旋挖鉆機在孤石、硬巖鉆進過程中的實踐

旋挖鉆機自1984年由國外引進以來，隨著高鐵建設及城市軌道交通建設迅猛發展，旋挖鉆機由于工作速度快，環保等用途，可以迎合國家人文和綠色發展為核心的概念，于中國以及世界的現澆混凝土灌樁中都擁有很好的發展前景［1-2］。然而我國幅員遼闊，地層條件變化不一，這需要我們在不同地質條件下，不斷優化鉆機的相關參數，切實發揮鉆機快速施工的用途，確保施工進度。本文以地鐵車站圍護樁施工為例，總結旋挖鉆機在孤石、硬巖鉆進過程中的所遇到的困難及優化的工藝。

1 工程及地質概況

某地鐵車站總長288.6m。車站為地下二層島式車站，基坑深度約16～20m。右DK22+436.341～右DK22+616.141主體部分圍護結構采用800mm厚地下連續墻+內支撐支護體系；右DK22+616.141～右DK22+724.941主體部分圍護結構采用? 1000mm@1200mm鉆孔灌注樁（吊腳樁）+內支撐（錨索）支護體系，止水帷幕采用?800mm三重高壓旋噴樁。巖土層地質和周圍環境復雜，巖土層由沖填土層、海相沖（淤）積層、熔巖、花崗巖構成，以淤泥質土、粉質粘土及強風化巖和中風巖為主。

2 施工面臨的問題

本工程一期圍擋內共有109根鉆孔灌注樁，采用三臺旋挖機同時施工，兩臺徐工360旋挖機，一臺徐工280旋挖機。由于該車站毗鄰市政府，周邊住宅區眾多。圍擋占地及交通疏解工程、施工噪聲等給市民帶來一定的不便，應環保部門及廣大市民要求，晚上22：00以后停止旋挖作業施工。但業主一再要求壓縮工期，所以，我們必須結合現場實際情況，利用有效工作時間，提高鉆機鉆進速度，確保工期節點。

依據地勘報告和現場實際情況來看，現階段工程難點就是，地層變化復雜，孤石較多，截止目前，最淺處3.5m遇到孤石，只能用牙輪鉆一點點磨，牙輪磨損嚴重，增加成本，同時嚴重制約施工進度。

圖1 磨損的牙輪鉆頭

3 施工過程控制

3.1 工作時間控制

由于晚上22：00之后不允許施工，項目部對施工隊下達“人停機不停”的要求，確立操作手“兩班倒”的工作制度，確保早上6：00-晚上22：00時間段內，機械正常運轉。因為圍擋內不允許施工隊住人，不允許生火做飯，工人生活區距離施工地點有2km的路程，所以，施工隊采取中午往工地送飯的方式，節約工人的就餐時間，確保機械的有效運轉。

3.2 施工設備控制

鉆頭的選擇要根據地層、鉆進目的、鉆機性能等多方面進行考慮。在對該項目施工現場的地質、水文資料進行前期調研，并結合項目實際情況，項目部采用了徐工360和280旋挖鉆機，并準備了截齒鉆頭、筒式鉆頭、牙輪鉆頭三種形式的鉆頭對于沖積層、素填層，為便于孔底的清孔作業，采用了雙層底的旋挖鉆斗形式，最后已探明的花崗巖層只能選用牙輪鉆鉆進工藝。根據超前鉆地質資料顯示，部分樁基地層中存在孤石，且相鄰樁基之間地質巖面高程相差較大，說明巖面傾斜度較大。經過研究，對于有孤石的樁孔，旋挖鉆挖至孤石巖面后與超前地質資料進行對比，如已確認鉆孔到達孤石地層處，則換牙輪鉆進行沖孔；對于巖面傾斜度較大的樁孔，旋挖鉆進入巖面后，應對渣樣進行觀察分析，確認進入巖面，換用牙輪鉆沖孔。泥漿配合比通過工地試驗確定為：水：黏土：膨潤土 =1：0.4：0.08（質量比）；準備相當于2倍樁孔體積的泥漿池；將根據配合比制備好的泥漿進行技術性能指標測試，如泥漿的相對密度、黏度、含砂率、膠體率、PH值等，合格后方可使用，同時對沉積層厚度較大的地層，采取埋設長護筒的方式（3m），防止塌孔。

3.3 加強巖層取樣頻率

地層的變化是復雜的，結合超前鉆提供的地質資料，在本項目鉆進過程中，擬定每0.5m取渣樣本，記錄真實的地質情況，同時還注意將其與設計提供的地質報告進行對比，當遇到情況不符時，要停下研究是否需要修正目前鉆進工藝的欠缺之處。另一方面，項目部要根據實際鉆進速度，隨時調整進尺速度，特別是在更換鉆頭型號或斗齒時。如在實際施工過程中，遇到軟質地層變化至硬質地層時，應減速慢進；在鉆進到淤泥層或易縮孔地層時，應采取措施防止縮頸，如增加掃孔次數。相反，在遇到硬塑層時，則采用快速旋轉鉆進，以提高鉆進效率。最后還應注意對泥漿指標的控制，如穿越砂層時，應加大泥漿比重和稠度，防止塌孔。

3.4 優化牙輪鉆角度

根據現場牙輪磨損情況反饋，找出牙輪鉆頭破損嚴重的一側，對牙輪角度進行微調，讓正反兩個鉆頭的行走軌跡間距減小，最大限度的擠壓巖層，減少牙輪磨損。

3.5 焊接質量控制

在孤石和硬巖鉆進過程中，截齒和牙輪磨損嚴重。最開始采用傳統的電弧焊接，發現牙輪易受力不均而造成脫落。針對這一情況，施工隊開始采用 CO2保護焊焊接截齒和牙輪，實踐結果表明：氣保焊外觀成形和內部質量都非常好，有效提高了截齒和牙輪的使用壽命。

圖2 CO2保護焊焊接牙輪鉆頭

4 效果分析

通過提高機械有效工作時間，加強巖層取樣，確保巖面及時確認，及時與地勘單位溝通，針對不同地層更換不同的刀具和鉆頭，及時調整鉆進速度，徐工360D1號機取得了16個小時完成2根鉆孔的成績，為旋轉鉆進在孤石和硬巖中鉆進提供了寶貴的施工經驗。

5 結論

旋轉鉆機進行圍護樁施工過程中，由于地質變化的多樣性，必須結合超前鉆孔資料及現場取樣資料，合理調整鉆具，不能一味按經驗施工，需具體問題具體分析。本文通過旋挖鉆機在廈門島地鐵車站圍護樁施工過程中遇到的問題，總結出以下結論：①以工期節點為導向，因地制宜的調整工作時間，在保證操作手就餐和休息的前提下，采取“兩班倒”的工作制度，有效利用工作時間，確保“人停機不停”；②施工人員應熟知地勘圖紙，并加大取樣頻率，不斷總結巖層變化情況，以巖層取樣為依據，及時更換鉆具，并調整鉆機鉆速，確保機械設備運轉最優化；③依據在孤石和硬巖鉆進過程中的實際情況，最大限度的優化牙輪的行走軌跡，同時采用CO2保護焊焊接牙輪等刀具，確保焊接質量及使用壽命。

［1］楊暉彬，劉濤.鉆孔灌注樁“旋挖+沖反″施工工藝特點及質量控制［J］.施工技術，2014，43（7）：42-45.

［2］史江楠.旋挖樁施工技術淺析［J］.城市建設理論研究（電子版），2015，5（15）：81.