復雜地質條件下地下連續墻施工關鍵技術

□文/劉智勇 柴艷飛 智鵬 李榮昌 方文 李鵬

復雜地質條件下地下連續墻施工關鍵技術

□文/劉智勇 柴艷飛 智鵬 李榮昌 方文 李鵬

采用成槽機、沖擊鉆及雙輪銑相結合的方法，成功解決大傾角巖溶區極硬巖地層地下連續墻施工行業性技術難題并且將地下連續墻的施工質量大幅提升，施工經濟成本顯著降低。

地下連續墻；雙輪銑；巖溶區；復雜地質

硬巖地層地下連續墻施工普遍采用沖擊鉆進行，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，成槽過程需要反復修槽，工效低，混凝土超灌嚴重，成槽過程清渣量大，施工成本高等。硬巖地區，尤其是大傾角巖溶區極硬巖地層地下連續墻施工是一個行業性的難題，高效、保質、經濟的地下連續墻施工技術研究非常迫切。

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3個出入口，2組風亭。

2　工程地質條件

地層主要為粘土和中風化石灰巖，粘土的粘性高，韌性高，中風化石灰巖的傾角大，巖溶發育，最大溶洞達11.4 m，巖石強度高，最大天然單軸抗壓強度達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　地鐵車站工程地質條件

續表1

3　大傾角巖溶區極硬巖地層地下連續墻施工

3.1工程重難點分析

本車站石灰巖傾角大，約為65°，沖擊鉆施工過程中極易發生偏鉆，需要反復修偏，地下連續墻的垂直度無法保證，容易出現地下連續墻侵界和鋼筋籠卡籠事故并且地下連續墻混凝土超灌現象嚴重，充盈系數能達到1.6，巖溶發育，最大溶洞達11.4 m，地下連續墻內護壁泥漿瞬間漏失，極易發生塌槽和卡鉆事故，巖石強度高，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

雙輪銑槽機是目前最先進的地下連續墻施工設備，由液壓驅動的兩個銑輪反向轉動，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中，除砂凈化后的泥漿再返回槽段內循環使用。

采用雙輪銑進行地下連續墻銑槽工藝時，槽段長度應滿足銑輪銑2～3次的要求，見圖1。

圖1　槽段分幅

雙輪銑成槽機在銑輪銑削地層時，受地層強度分布不均或者銑輪轉速波動等因素的影響，銑輪不可避免地發生偏斜，因此在施工過程中要及時糾偏。糾偏的方式主要有兩種：推板糾偏以及轉速調節糾偏，確保成槽精度達2‰。

3.2.2TC80雙輪銑簡介

TC80型雙輪銑槽機是一款以國外雙輪銑槽機作為技術標桿，充分考慮國情而研發的地下連續墻硬巖施工設備，是國內首臺專用主機的液壓驅動銑槽機，采用HDS提升系統。

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度在50 MPa以內的巖石地層；截齒銑輪適用于卵礫石層及單軸抗壓強度在100 MPa以內的巖石地層；牙輪銑輪適用于單軸抗壓強度超過100 MPa的巖層。

臂架采用高強鋼、箱型結構，強度大，撓性變形小，刀架晃動小，成槽精度高、減速機壽命長，獨特設計的壓力補償技術，有效解決深水動態密封性問題，保證工作裝置的防滲性及可靠性，工作裝置采用普通馬達+具有知識產權的驅動單元，極大降低了馬達的成本及維修周期。

3.3施工效果

通過本車站近80幅地下連續墻的施工，雙輪銑成槽機在工效、垂直度控制、沉渣厚度控制、混凝土灌注充盈系數安全性及文明施工方面顯示出了明顯的優勢，其效果遠遠優于沖擊鉆。

3.3.1工效

雙輪銑成槽機破碎巖石的機理與沖擊鉆有本質的區別，見圖2。所以在地下連續墻施工功效方面遠高于沖擊鉆，而且巖石強度越高，雙輪銑的優勢就越明顯，在巖石強度達60 MPa以上時，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的時間（包括換漿清渣時間），雙輪銑的功效是沖擊鉆功效的14倍；在巖石強度為60 MPa以下時，沖擊鉆平均每幅需要要9 d，雙輪銑僅需要0.5 d的時間，在轉角幅最大工效差別更大，雙輪銑的優勢更明顯，沖擊鉆平均每幅需要21 d，雙輪銑僅需要0.8 d的時間，沖擊鉆的功效僅為雙輪銑成槽機的3.8%。

3.3.2垂直度

大傾角巖石地層地下連續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120 cm，地下連續墻超標的傾斜度容易造成鋼筋籠卡籠事故或者是侵界（結構內墻），相鄰地下連續墻之間容易形成喇叭口，造成地下連續墻接縫滲水。根據本車站地下連續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，平均垂直度偏差為0.76‰，完全可以滿足設計和規范3‰的要求。沖擊鉆的垂直度無法保證，需要反反復復的修槽，在隨機統計的10幅地下連續墻，垂直度偏差最小為2.5‰，最大值為8‰，平均為5.49‰，垂直度控制變化規律，隨機性大，不利于施工質量的控制，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也呈曲線增大。

圖2　雙輪銑成槽機與沖擊鉆施工工效對比

圖3　雙輪銑成槽機與沖擊鉆垂直度控制對比

3.3.3混凝土充盈系數

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

圖4　雙輪銑成槽機與沖擊鉆充盈系數對比

4　結論

地下連續墻是地鐵車站施工最關鏈的一道工序，地下連續墻的成敗決定車站的成敗，尤其復雜地質條件下，地下連續墻的施工質量、安全、工效、經濟成本及文明施工等均作為現場施工組織的重中之重來控制，雙輪銑成槽機，尤其是大功率的雙輪銑成槽機可以有效解決上述難題，具有很好地推廣應用示范效果。

□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