地下連續墻成槽設備選型

蔡龍成，李建高

(1.江西交通職業技術學院 路橋工程系，南昌 330013;2.中鐵隧道集團 第三工程處，廣東 深圳 518052)

1 工程概況及成槽工藝

20世紀80年代初期，地下連續墻施工工藝引入我國，目前已被廣泛應用于基礎工程施工中，作為臨時或者永久截水墻或擋土墻［1-2］。由于工程建設的需要，地連墻施工越來越深，墻厚越來越厚，遇到的工程地質條件越來越復雜。因此，選擇合適的成槽設備直接關系到地連墻施工的成敗。

目前，地下連續墻開挖主要設備大致可分為:抓斗、重錘以及液壓雙輪銑3種。其中，液壓抓斗的閉斗力大，挖槽能力強，多設有糾偏裝置，可以保證高效率、高質量地挖槽［3］。故而，土質地基中成槽通常選用液壓抓斗成槽設備。

天津文化中心交通樞紐工程地鐵Z1線為負三層三跨結構，基坑開挖深度26 m，寬度25.7 m，采用地連墻作圍護結構。地連墻寬度1 m，最大墻深67 m。如此深度墻體施工在國內少見于相關研究文獻中，并且存在大量的 Z型、T型、V型、L型、Y型等異型幅［4-5］。此外，由于施工工期緊，必須在嚴寒的冬季進行施工。基于此，在Z1線地連墻施工中先選取15幅試驗槽段，槽深為65.5 m或67 m，分別采用利渤海爾HS855HD、上海金泰SG50及上海金泰SG40A等3種液壓抓斗型設備各成槽5幅。通過全過程跟蹤、全過程記錄，取得各項施工參數和技術指標的第一手資料，為成槽設備選型提供實測依據。三種成槽設備的主要參數如表1所示。

表1 成槽設備主要參數

1.1 水文地質條件

Z1線地質情況如表2所示。水文地質極為復雜，基坑穿越粉土、黏性土和粉砂層，土體穩定性較差，地質分界線較雜亂，粉砂層最大厚度達18 m。地下水位高，潛水水位在地表以下0.5～1.0 m左右，并穿越兩層承壓水，根據現場抽水試驗初步結果，兩層承壓水水頭大沽高程分別為0和 －0.5 m。

表2 土層特征及分布情況

1.2 成槽工藝

1.2.1 初步方案

標準槽段砂層以上部分采取三序成槽，先挖兩邊，再挖中間，開挖順序如圖1所示。開挖過程中實測垂直度，并及時糾偏。當砂層段標貫值過大時，為提高成槽效率和縮短成槽時間，采用“兩鉆一抓”施工工藝。即先施工先導孔，先導孔由BG25型旋挖鉆機成孔，確保垂直度控制在1/300以內，然后在引導孔中間采用液壓抓斗成槽機抓土成槽。

圖1 槽段開挖順序

1.2.2 調整方案

在前兩個試驗槽段采用“兩鉆一抓”施工工藝中發現，先導孔垂直度難以滿足要求，故在后續槽段中放棄該施工工藝。同時，根據施工經驗，超深地連墻采用三序成槽，塌槽后抓斗被埋難以處理。所以，地質條件較差時用六次開挖成槽工藝，地質條件較好時為減少定位采用四次開挖成槽工藝，如圖2所示。

圖2 地下連續墻成槽工藝(單位:m)

2 技術性比較

2.1 成槽速度

一幅槽段利勃海爾成槽機總用時為66～72 h，金泰 SG50為75～90 h，金泰SG40A為85～100 h。在砂層中利勃海爾所需時間為4.8～8.0 h，金泰 SG50為6.3～10.0 h，金泰SG40A為11.0～15.8 h。故初步可知，在此類地層尤其是砂層中，利勃海爾成槽速度較快，金泰SG50次之。

2.2 成槽質量

經過KODEN超聲波檢測，各地連墻成槽垂直度均小于0.3%，三種成槽機成槽質量均能滿足要求。經比較，成槽質量利勃海爾略好于金泰 SG50，而金泰SG40A最大偏差為0.27%，接近容許值0.30%。

3 經濟性比較

3.1 成槽設備故障率

根據設備維修記錄，利勃海爾在試驗槽段施工期間油管爆裂1次，保養1次，保養費時約3 h。金泰SG50在試驗槽段施工期間共維修2次，主要是冬季溫度較低，油管容易爆裂。金泰SG40A施工過程中維修次數較多。從后續施工統計看，這三臺成槽機正常保養維護一次周期均在250～500 h之間。同時，在嚴寒條件下，成槽機電纜與抓斗相連，經常進入槽內。當提升出地表卷入電纜槽內后，附著于電纜上的泥漿及水極易結冰，冰塊將電纜牢牢黏結在一起。當抓斗重新下放時，電纜不能分離，極易發生折斷。

3.2 成槽設備耗油量

根據油料供應數據，利勃海爾燃油量40 L/h比金泰燃油量33.3 L/h高，但由于成槽用時較短，所以耗油量并不是最高，而是與金泰SG50相當。

4 結語

通過以上對比分析，在嚴寒條件下，槽深60 m以上且需穿越大厚度粉砂層的地連墻采用利勃海爾HS855HD和金泰SG50成槽速度較快、質量較高、設備故障率較低、耗油量較小。因而，在后續槽段施工中，深槽選擇利勃海爾HS855HD和金泰SG50成槽，淺槽選擇金泰SG40A成槽，這種設備配置方案保證了地連墻工程的順利完工，并對今后同類工程中成槽設備選型具有一定的參考意義。此外，還取得了以下結論:

1)“兩鉆一抓”施工工藝先導孔垂直度難以滿足要求，在超深地連墻中采用六次開挖成槽工藝不易發生埋抓斗問題，效果較好。

2)冬季施工中，先期在桅桿頂部安裝熱風機，采用熱風吹向電纜，但由于熱風機的功率受限，同時電纜提升速度較快，效果不大理想。后改為在桅桿上設置了三處清洗泥漿的滾軸，進行清洗，當少量水結冰后，采用人工清除，一般2～4 h內清除一次，效果較好。

［1］胡春環，胡小鋒，方曉瑞.液壓雙輪銑與液壓抓斗的技術比較［J］.華北水利水電學院學報，2008，29(2):43-45.

［2］尉勝偉.復雜地質條件下超深基坑地連墻成槽施工技術研究［J］.鐵道建筑，2010(12):51-54.

［3］陳懷偉.杭州地區地下連續墻施工工藝研究［D］.上海:同濟大學，2008.

［4］田憲國.復雜條件下地鐵車站深基坑開挖圍護結構與施工技術研究［J］.鐵道建筑，2010(6):61-63.

［5］李建高，王長虹.超深地下連續墻槽壁穩定性分析與施工措施［J］.隧道建設，2011，31(1):57-35.