超深地連墻雙輪銑施工技術(shù)研究

王雅宜

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450001)

地下連續(xù)墻是目前基坑支護(hù)常見(jiàn)的方法。在城市建筑物密集區(qū)開(kāi)挖基坑，工作面常常由于場(chǎng)地影響而無(wú)法展開(kāi)，采用地下連續(xù)墻施工是快速打開(kāi)局面的主要方法。由于該技術(shù)應(yīng)用普遍，應(yīng)用開(kāi)發(fā)程度很深，絕大部分地區(qū)僅僅將其作為一個(gè)不起眼的常規(guī)工序，地下連續(xù)墻的施工組織、工藝攻關(guān)等針對(duì)性研究較為缺乏。文章依托春風(fēng)隧道項(xiàng)目，對(duì)明挖隧道在城市密集區(qū)的地下連續(xù)墻快速施工技術(shù)展開(kāi)研究，在城市市政工程中尚屬首次。

1 工程簡(jiǎn)介

春風(fēng)隧道線路全長(zhǎng)約5.078km，分為西端地面道路、西明挖段、盾構(gòu)段和東明挖段四部分。西明挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、鋼板樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，地下連續(xù)墻厚度分別為600mm、800mm、1000mm；接頭采用工型鋼接頭，標(biāo)準(zhǔn)幅寬6m，共105幅；異型幅及其他寬3.9 ～8.3m，共20 幅，深度約為10.9 ～27.4m 不等，總計(jì)125 幅。西明挖后配套段及始發(fā)井段地下連續(xù)墻共計(jì)54 幅，深度為18 ～28.7m 不等。地層從上至下依次是填土、淤泥、粉質(zhì)黏土、卵石層、砂層、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。部分地連墻入巖早，巖層厚，基巖硬（盾構(gòu)井周邊地下連續(xù)墻入巖深度均在8m以上，強(qiáng)度在40MPa 以上，且盾構(gòu)井內(nèi)有兩處斷層破碎帶），施工困難。

2 設(shè)備選型

二期地連墻采用液壓抓斗成槽機(jī)和沖樁機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行成槽，此段地連墻入巖較淺，但是施工周期長(zhǎng)，硬巖部分沖樁機(jī)平均工效為0.06m/h。地下連續(xù)墻常規(guī)施工方法有雙輪銑、成槽機(jī)、沖樁機(jī)3 種類型單獨(dú)或者組合施工，各種設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 地下連續(xù)墻施工常用機(jī)械對(duì)比表

雙輪銑槽機(jī)成槽工法特點(diǎn)：（1）工效高。雙輪銑槽機(jī)借助UCS 閥，適應(yīng)強(qiáng)度40 ～100MPa 的各種巖層，鉆進(jìn)能力強(qiáng)，成槽速度快。（2）成樁質(zhì)量好。雙輪銑槽機(jī)DMS 電子系統(tǒng)可時(shí)刻監(jiān)控液壓雙輪銑的工作參數(shù)及位置；可對(duì)垂直度的偏差及時(shí)進(jìn)行修正，泥漿通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)時(shí)循環(huán)，保證施工質(zhì)量。（3）環(huán)境影響小。成槽過(guò)程噪音及震動(dòng)小，對(duì)周邊建筑影響小；切削渣通過(guò)反循環(huán)系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)泥漿處理系統(tǒng)的分離可重復(fù)利用，環(huán)境污染小。（4）垂直度控制好。可有效監(jiān)控成槽垂直度，及時(shí)對(duì)垂直度進(jìn)行調(diào)整糾偏。根據(jù)工程的特點(diǎn)及工程量，決定采用1 臺(tái)ZTSX100 液壓銑槽機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)井及后配套段地連墻基巖部分工程的施工，計(jì)劃工效為1.2m/h。

3 施工情況

3.1 施工現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)2018 年6 月18 日至7 月16 日雙輪銑共銑槽10 幅，有效施工時(shí)間427h，銑槽236.56m，成槽效率僅為0.55m/h，遠(yuǎn)不能滿足≥1.2m/h 的施工要求。

3.2 原因分析

從雙輪銑參數(shù)可以看出，在硬巖掘進(jìn)過(guò)程中，雙輪銑刀盤(pán)地面承重只有7.5t，而2018 年6 月18 日至7 月16 日施工期間，地面承重平均值為9.8t，考慮原因?yàn)殡p輪銑對(duì)巖面的壓力較小，導(dǎo)致銑槽緩慢。

3.3 初步措施

初步認(rèn)定為地面承重較小，所以在WA-15 地連墻銑槽期間采取了加大地表承重的措施，由最初的7 ～12t加大至≥15t，銑槽速度明顯提升，達(dá)到了1.21m/h。但是在雙輪銑銑槽過(guò)程中，雙輪銑刀架擺動(dòng)大，垂直度偏差大，垂直度檢測(cè)為4.3‰，不滿足規(guī)范要求，必須再次修正垂直度。雖然速度明顯加快，但垂直度無(wú)法保證，需花費(fèi)更多時(shí)間進(jìn)行修正垂直度。

4 提高雙輪銑施工工效的研究

4.1 問(wèn)題分析

由于雙輪銑直接銑軟泥層存在糊輪風(fēng)險(xiǎn)，泥漿無(wú)法進(jìn)行分離二次使用，造成泥漿浪費(fèi)，銑槽只比液壓抓斗快2 ～3 倍，但成本高昂，所以在單元槽段施工前，用液壓抓斗將槽段巖層以上軟弱地層開(kāi)挖完，后期入巖部分采用液壓銑槽機(jī)進(jìn)行成槽。從前期槽段成槽結(jié)果看，正常情況下，雙輪銑對(duì)巖面的壓力在7 ～12t 不會(huì)影響成槽精度，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的≤3‰，但成槽效率較低（0.55m/h）。如果單純地對(duì)巖面加壓，速度有明顯提升，但成槽的精度達(dá)不到要求，成槽后需要進(jìn)行二次修邊，浪費(fèi)大量時(shí)間。為解決上述問(wèn)題，既保證成槽的精度，又提高雙輪銑效率，決定采用對(duì)照試驗(yàn)的方法進(jìn)行研究，找出最優(yōu)雙輪銑施工方案。

4.2 原因分析

雙輪銑工作核心為刀盤(pán)對(duì)巖面加壓，刀具切削巖面使之破碎，由于刀架是由鋼絲繩懸吊下放進(jìn)槽段，因此自穩(wěn)能力差，銑槽過(guò)程中會(huì)由巖面的反作用力而晃動(dòng)。刀架對(duì)巖面施加的壓力越大，反作用力也就越大，刀架晃動(dòng)越加厲害，直至超出糾偏板的糾偏能力，垂直度無(wú)法控制。由采取增加壓力措施來(lái)看，會(huì)導(dǎo)致刀盤(pán)急劇抖動(dòng)，使垂直度變大，槽段偏斜。如減小刀盤(pán)的接觸面積，提巖面壓強(qiáng)，雙輪銑成槽效率即可增大；對(duì)地連墻槽段進(jìn)行預(yù)引孔，再進(jìn)行雙輪銑銑槽，采取該措施將減小雙輪銑與開(kāi)挖面接觸面積，達(dá)到增大壓強(qiáng)的效果。

4.3 引孔措施選擇

刀架寬3.2m，厚0.96m，單個(gè)刀盤(pán)直徑為1.2m，兩個(gè)刀盤(pán)中心距為2m，盾構(gòu)井及后配套段標(biāo)準(zhǔn)幅槽段寬6m，厚1m。雙輪銑一二刀示意圖如圖1 所示，從圖中可以看出，前兩刀銑完后中間剩余0.6m，第一二刀的位置無(wú)法改變，所以設(shè)想先將第三刀使用成孔機(jī)械成孔，再在槽段兩端分別成孔兩個(gè)。

圖1 雙輪銑一二刀示意圖

由于槽段厚1m，因此成孔直徑最大為1m。相鄰兩孔最近距離為2m，雙輪銑刀架兩圓心相距也是2m，這就保證了刀盤(pán)左右兩個(gè)不會(huì)受力不均。同時(shí)，因?yàn)橥谶M(jìn)行格構(gòu)柱施工，現(xiàn)場(chǎng)有旋挖鉆機(jī)和沖樁機(jī)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)以前的施工得知，旋挖鉆機(jī)的施工效率是沖樁機(jī)無(wú)法比擬的，而且旋挖鉆機(jī)成孔的垂直度比沖樁機(jī)更好，旋挖鉆機(jī)還具備自動(dòng)性高、人工成本低、環(huán)保、低噪等特點(diǎn)，所以擬采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行引孔。

4.4 實(shí)施方案

（1）旋挖鉆機(jī)引孔。分別在槽段的左右邊線和中線處打三個(gè)孔。為了控制旋挖鉆機(jī)在中風(fēng)化硬巖地層中的旋挖速度和垂直度，采用截齒筒鉆進(jìn)行硬巖部分的鉆取，上層土層采用掏砂鉆進(jìn)行鉆取，兩個(gè)鉆頭靈活使用，保證了施工進(jìn)度和精度。（2）液壓抓斗成槽。引孔后，確認(rèn)好雙輪銑正在銑的那幅槽的完成時(shí)間，由于成槽機(jī)在盾構(gòu)井段土層的施工時(shí)間一般在5 ～6h，那么在雙輪銑還有6h 完成時(shí)，就可以進(jìn)行下幅槽段的成槽，避免成槽后等待雙輪銑的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成塌孔、泥漿沉淀等問(wèn)題，保證工序的有效銜接。（3）雙輪銑銑槽。在成槽完成后，雙輪銑在1h 內(nèi)開(kāi)始銑槽，防止槽段內(nèi)塌孔。雙輪銑在銑槽期間，每隔1h 進(jìn)行雙輪銑的參數(shù)記錄，實(shí)時(shí)觀察垂直度和銑槽進(jìn)度，結(jié)合地面承重進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使雙輪銑的工效及精度都有一定的保障。

4.5 效果檢查

（1）采用WA-8 號(hào)地連墻作為試驗(yàn)段，除去強(qiáng)風(fēng)化地層的速度，在中風(fēng)化地層平均速度為1.42m/h，達(dá)到了1.2m/h 的速度，測(cè)得成槽垂直度為1.4‰，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。（2）最初雙輪銑的銑槽平均速度是0.55m/h，垂直度為2.6‰，引孔后，雙輪銑的成槽速度增加至1.42m/h，垂直度為1.4‰，增強(qiáng)壓力后，成槽速度達(dá)到了2.08m/h，垂直度為2.7‰。（3）引孔及加壓均有非常顯著的效果，能夠在保證垂直度的情況下加快銑槽速度，最終速度增加了3.78 倍，單幅槽整體銑槽時(shí)間加快了約2.5 倍。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）雙輪銑施工成本高，但在硬巖地層施工速度遠(yuǎn)大于成槽機(jī)、沖擊鉆，及其施工噪聲小，成槽質(zhì)量好，結(jié)合工程造價(jià)和工程工期的前提下，具有良好的推廣應(yīng)用前景。（2）引孔及加壓對(duì)雙輪銑施工質(zhì)量和效率均有顯著提升，能夠在保證垂直度的情況下加快銑槽速度，但需根據(jù)刀盤(pán)鉆進(jìn)速度合理加壓，成槽時(shí)應(yīng)根據(jù)地連墻幅寬合理選擇施工方法，避免偏壓造成施工質(zhì)量下降。（3）導(dǎo)墻的超挖量和施工垂直度對(duì)后續(xù)成槽施工起到關(guān)鍵性的引導(dǎo)作用，如何提高導(dǎo)墻施工質(zhì)量將是下一步施工研究的重點(diǎn)。