氣舉反循環成槽工藝在廣渠路工程中的應用

方 言 張雷潔 張艷松

（北京城建集團有限責任公司，北京 100088）

0 引言

在地下連續墻施工中，管線改移一直是個困擾工程技術人員的難題，由于沒有路由，往往會延誤工期。如果遇到燃氣、軍纜、國防光纜等管線，改移申請流程就十分繁瑣。而氣舉反循環成槽工藝可以在不進行管線改移的情況下進行地下連續墻的施工中，在工程中得到了廣泛應用。本文將氣舉反循環成槽工藝應用在廣渠路項目中的工藝施工流程及技術要點進行分析介紹，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

《北京城市總體規劃（2016年—2035年）》中明確提出，要建設“一核一主一副、兩軸多點一區”的城市空間結構；其中，通州區作為北京城市副中心的核心位置，是城市建設規范工作開展的關鍵性城市。廣渠路工程是通州區城市建設的重點工程項目之一，該項目隧道主要采用明挖法施工（交叉路口采用蓋挖順作法），隧道主體結構采用四孔閉合框架結構，單孔結構最大內輪廓凈寬13.75m，凈高6.8m（車行斷面）。標準單幅橫斷面結構全寬30.50m，全高13.80m。明挖段隧道基坑支護采用“鋼筋混凝土地下連續墻+內支撐”體系，地下連續墻墻厚0.8m，墻深度27m，單元槽長6m；地下連續墻全長3050m，其中正常施工長度2970m，采用氣舉反循環施工工藝施工的長度80m。

2 施工原理及設備

2.1 氣舉反循環工作理論

氣舉反循環施工建設的理論基礎是組合液舉固體運動理論以及氣體浮舉液體運動理論。所謂反循環施工就是以氣體為動力介質，以液流體為延升載運介質攜帶固體傳輸到上方位置。通過此過程，可將鉆孔內的一些由于機械鉆進所產生的廢棄物排出管道外部。這些廢棄物主要包括土質碎屑、沉積碎屑以及巖石碎屑等，具有很大的安全風險，因此，碎屑的及時排出至關重要。

2.2 設備的選用及性能

在設備的運用過程中，需要根據所施工區域的實際情況進行設備的選擇，其中，重點應該考慮的是當地的水文條件、地質條件以及施工現場的土質條件，同時，也要考慮現場作業團隊的專業能力和施工能力。專業能力較高的團隊可選擇相對復雜的機械設備，例如選用自主研發的特制回轉式泵吸反循環鉆機。在轉盤旋轉的作用下，將鉆桿帶動起來，將所得的傳導力量，傳遞到機械的鉆具上面完成施工。同時，鉆桿設備所傳遞的壓力也能進一步促進鉆具設備施壓，使鉆具在最短的時間內推動到所設計的管孔位置上，在此過程中，需要根據施工區域的大小不斷更換鉆頭的大小，以更好地推進施工進展。其次，在施工設備的選用中，還應根據所在區域地質條件的變化，更換不同型號的鉆具。再次，設備在選用時，應先根據設備的生產廠家所提供的質檢報告，確保設備的安全性，且設備的配套工具的種類應齊全，且性能符合實際的工程施工需要。最好選用一機多用的設備，此類設備在運輸的環節中更為省時省力，在一些復雜地質條件下，無法一次運輸多個設備，若此時能選用多用設備，則設備的搬運問題將迎刃而解。氣舉反循環鉆進技術配套主要設備機具包括：鉆架、動力頭、滑移橫梁、鉆具（包括鉆桿、鉆頭）、底盤、操作臺、鉆桿起吊回轉裝置、空氣壓縮機、泥漿箱等。

3 主要施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

3.2 施工流程和方法

3.2.1 地下管線查勘

先查明工程施工范圍內所有地下管線的位置、種類、直徑（寬度）、走向和埋深，重點把采用此工藝施工的地連墻穿越管線詳細情況調查清楚，并在平面圖上標明。現場采用此工藝施工的地連墻涉及有電力、燃氣、上水、電信等各種管線。

3.2.2 導墻施工及地下管線的槽口保護

當工人將管線完全開挖出來后，根據管線直徑大小與斜交角，采用3cm厚的鋼板，焊接成大小合適的U型保護盒子對管線進行包裹保護。U型保護盒兩側寬出管線10cm作為保護；在導墻兩側增加膨脹螺栓固定；U形保護盒長度應與導墻之間寬度相同；保護盒垂直深度比管線位置深30cm，以保證施工過程中不與管線碰撞，如圖2、圖3所示。

圖2 U形保護盒位置示意

3.2.3 抓槽作業

抓槽作業前，導溝開挖必須采用人工挖土，只有當管線已充分探明并已外露的情況下，才能采用機械挖土。

先用地連墻成槽機或旋挖鉆機對管線兩邊進行施工，當施工達到設計標高后，采用氣舉反循環鉆機對管線下土體進行抓槽。鉆進過程中轉盤帶動鉆桿和鉆頭，由鉆頭轉動切削孔內土層，夾帶鉆渣的泥漿經鉆頭、空心鉆桿、膠管進入泥漿泵，再從泥漿泵排入泥漿池中，泥漿經沉淀后流向孔內，依次循環成孔。

鉆機需從管線兩邊已成槽位置下放，然后向管線一步步推進，直至鉆機貼近管線保護鋼板。按照同樣步驟從另一邊下鉆機向管線推進成槽，直至兩邊交叉成槽，確保管線下面土體全部挖出，形成一個整體槽段，且任一位置的槽段面均滿足設計尺寸要求。

因成槽時間長，成槽泥漿比重大，在下放鋼筋籠前，需對整個槽段清槽換漿，使沉渣厚度及泥漿比重符合設計施工要求。

3.2.4 鋼筋骨架吊裝（拼裝）

根據地下連續墻墻體配筋圖和管線所處位置，將每幅鋼筋籠制作成3片承插式拼幅鋼筋籠（圖4），并根據管線保護盒的大小和位置，分別在鋼筋籠的對應位置預留出合適的管線孔洞。孔洞大小一般比保護盒橫截面的上、下、左、右面各大出20～30cm，以確保鋼筋籠的順利拼接。制作鋼筋籠時，注意確保鋼筋的位置、間距及根數正確，特別是承插式接頭“公頭”、“母頭”鋼筋的精度，保證接頭質量。要特別注意在吊點及架立筋處加強，提高剛度，避免在運輸和起吊過程中發生較大變形，造成吊裝時無法完全閉合。

圖4 子母鋼筋籠示意

鋼筋籠的吊裝：先吊裝承插式“母頭”鋼筋籠入槽，根據點位精確定位后，再吊裝承插式“公頭”鋼筋籠，通過左右調整鋼筋籠水平位置實現承插接口完美對接。拉拖時要平穩、緩慢，避免碰壁，安放過程中嚴禁墩放鋼筋籠。

3.2.5 混凝土灌筑

因鋼筋籠采用特殊形式拼接下放，為保證混凝土質量，須根據槽段寬度，增加1~2根導管，并同時灌筑混凝土，使此槽段形成完整的一片墻。

3 施工控制要點

3.1 導墻施工

導墻施工時保證包裹管線的鋼板深入導墻100mm；應保證保護鋼板與導墻澆筑在一起，避免錯動。

3.2 成槽施工

當導墻施工完成后，根據橫穿管線位置，對原設計地下連續墻分幅線進行調整。分幅以管線保護幅為地連墻首開幅，向兩端進行地下連續墻分幅線調整。當整個管線U型保護盒焊接（滿焊）完成后，需用軟質填充物將鋼板保護盒內壁與管線之間的空隙填充密實，確保后期無水滲漏風險。

成槽時，鉆機要與管線保持一定的安全距離，特別是管線下面，保證土體挖空且不觸碰管線。

鉆機就位時使轉盤中心與孔位中心重合，再用水平尺調整好鉆機的水平度。鉆機就位后，應做到平整、穩固，確保施工時不發生傾斜、移位。開始鉆進時，進尺要適當控制，在導墻底部處，應低檔慢速鉆進，使此處有堅韌的泥皮護壁。然后再用與地連墻厚度相同的鉆頭繼續鉆進。在正常鉆進施工中，現場人員應根據場地地質情況控制好進尺速度，以防止縮頸、塌孔等現象發生；如遇到軟硬夾層，要控制轉速及鉆進速度，防止孔斜，確保成槽的垂直度。

因成槽時間長，成槽泥漿比重大，在下放鋼筋籠前，需對整個槽段清槽換漿，使沉渣厚度及泥漿比重符合設計施工要求。

3.3 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠下放時，需要人機配合默契，鋼筋籠位置準確。鋼筋籠在設計時需與管線（左、右、下）有不小于100cm的空隙。用兩臺履帶吊車（視鋼筋籠的重量確定吊車噸位）將鋼筋籠多點吊起、運輸至施工部位，將鋼筋籠緩緩下放入槽，避免碰撞槽壁。

由于吊具尺寸較大，下放鋼筋籠時需下沉一定深度作為工作量，故應根據管線埋深情況對槽段整體進行一定的超挖。

3.4 施工監測

施工時應加強對被保護管線變形或變位的監測工作，管線監測的項目主要包括沉降觀測和位移觀測，施工過程中觀測頻率為每天早、中、晚各1次，工后觀測頻率為每天1次。沉降觀測按照沉降速率大于2mm/d或累計沉降大于50mm 進行控制，位移觀測按照位移速率大于2mm/d或累計位移大于20mm進行控制。

4 工程應用

在廣渠路項目地下連續墻施工中，經過勘察，共發現8處不可改移的管線，其中燃氣管線3處，通訊光纜2處，國防電纜2處，國防光纜1處。燃氣管線改移至少需要4個月，國防電纜和國防光纜不允許改移，通訊光纜改移費用需30萬。經過研討，項目決定采用氣舉反循環成槽工藝進行地下連續墻施工。8幅地連墻由兩套設備同時施工，從成槽到混凝土澆筑共用時10天。采用氣舉反循環成槽工藝取得了良好的使用效果，既為項目節約了成本，又保證了施工進度。

5 結束語

將氣舉反循環成槽工藝應用在廣渠路東延道路工程地下連續墻施工中，有效節約了工期；由于不需要對管線進行拆改移，節約了施工成本。此種成槽工藝具有適應各種尺寸、弧形及折線平面地連墻的施工，泥漿置換及沉渣清除徹底、垂直度高、墻面平整、接縫嚴密等優點。更重要的是成槽過程中鉆機一直處于地下管線下方作業，對地下管線不構成危險，確保了施工過程中管線的安全。