大直徑潛孔錘在地下連續墻入巖引孔技術中的應用

于洪彪+何勇飛+張聞舉

摘要：以福州地鐵二號線南門兜站圍護結構施工為例，闡述大直徑潛孔錘與長螺旋多功能樁基組合在地連墻入巖成槽技術中的應用，為解決堅硬地層的鉆進問題，提高施工效率提供借鑒意義。

關鍵詞：潛孔錘；入巖；地連墻引孔

1、工程概況

1.1項目概況

福州地鐵二號線南門兜站位于市中心八一七路、古田路和烏山路交叉口處，為雙柱三跨三層矩形框架結構，外包尺寸為285.2米，寬度32.5米，采用半鋪蓋法施工，圍護結構東段（右線23—34軸、左線13—34軸）采用1000mm鉆孔灌注樁+樁間止水+旋噴樁止水帷幕，西段（右線1—23軸、左線1—13軸）采用1000mm地下連續墻。鉆孔灌注樁最深32米，最淺26米，地下連續墻最深41.5米，最淺25米。

1.2工程地質狀況

地下連續墻、鉆孔樁深度范圍內土層自上而下為：

<1-2>雜填土

呈雜色，主要成分為中粗砂及磚塊、碎石、砼塊等建筑垃圾，混少量淤泥，松散，欠壓實。硬雜質含量大于30%，層底埋深0.2～6.3m，層厚 0.2～6.3m，平均厚度2.89m。

<2-4-1>淤泥

呈深灰色，流塑飽和，部分夾薄層細砂而表現為淤泥夾薄層砂，局部含有腐植質，層頂埋深1.0～22.5m（標高-15.83～6.48m），層底埋深 4.3～26.5m（標高-20.56～3.03m），層厚0.7～24.8m，平均厚度7.44m。

<2-4-4>淤泥夾砂

呈深灰色，流塑飽和，混粉細砂層狀砂與淤泥厚度比為1/10-1/3，局部夾有10～15cm細砂，局部含有腐植質，層頂埋深3～32.8m（標高-25.85～4.53m），層底埋深5.3～35.5m（標高-28.55～2.23m），層厚0.8～23m，平均厚度5.17m。

<3-1>粉質粘土

呈灰綠、灰黃色等色，可塑，濕度大，層頂埋深4.7～49m（標高-42.81～2.3m），層底埋深6.7～51m（標高-44.62～0.3m），層厚0.3～14.3m，平均厚度3.85m。

<3-3>中粗砂

呈淺黃色、淺灰色、灰黃色等，飽和，層頂埋深8.8～50.3m（標高-43.52～-1.95m），層底埋深14.2～50.5m（標高-44.48～-6m），層厚 0.4～27.3m，平均厚度6.72m。

<3-8>卵石（砂質填充）

淺灰色，中密-密實，飽和，卵石多呈橢球狀，磨圓度較好，含石英及長石，中等風化，粒徑一般為3-8厘米，最大達12厘米，含量為55～85%，間隙主要由中粗砂充填。層頂埋深24～48.7m（標高-42.59～-27.43m），層底埋深34.5～55.6m（標高-49.38～-28.13m），層厚0.7～13m，平均厚度 6.51m。

<5-2>硬塑狀殘積礫質粘性土

呈黃褐色等，可塑，含風化殘留石英顆粒，具有遇水崩解特點，層頂埋深 4.3～35.5m（標高-29.42～2.72m），層底埋深8.8～38.2m（標高-32.12～-1.98m），層厚1.5～10m，平均厚度4.13m。

<7-1>強風化花崗巖（砂土狀）

呈灰黃色，褐黃色等，含大量中粗粒石英顆粒、白云母片及長石，風化強烈，原巖組織結構已大部分風化破壞，巖芯多呈砂土狀，遇水易軟化、崩解。層頂埋深8.8～55.6m（標高-49.38～-1.8m），層底埋深13.6～55.2m（標高-61.3～-6.4m），層厚0.4～28.9m，平均厚度6.47m。

<8>中風化花崗巖

呈灰白色、灰色等，塊狀構造，巖質較堅硬，裂隙發育，錘擊聲脆，不易擊碎。巖石堅硬程度屬較硬巖，層頂埋深 13.6～57.2m（標高-50.63～-6.4m），層底埋深23.2～32.1m（標高-25.47～-16.7m），層厚0.4～2m，平均厚度1.2m。

（10）<9>微風化花崗巖

呈淺灰、灰白色，塊狀構造，礦物成分為長石、石英、少量黑云母等。巖石堅硬程度屬較硬巖-堅硬巖，層頂埋深9.10～39.70m（標高-32.36～-2.10m），層底埋深13.70～34.50m（標高-26.63～-6.70m），層厚0.60～7.80m，平均厚度3.54m。

1.3水文地質狀況

地下水按賦存方式分為上層滯水、松散巖類孔隙水（潛水和承壓水）和基巖裂隙水兩種類型。屬潛水，略具承壓性。地下水位穩定埋深1.3—2.3m，穩定水位標高5.10—5.40m。地下水主要排泄途徑為蒸發和水平向閩江排泄，主要補給來源為大氣垂直補給和閩江側向補給。

2、潛孔錘工藝方法

南門兜站采用改良后的風動式潛孔錘，風動潛孔錘正循環垂直沖擊鉆進，壓縮空氣經內管孔道傳輸給潛孔錘，并驅動潛孔錘作功。排出的廢氣經鉆頭排氣孔排出，沖洗孔底，冷卻鉆頭，并攜帶巖渣屑沿孔壁與外管之間的環狀間隙上返至地表，完成正循環鉆進過程。潛孔錘正循環時，高速氣流沖刷孔壁，孔壁受大口徑外管保護而不易坍塌掉塊，有利于孔壁的干凈穩定。高壓氣流排出孔口的同時，伴隨著地下水與巖屑粉塵攪拌成的泥漿，返至地面。

在潛孔錘沖擊破碎巖石或卵礫石層的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，既能研磨刻碎巖石，又能使潛孔錘擊打位置不停的變化，使潛孔錘底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，大大加快對巖石的破碎作用，起到多重效果。

風動潛孔錘的空氣既能冷卻鉆頭又能將破碎的巖屑吹離孔底并排除孔口，減少了巖屑重復破碎，因此，風動潛孔錘引孔有更高的鉆進效率。

3、南門兜站地連墻施工工藝原理及特點

3.1成槽方法：地連墻成槽方法均采用成槽機抓取槽段內上部軟質土層，開挖順序為先兩邊后中間的抓法。如下圖所示：

若成槽機施工進入巖層，施工效率受阻時，則采用沖擊鉆和潛孔錘兩種輔助成孔工藝。

3.2潛孔錘與沖擊鉆功效對比

分別從進入中風化花崗巖和微風化花崗巖的角度進行兩種方案的功效分析，選擇DXQ-32（入中風化花崗巖最小深度2.2m，最大深度5m，平均深度3.6m）及DXQ-84（入微風化花崗巖最小深度4.5m，最大深度5.2m，平均深度4.95m）槽段進行功效分析。

4、技術原理

以施工三軸攪拌樁的螺旋鉆機做樁架，以螺旋動力頭做旋轉動力，在特制的鉆桿下懸掛風動式潛孔錘，潛孔錘沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，既能研磨刻碎巖石，又能使潛孔錘擊打位置不停的變化，使潛孔錘底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，風動潛孔錘的空氣既能冷卻鉆頭又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達到快速破碎巖石的作用。

5、結語

潛孔錘工法的成本大于各種常規工法，一般都是在特定的地質情況下，或特定的環境下，本技術具有設備簡單、速度快、效果好、成本低等特點，能快速鉆穿卵礫石層、塊石、強風化花崗巖、中風化花崗巖、孤石等，對于類似工程施工具有廣泛的借鑒意義。

參考文獻：

[1]羅會軍.大口徑氣動潛孔錘下套管法在復雜地層中的應用.資源環境與工程.2013.4

[2]楊國春等.大直徑硬巖鉆進技術探討.長春工程學院.2005.09