復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)

□文/劉智勇 柴艷飛 智鵬 李榮昌 方文 李鵬

復(fù)雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)

□文/劉智勇 柴艷飛 智鵬 李榮昌 方文 李鵬

采用成槽機(jī)、沖擊鉆及雙輪銑相結(jié)合的方法，成功解決大傾角巖溶區(qū)極硬巖地層地下連續(xù)墻施工行業(yè)性技術(shù)難題并且將地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量大幅提升，施工經(jīng)濟(jì)成本顯著降低。

地下連續(xù)墻；雙輪銑；巖溶區(qū)；復(fù)雜地質(zhì)

硬巖地層地下連續(xù)墻施工普遍采用沖擊鉆進(jìn)行，沖擊鉆可適用的地層較多，但是也存在很多的缺陷，如垂直度較差，成槽過程需要反復(fù)修槽，工效低，混凝土超灌嚴(yán)重，成槽過程清渣量大，施工成本高等。硬巖地區(qū)，尤其是大傾角巖溶區(qū)極硬巖地層地下連續(xù)墻施工是一個(gè)行業(yè)性的難題，高效、保質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的地下連續(xù)墻施工技術(shù)研究非常迫切。

1　工程概況

某地鐵車站總建筑面積1.34萬m2，為兩層島式車站，總長262.2 m，總寬19.7 m，深16～18.4 m，共設(shè)3個(gè)出入口，2組風(fēng)亭。

2　工程地質(zhì)條件

地層主要為粘土和中風(fēng)化石灰?guī)r，粘土的粘性高，韌性高，中風(fēng)化石灰?guī)r的傾角大，巖溶發(fā)育，最大溶洞達(dá)11.4 m，巖石強(qiáng)度高，最大天然單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)112 MPa，地下水位約為3.5 m，基巖裂隙水具有承壓性，承壓水頭高度11 m，具體情況見表1。

表1　地鐵車站工程地質(zhì)條件

續(xù)表1

3　大傾角巖溶區(qū)極硬巖地層地下連續(xù)墻施工

3.1工程重難點(diǎn)分析

本車站石灰?guī)r傾角大，約為65°，沖擊鉆施工過程中極易發(fā)生偏鉆，需要反復(fù)修偏，地下連續(xù)墻的垂直度無法保證，容易出現(xiàn)地下連續(xù)墻侵界和鋼筋籠卡籠事故并且地下連續(xù)墻混凝土超灌現(xiàn)象嚴(yán)重，充盈系數(shù)能達(dá)到1.6，巖溶發(fā)育，最大溶洞達(dá)11.4 m，地下連續(xù)墻內(nèi)護(hù)壁泥漿瞬間漏失，極易發(fā)生塌槽和卡鉆事故，巖石強(qiáng)度高，施工工效極低。

3.2施工工藝

3.2.1雙輪銑施工原理及工藝簡介

雙輪銑槽機(jī)是目前最先進(jìn)的地下連續(xù)墻施工設(shè)備，由液壓驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)銑輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，切削、破碎巖層；利用泥漿泵，將銑削出的巖渣與泥漿混合物排到地面的除砂機(jī)中，除砂凈化后的泥漿再返回槽段內(nèi)循環(huán)使用。

采用雙輪銑進(jìn)行地下連續(xù)墻銑槽工藝時(shí)，槽段長度應(yīng)滿足銑輪銑2～3次的要求，見圖1。

圖1　槽段分幅

雙輪銑成槽機(jī)在銑輪銑削地層時(shí)，受地層強(qiáng)度分布不均或者銑輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)等因素的影響，銑輪不可避免地發(fā)生偏斜，因此在施工過程中要及時(shí)糾偏。糾偏的方式主要有兩種：推板糾偏以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)糾偏，確保成槽精度達(dá)2‰。

3.2.2TC80雙輪銑簡介

TC80型雙輪銑槽機(jī)是一款以國外雙輪銑槽機(jī)作為技術(shù)標(biāo)桿，充分考慮國情而研發(fā)的地下連續(xù)墻硬巖施工設(shè)備，是國內(nèi)首臺(tái)專用主機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)銑槽機(jī)，采用HDS提升系統(tǒng)。

通過更換不同銑輪，雙輪銑可適用于一般土層、卵礫石地層、基巖地層并且能取得較高工效。平齒銑輪適用于各種土層及單軸抗壓強(qiáng)度在50 MPa以內(nèi)的巖石地層；截齒銑輪適用于卵礫石層及單軸抗壓強(qiáng)度在100 MPa以內(nèi)的巖石地層；牙輪銑輪適用于單軸抗壓強(qiáng)度超過100 MPa的巖層。

臂架采用高強(qiáng)鋼、箱型結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度大，撓性變形小，刀架晃動(dòng)小，成槽精度高、減速機(jī)壽命長，獨(dú)特設(shè)計(jì)的壓力補(bǔ)償技術(shù)，有效解決深水動(dòng)態(tài)密封性問題，保證工作裝置的防滲性及可靠性，工作裝置采用普通馬達(dá)+具有知識產(chǎn)權(quán)的驅(qū)動(dòng)單元，極大降低了馬達(dá)的成本及維修周期。

3.3施工效果

通過本車站近80幅地下連續(xù)墻的施工，雙輪銑成槽機(jī)在工效、垂直度控制、沉渣厚度控制、混凝土灌注充盈系數(shù)安全性及文明施工方面顯示出了明顯的優(yōu)勢，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于沖擊鉆。

3.3.1工效

雙輪銑成槽機(jī)破碎巖石的機(jī)理與沖擊鉆有本質(zhì)的區(qū)別，見圖2。所以在地下連續(xù)墻施工功效方面遠(yuǎn)高于沖擊鉆，而且?guī)r石強(qiáng)度越高，雙輪銑的優(yōu)勢就越明顯，在巖石強(qiáng)度達(dá)60 MPa以上時(shí)，沖擊鉆平均每幅需要14 d（不包括換漿清渣的15 h），雙輪銑僅需要1 d的時(shí)間（包括換漿清渣時(shí)間），雙輪銑的功效是沖擊鉆功效的14倍；在巖石強(qiáng)度為60 MPa以下時(shí)，沖擊鉆平均每幅需要要9 d，雙輪銑僅需要0.5 d的時(shí)間，在轉(zhuǎn)角幅最大工效差別更大，雙輪銑的優(yōu)勢更明顯，沖擊鉆平均每幅需要21 d，雙輪銑僅需要0.8 d的時(shí)間，沖擊鉆的功效僅為雙輪銑成槽機(jī)的3.8%。

3.3.2垂直度

大傾角巖石地層地下連續(xù)墻垂直度控制難度較大，用沖擊鉆施工，首次垂直度無法控制，最大偏差達(dá)120 cm，地下連續(xù)墻超標(biāo)的傾斜度容易造成鋼筋籠卡籠事故或者是侵界（結(jié)構(gòu)內(nèi)墻），相鄰地下連續(xù)墻之間容易形成喇叭口，造成地下連續(xù)墻接縫滲水。根據(jù)本車站地下連續(xù)墻成槽后超聲波檢測，雙輪銑的垂直度偏差基本可以控制在1‰之內(nèi)，平均垂直度偏差為0.76‰，完全可以滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范3‰的要求。沖擊鉆的垂直度無法保證，需要反反復(fù)復(fù)的修槽，在隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的10幅地下連續(xù)墻，垂直度偏差最小為2.5‰，最大值為8‰，平均為5.49‰，垂直度控制變化規(guī)律，隨機(jī)性大，不利于施工質(zhì)量的控制，垂直度偏差約為雙輪銑的7.2倍，見圖3。而且垂直度的偏差隨著巖層傾角的增大，呈曲線增長并且修偏的次數(shù)也呈曲線增大。

圖2　雙輪銑成槽機(jī)與沖擊鉆施工工效對比

圖3　雙輪銑成槽機(jī)與沖擊鉆垂直度控制對比

3.3.3混凝土充盈系數(shù)

沖擊鉆由于成槽垂直度偏差較大，需要反復(fù)修槽，修槽過程中加大了地下連續(xù)墻的寬度并且同一幅地下連續(xù)墻采用沖擊鉆不同的圓孔傾斜的方向不一致，導(dǎo)致地下連續(xù)墻總體寬度成倍加大，這是導(dǎo)致充盈系數(shù)增大的主要原因。根據(jù)施工記錄，雙輪銑成槽機(jī)施工的地下連續(xù)墻混凝土灌注的充盈系數(shù)最大為1.06，最小值為1.02，充盈系數(shù)的平均值為1.04，整體效果非常好，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，同時(shí)節(jié)約了大量的混凝土。沖擊鉆的充盈系數(shù)普遍大于規(guī)范要求值，充盈系數(shù)最大值達(dá)1.6，最小值為1. 2，充盈系數(shù)的平均值為1. 4，見圖4，相比雙輪銑成槽機(jī)施工，平均每幅地下連續(xù)墻超灌混凝土37%，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，而且也留下了巨大的安全、質(zhì)量隱患（鼓包、侵界等）。

圖4　雙輪銑成槽機(jī)與沖擊鉆充盈系數(shù)對比

4　結(jié)論

地下連續(xù)墻是地鐵車站施工最關(guān)鏈的一道工序，地下連續(xù)墻的成敗決定車站的成敗，尤其復(fù)雜地質(zhì)條件下，地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量、安全、工效、經(jīng)濟(jì)成本及文明施工等均作為現(xiàn)場施工組織的重中之重來控制，雙輪銑成槽機(jī)，尤其是大功率的雙輪銑成槽機(jī)可以有效解決上述難題，具有很好地推廣應(yīng)用示范效果。

□柴艷飛、智鵬、李榮昌、方文、李鵬/中國建筑第六工程局有限公司。

TU476+.3

C

1OO8-3197（2O16）O1-51-O3

2O15-11-11

劉智勇/男，1981年出生，工程師，中國建筑第六工程局有限公司，從事地鐵工程施工工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.O17