沿海地區上軟下硬復雜地層地下連續墻成槽技術研究

彭明剛

隨著城市建設的高速發展，全國大中型城市的城市軌道交通工程也在不斷增加，作為圍護結構的地下連續墻因具有剛度大、抗滲漏性能好、施工振動小、噪聲小等眾多優點，經常被用在基坑工程中。文章針對福建沿海地區特殊的上軟下硬且承壓水位較高的復雜地層，結合福州地鐵6號線壺井站采取不同設備的組合優化來提高特殊條件下地下連續墻施工成槽技術，為破解上軟下硬地層地下連續墻施工難題，提供了一種新的施工方法，可供同類工程參考。

一、前言

福州地鐵6號線壺井站施工里程為SK29+727.852～SK29+939.852，車站明挖主體部分全長212m，地下連續墻厚80cm，共計83幅（6m/幅，共計460.6m），平均深度28.5m，連續墻趾進入中風化和微風化花崗巖巖層，局部入微風化花崗巖巖層達到19m。在地下連續墻施工中，針對上軟下硬的復雜地層中在填土層、強風化巖基以上部分采用了“成槽機+烏卡斯沖擊鉆”的成槽施工工藝，快速、有效地使軟弱土層成槽；對強風化以下的入巖部分采用“牙輪旋挖鉆+烏卡斯沖擊鉆”組合方式進行主孔部分的“強鉆”，反循環泥漿濾除巖屑，待主孔成孔后，“巖墻”采用沖擊鉆自制“沖擊鉆方錘”進行“修孔”，最終完成地下連續墻成槽。該施工方法最大限度地利用了多種設備的組合優化，提高了機械的機械使用率，加快了連續墻的成槽速度，經過四個月全部完成了壺井站的地下連續墻施工，取得了較好的社會效益和經濟效益。

二、地質條件

車站自場平標高下主要地層概述如下：

第四系全新統素填土、耕植土、粉質粘土、粉細砂、中細砂、中粗砂、第四系上更新統硬塑狀殘積砂質粘性土。

全風化花崗巖：灰黃色，含大量中粗粒石英顆粒、白云母片及長石，巖石風化劇烈，原巖組織結構已風化破壞，巖芯呈堅硬土柱狀，遇水易崩解。

強風化花崗巖（砂土狀）：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，母巖為花崗巖。

強風化花崗巖（碎塊狀）：灰黃色、灰色等，巖芯主要呈碎塊狀，巖塊敲擊易碎。巖石堅硬程度屬較軟巖，巖體完整性等級屬極破碎，巖體基本質量等級分類屬Ⅴ類。

中微風化花崗巖：灰白色、灰色等，塊狀構造，巖芯破碎多呈塊狀-短柱狀，部分為長柱狀，原巖結構清晰可辨，巖性主要為粗粒花崗巖，中等風化夾微風化巖塊。巖石堅硬程度屬較硬巖，巖體完整性等級屬較完整，巖石抗壓強度為110～144MPa。

三、成槽施工技術

我公司針對不同地質情況，連續墻成槽采用不同的施工工藝方法，即表層素填土及部分全風化巖層采用成槽機直接成槽，成槽機無法抓動部分采用旋挖鉆沖孔，之后采用烏卡斯沖擊鉆修孔；對深入中微風化花崗巖槽段，采用旋挖鉆機配以“圓筒型”鉆頭施鉆，為提高入巖效率，圓筒鉆頭上分別焊接“牙輪鉆頭”，該鉆頭鉆巖效率較高，但需保證鉆頭和圓筒的焊接質量。旋挖鉆機可自身控制并調整鉆孔的垂直度，能有效保證成孔精度。旋挖鉆機施鉆應根據巖面情況合理調整鉆孔間距，之后對孔位之間無法施作的月牙狀部分“隔墻”采用烏卡斯沖擊鉆進行修孔到位。

下面以壺井站典型槽段E8-22地下連續墻為例，該槽段深入強風化巖層、中微風化巖層及部分微風化巖層，總槽深為25.3m，其中砂土層13.5m、強風化巖層7.5m、中微風化巖層4.3m。考慮基底巖層為斜面巖，單純采用烏卡斯沖擊鉆或牙輪旋挖鉆成槽效率低且易產生孔位偏斜。在施工過程中采用3套設備組合銜接配合作業，第一階段對沙土層采用液壓抓斗作業；第二階段強風化巖層采用烏卡斯沖擊鉆快速沖擊鉆進；第三階段采用牙輪鉆頭旋挖鉆機施工硬巖，提高整體施工效率。

1.第一階段：素填土和全風化地層成槽施工

對于不入巖的槽段或槽段上層部分，施工直線型槽段采用SG60型液壓抓斗成槽機“三抓”開挖，即先挖兩端最后挖中間，使抓斗兩側受力均勻，主要步驟如圖 1 所示；在轉角處部分槽段因一斗無法完全挖盡時或一斗能挖盡但無法保證抓斗兩側受力均勻時，根據現場實際情況在抓斗的一側下放特制鋼支架來平衡另一側的阻力，防止抓斗因受力不勻導致槽壁左右傾斜。優質膨潤土泥漿護壁，并始終保持槽內泥漿面不低于導墻頂面以下0.5m及地下水位0.5m以上。液壓抓斗僅僅可以抓取軟弱土體，表層土體成槽后進入下層強風化巖層，抓斗抓取改巖層困難，隨即用CZ-8A烏卡斯沖擊鉆進行沖孔施工。

圖1 成槽機“三抓”工藝示意圖

2.第二階段：強風化花崗巖地層成槽施工

進入強風化巖層后，地連墻施工機械為烏卡斯沖擊鉆機（烏卡斯沖擊鉆機型號為CZ-8A）。施工工藝采用烏卡斯沖擊鉆施工9個孔。在遇到斜面微風化巖時，為防止槽孔偏斜，采用邊回填石料邊沖擊的做法來保證垂直度。為防止在入巖過程中造孔時間過長產生塌孔，采用優質鈉基膨潤土制備泥漿護壁來維持上部粉細砂、（含泥）細中砂、硬塑狀殘積粘性土層的穩定，防止上部槽孔坍塌。使用烏卡斯沖擊鉆施工在保證一定施工效率的同時在斜面巖施工過程中可保證成孔的垂直度，對整體槽段的成槽質量有一定保證。烏卡斯沖擊鉆設備施工完成強風化巖層后，由于中風化巖層的強度較高，烏卡斯沖擊鉆施工效率降低較多，故選擇入巖牙輪旋挖鉆機進行施工。

3.第三階段：中微風化花崗巖地層成槽施工

進入中微風化巖層后，地連墻機械配置組合為旋挖鉆機（旋挖鉆機型號為XR360）+烏卡斯沖擊鉆機（烏卡斯沖擊鉆型號為CZ-8A）。施工工藝采用旋挖鉆施工成孔，烏卡斯沖擊鉆配置方錘進行修孔成槽。旋挖鉆鉆頭配置針對硬巖的牙輪鉆以提高成孔效率。沖擊鉆施鉆至中微風化花崗巖后效率明顯降低，此時用旋挖鉆機鉆孔，鉆孔間距為1.2m，則中間會形成至少0.2m的巖石“隔墻”，最終隔墻用方錘修槽后完成該幅地連墻的成槽施工，詳見圖2所示。

圖2 槽段施工示意圖

四、結語

該施工技術較適宜于上軟下硬地質情況下地下連續墻施工，包括砂層、全風化巖層、強風化巖層、中微風化巖層及以上各種地質的互生巖層的成槽施工。在福州地鐵6號線3標壺井站明挖站圍護結構地下連續墻施工中，合理利用成槽機、牙輪旋挖鉆機、烏卡斯沖擊鉆機的相互組合，充分發揮在各類地質情況施工的優勢性能，在上軟下硬復雜地連墻施工中進行優化組合，很好地解決成槽入巖難的問題。