展開施工作業，同時需考慮鋼筋籠制作，做好工序銜接，以保證施工進度。

（4）雙輪銑在進入中風化和微風化花崗巖巖層中施工時，應根據旋挖鉆機取出的芯樣和雙輪銑截齒損耗情況，合理選擇雙輪銑截齒；特別是針對基巖芯樣完整地層，應選用強度更高的截齒，以減少截齒的損耗，節約施工成本。

（5）對比4 種地下連續墻成槽施工工藝后發現，采用“旋挖鉆+雙輪銑”施工工藝適用于軟土-花崗巖地質條件下的地下連續墻成槽施工，其施工效率較高，同時可保證地下連續墻的成槽質量。