科豐路站北基坑孤石地層連續墻施工技術分析

陳 鍵

(廣州地鐵集團有限公司建設事業總部，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

1.1 工程設計概述

科豐路站為地下二層側式站臺車站，車站位于科豐路與開泰大道交接的十字路口，車站主體沿科豐路大致南北向敷設，總長度296.5 m，標準段寬21.3 m；車站基坑開挖深度為17.4～20.5 m。科豐路站采用明挖法施工，基坑開挖分為兩期，一期施工南基坑(140.5 m)、北基坑(120 m)，二期施工中基坑(36 m)，如圖1所示。基坑圍護結構采用800 mm厚連續墻+3道內支撐的形式。 基坑內設立臨時中立柱和降水井；圍護結構采用800 mm厚地下連續墻共計130幅，其中南基坑65幅、北基坑53幅、中基坑12幅，混凝土強度等級為水下C35、P8水下混凝土。下文中，筆者以科豐路站北基坑為例進行對比分析，詳細闡述前后方案對比及施工優缺點分析，并給出具體參考意見。

圖1 科豐路站基坑平面布置圖

1.2 工程地質

根據《廣州市軌道交通七號線二期工程(科豐路站)詳細勘察階段巖土工程勘察報告》，本工程穿越土層主要為：1-1雜填土、1-2素填土、3-1粉細砂層、3-2中粗砂層、3-3礫砂層、4N-2可塑狀粉質黏土層、4N-3硬塑狀粉質黏土層、4-2B淤泥質土層、5H-2硬塑狀殘積土、6H全風化花崗巖、7H-a砂土狀強風化層、7H-b碎塊狀強風化層、9H微風化花崗巖。該區段為孤石發育區，根據本次詳勘情況共有15個鉆孔(包含引用揭露孤石鉆孔)，揭露有孤石，揭露孤石數量23個。本次勘察共完成鉆孔53個，引用鉆孔8個，本車站孤石揭露率為24.2%(15/61)。基底主要位于6H全風化花崗巖、7H-a砂土狀強風化層及9H微風化花崗巖，地連墻嵌固深度除圖中標示嵌固深度外，根據實際地質情況，需滿足入殘積土、全風化層、強風化層不小于8 m，入中風化層不小于2.5 m，入微風化層不小于1.5 m。

2 工程重難點

本工程項目的主要重難點就是孤石揭示率高，地下連續墻成槽困難。根據地下連續墻成槽施工記錄，揭示槽段內孤石率高達51%，部分存在“串珠狀”，且大多數分布在擴大段，孤石最高為7串珠狀，最大厚度為5.4 m，槽段內孤石分布大小不一，且存在半邊孤石現象，孤石強度為60～81 MPa，錘頭和旋挖鉆牙輪磨損嚴重，槽段垂直度難以控制。

3 施工組織模式、資源配置及施工方案

3.1 原施工組織模式、資源配置及施工方案

原施工方案中，北基坑地下連續墻根據巖層情況，軟土地層采用成槽機進行成槽，硬巖部分采用旋挖鉆進行引孔，沖樁機進行成孔，過程中根據“一槽兩鉆”探測孤石情況，采用旋挖鉆機提前預處理，保證地下連續墻施工進度滿足要求。孤石地層采用旋挖鉆進行引孔，采用連續形式進行引孔，標準(6 m)首開幅引孔共計9個孔，然后采用圓錘及方錘進行修孔與修邊，二次清孔采用反循環進行清孔。根據實際施工統計,地下連續墻軟土+部分巖層(局部不大于1.2 m高)及小于1 m孤石槽段每幅正常施工時間為9 d，巖層大于1.2 m及存在串珠狀孤石槽段每幅施工時間為33～51 d。原施工方案中北基坑的主要投入設備見表1。

表1 原方案北基坑主要設備投入

3.2 現施工組織模式、資源配置及施工方案

現施工方案中，北基坑地下連續墻軟土+孤石+硬巖均采用旋挖鉆進行引孔，沖樁機進行成孔，保證地下連續墻施工進度滿足要求。孤石及基巖地層采用旋挖鉆進行引孔，采用間隔形式進行引孔，標準(6 m)首開幅引孔共計6個孔；采用圓錘及方錘進行修孔與修邊；二次清孔采用反循環進行清孔。現施工方案中北基坑的主要投入設備見表2。

表2 現方案優化后北基坑主要設備投入表

根據實際施工統計，地下連續墻存在小于1 m孤石槽段每幅正常施工時間為9 d，大于1.2 m及存在串珠狀孤石槽段每幅施工時間為10～18 d。

通過原及優化方案后對比將旋挖鉆鉆孔及布孔方式進行調整后工期可節約50%。

4 施工方案優缺點對比

4.1 更換旋挖鉆機

原方案旋挖鉆機采用“后趴”式，現優化為“前趴”式。“前趴”式旋挖鉆機在對孤石處理加壓時不易偏孔，可以減少不必要的糾偏時間。

4.2 更換及增加泥漿篩分機

原方案泥漿篩分機只是普通機型，功率低、泥漿篩分效果差，共計投入2臺。現方案泥漿篩分機更換為“黑旋風”，功率高、篩分效果好，共計投入3臺，滿足現場泥漿篩分的要求，減少了沖樁機沖孔的阻力，加快了沖孔進度。

4.3 優化成槽施工方案

原方案孤石及基巖地層采用旋挖鉆機進行引孔，采用連續引孔方式，標準(6 m)首開幅引孔共計9個孔，旋挖鉆機占用時間較長，槽段同時開槽較少。現方案采用間隔引孔方式，標準(6 m)首開幅引孔共計6個孔，旋挖鉆機占用時間較短，槽段同時開槽較多。

4.4 更換泥漿清孔設備

原方案采用正循環進行清孔，清孔時間較長，且效果差，過程中易造成槽壁塌方；現方案更改為反循環，清孔時間較短，且效果較好，過程中不易造成槽壁塌方。

4.5 調整旋挖鉆頭尺寸

地下連續墻設計厚度為800 mm，原方案旋挖機鉆頭尺寸為780 mm，引孔完成后需采用圓錘進行擴孔，方錘進行修孔，過程中易卡錘，且存在“錘落”現象，嚴重影響施工進度，現將旋挖機鉆頭調整為840 mm，減少了圓錘擴孔工藝，且修孔過程中不易卡錘，施工進度較高提升。

4.6 方案優化及調整

科豐路站南北基坑目前剩余幾幅連續墻存在串珠狀，局部為4～7個孤石，且孤石強度及厚度較大，原方案中用旋挖鉆機施工進度較緩慢。現采用爆破預分解+沖樁機進行施工，具體鉆孔數量及爆破藥量見表3。

表3 炮眼布置平面圖地下連續墻炮眼鉆孔圖表

地下連續墻“串珠狀”孤石地層按要求進行爆破后，再采用沖樁機沖孔修邊成槽，完成1幅墻的時間約為20 d。

5 施工總結

5.1 一槽兩鉆的重要性

科豐路站北基坑受前期管線及交通倒改影響，導致一槽兩鉆未覆蓋全部槽段，現有的詳勘資料和一槽兩鉆揭示的地質情況與現場實際成槽過程中遇到的孤石分布情況有很大的出入，現場實際孤石率遠高于資料揭示的情況，直接影響連續墻施工方法的選擇及設備的配套選型。

5.2 連續墻施工方法的選擇

(1) 存在串珠孤石的槽段，建議優先采取鉆孔預爆破處理，完成后使用沖樁機沖孔、修邊成槽；

(2) 存在單串孤石的槽段，建議優先采取旋挖鉆施工主孔，沖樁機施工副孔及修邊成槽；

(3) 存在半邊孤石的槽段，根據孤石大小選擇鉆孔預爆破處理(孤石較大)或選擇多功能鉆機引孔后沖樁機沖孔(孤石較小)；

(4) 沖樁機在含孤石的槽段修邊過程中如遇棱角塊石無法處理，采用多功能鉆機在棱角孤石側的導墻面引孔后樁機反復沖錘，直到棱角塊石脫落。

5.3 設備配套選型的重要性

(1) 旋挖鉆建議采用前趴式，有利于垂直度的糾偏；

(2) 本工點連續墻厚度為80 cm，建議旋挖鉆采用直徑為84 cm的牙輪鉆頭；

(3) 旋挖鉆引完主孔后，沖樁機沖副孔及修邊，建議采用直徑為82～84 cm的錘頭沖副孔，用直徑為80 cm的錘頭修邊；

(4) 一次循環清槽宜采用氣舉反循環設備配合“黑旋風”分篩機。