雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻的應用

□文/鄭習羽 于永廣

雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻的應用

□文/鄭習羽 于永廣

文章首先對雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻（CSM）工法概念、發展、工藝流程及性能特點進行介紹，再通過對天津地鐵建設中對雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻工法的應用實例情況的介紹，提出了天津地鐵將來更好的應用雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻工法的前景。

雙輪銑；深層攪拌；水泥土；地下連續墻；地鐵；CSM

面對天津地區多水、復雜的地質條件，超大、超深地下工程仍采用傳統施工工藝和技術設備已無法滿足安全高效的要求，所以必須尋求更好的施工工法。

1　雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻（CSM）工法

1.1概念

雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續墻（簡稱CSM）工法是一種創新性深層攪拌施工方法，是結合現有液壓銑槽機和深層攪拌技術進行創新的巖土工程施工新技術。即通過兩個銑輪繞水平軸旋轉切削破碎原位土體，注入水泥漿液充分攪拌形成均勻的水泥土墻體，可用作防滲墻、擋土墻或對地層進行加固處理。與傳統深層攪拌工法的不同之處在于以兩組銑輪繞水平軸向旋轉攪拌方式，形成矩形加固墻體，而非以單軸或多軸攪拌頭繞豎直軸旋轉，形成圓柱形的咬合加固墻體。

1.2工藝流程

1）CSM工法墻定位放樣。

2）預挖導溝，一般導溝寬1.0～1.5m，深0.8～1.0m。

3）CSM工法設備就位，銑頭與槽段位置對正。

4）銑輪下沉注水切銑原位土體至設計深度。

5）銑輪提升注水泥漿同步攪拌成墻。

6）鉆桿清洗，廢泥漿收集，集中外運。

7）移動至下一槽段位置，重復上述6個步驟。

1.3性能特點

1）具有高削掘性能，地層適應性強。雙輪銑深層攪拌銑頭具有高達100kN·m的扭矩，導桿采用卷揚加壓系統，銑頭的刀具采用合金材料，400 kW的動力保障，可以削掘卵礫石、密實的粉土、砂土等硬地層，也可切削強度在15 MPa以下軟巖及各種土層。天津地區（除薊縣山區）50m埋深以內地層強度僅需發揮雙輪銑深攪系統約1/10的切削性能，其針對天津地區“鐵板砂層”的切削功效較傳統設備高5～8倍（雙輪銑深攪800mm厚墻體，單槽截面積為2.08～2.16m2，切削下沉速度為15～20cm/min），切削粘性土層時高2～4倍（確保均勻度，切削下沉速度為55～100cm/min）。

2）施工期間對周邊環境影響小，不會引起周邊地面沉降。

3）掘削深度、掘削速度、銑輪旋轉速度、水泥漿液的注入量和壓力、垂直度等數據通過銑頭內部的傳感器實時采集，顯示在操作室的監視面板上且采集的數據可以存儲在電腦內。通過對其分析可對施工過程和參數進行控制和管理，確保施工質量，提高管理效率。尤其是可以有效解決天津地區48.5m范圍內承壓、微承壓水的止水問題。

4）高攪拌性能。雙輪銑深層攪拌銑頭由多排刀具組成，土體通過銑輪高速旋轉被削掘，同時削掘過程中注入高壓空氣，使其具有非常優良的攪拌混合性能。

5）高削掘精度，確保成墻連續、無縫。雙輪銑深層攪拌銑頭內部安裝垂直度監測裝置，可以實時采集數據并輸出至操作室的監視器上，操作人員通過對其分析可以進行實時修正，確保成墻連續、無縫，形成超深連續無縫水泥土墻。

6）可完成較大深度的施工。目前，導桿式雙輪銑深層攪拌設備可以削掘攪拌深度達48.50m，懸吊式雙輪銑深層攪拌設備削掘攪拌深度可達65m。

7）可任意設定插入勁性材料的間距。雙輪銑深層攪拌工法形成的水泥土地下連續墻為等厚連續墻，作為擋土結構應根據受力需要插入相關材料，如型鋼、鋼柱、鋼筋混凝土樁、組合結構等，其間隔可根據需要任意設置，使受力和止水統籌兼顧。

8）分槽段精確咬合連接，可沿折線施工，具有較強靈活性。在擁擠的城市中，施工場地越來越局促。支護墻體的平面布置受到多種邊界條件制約，往往輪廓很不規則。雙輪銑深攪工法可較好地應用于此類施工場地，不僅靈活而且可靠。

9）可繞即有地下管線施工。目前，最大可繞直徑為2000mm管線施工。

2　CSM在天津地鐵的應用

2.1CSM工法在地鐵基坑工程中作止水帷幕

天津地鐵2號線長虹公園站4號出入口止水帷幕工程位于天津市南開區紅旗路與黃河道交口，止水帷幕深度分別為38.6m和45.1m，基地位于51和61粉質粘土上。設計采用P.O42.5水泥，1.0水灰比。雙輪銑切削注漿攪拌，在18m以下水泥摻入比為18%，18m以上8%；單槽段水泥土墻尺寸為2.8m×0.8m；槽段間套銑寬度為200mm；向下切銑速度＜1m/min；向上切銑速度＜2m/min；銑輪厚度（成墻厚度）800mm。

由于4號出入口止水帷幕工程深度大，超過了常用三軸攪拌樁的施工范圍，原計劃使用素地下連續墻（無鋼筋籠）的形式，采用雙輪銑深攪工法后，首次嘗試了大深度使用水泥土攪拌墻做止水帷幕，收到了良好的預期效果。通過現場開挖驗證水泥土連續墻整體性良好，止水效果優。現場抽芯水泥土強度試驗結果顯示（115d齡期），水泥摻量8%的水泥土平均強度為1.95 MPa，水泥摻量18%的水泥土平均強度為4.7 MPa。

2.2CSM工法作擋土止水墻及地下連續墻施工槽壁保護

地鐵5號線津塘路站位于河東區紅星路與前進街交口處、東風立交橋南側，車站主體長176.3m，車站采用明挖法施工，為地下兩層三跨矩形框架結構。車站基坑標準段開挖深度20.981～21.260m，小里程端頭井處開挖深度約22.645～22.678m，大里程端頭井處開挖深度約22.964～22.997m。基坑圍護結構采用1.00m厚地下連續墻，靠近橋樁一側采用1.2m厚地下連續墻，在緊鄰東風立交橋一側采用雙輪銑深攪水泥土墻（CSM）內插H型鋼形成雙輪銑深攪隔離保護墻加固地下連續墻槽壁，內插型鋼用于車站頂板施工的淺部基坑開挖支護，從而減少地下連續墻成槽施工引起東風立交橋的沉降變形。

場地埋深65.00m深度范圍內，有雜填土、素填土、粉質粘土、粉土；涵蓋潛水含水層、第一承壓水層、第二承壓水層。設計采用P.O42.5水泥，0.8水灰比。雙輪銑切削注漿攪拌，水泥摻入比20%；單槽段水泥土墻尺寸為2.8m×0.8m；槽段間套銑寬度為200mm；向下切銑速度＜1.2m/min；向上切銑速度＜1.8m/min；銑輪厚度（成墻厚度）800mm；雙輪銑深攪墻底埋深34.0m。內插12.0m長，H 700mm×300mm×13mm×24mm型鋼，型鋼中心距600mm。

在緊鄰東風立交橋一側采用雙輪銑深攪水泥土墻（CSM）內插H型鋼形成隔離保護墻，減小地下連續墻成槽施工對周邊環境的影響程度。同時雙輪銑深攪墻在地下連續墻成槽過程中亦起到垂直度導向作用。由于施工控制的好，雙輪銑深攪墻垂直度偏差控制在1/500以內，型鋼順利插入，地下連續墻施工過程中，東風立交橋運營正常，沒有產生變形。

在施工過程中，取得了不同墻體、不同深度的原位水泥土漿液試樣并將試樣置于水下進行養護28d后進行無側限抗壓強度試驗，得到水泥摻入比為20%的墻體強度最小可達到3 MPa。雙輪銑深攪水泥土墻體的強度在深度上無顯著差異，可以忽略地層及深度因素對雙輪銑深攪墻體強度的影響。

3　結語

1）雙輪銑深攪在地鐵基坑工程中作止水帷幕殼體。地鐵站點宜整體考慮止水帷幕設計施工，將出入口、風道等附屬設施與主體結構進行整體止水封閉，從而減少止水帷幕的銜接點，進而可大幅降低地下水滲漏風險。主體結構、附屬結構等可在封閉的高質量止水帷幕“殼體”內施工。若因道路交通、管線切改、拆遷等原因需分期分段施工，可采用CSM工法實施止水“殼體”的無縫對接。

2）雙輪銑深攪在地鐵基坑工程中作進出洞加固。當地鐵隧道埋深＞25m時，其進出洞加固工法采用常規方法的質量保障度及風險控制度相對大幅降低，采用一種可靠的工藝改善常規工法顯得尤為重要，雙輪銑深攪工藝可以解決此類問題。

3）雙輪銑深攪在地鐵工程中可作基坑臨時支護結構或與主體結構一體化。雙輪銑深攪工法具有施工期間對周邊環境影響小、墻體無縫連續、施工速度快、綠色環保等特點。在雙輪銑深攪地下連續墻內插入型鋼或混凝土樁可作為基坑臨時支護體系，甚至可以與內襯鋼筋混凝土結構一起受力或單獨作為主體結構的外墻參與受力。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.015

□于永廣/天津城市基礎設施建設投資集團有限公司。

□TU476+.3

□C

□1008-3197（2015）03-40-02

□2015-02-10

□鄭習羽/女，1975年出生，高級工程師，碩士，天津軌道交通集團有限公司，從事技術管理工作。