中风化泥质粉砂岩地下连续墙入岩成槽施工技术.docx

中风化泥质粉砂岩地下连续墙入岩成槽施工技术周兆勇*，庞征(中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201)摘 要：以南昌轨道交通 1 号线秋水广场站为依托，该车站地下连续墙入岩深度深，在施工过程中采 用泥浆护壁，旋挖钻机与冲孔桩机相结合的成槽工艺，取得了较为理想的效果。结合地下连续墙工 程实例，主要阐述在中风化泥质粉砂岩层中，该工艺的施工方法及预防措施，为类似工程提供一定的 参考。关键词：中风化泥质粉砂岩；地下连续墙；泥浆护壁；入岩成槽技术 中图分类号：U455.4 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2014)04-0179-05随着我国城市建设的快速发展,地下空间工程的 不断开发利用，基坑工程越来越广泛。地下连续墙作 为维护结构被越来越多的基坑工程施工所采用。目 前，工程技术人员总结了一些地下连续墙入岩成槽技 术措施，如文献1-2结合工程实例，详细介绍了地下 连续墙入岩成槽施工技术。文献3探讨了超深地下连 续墙施工方法，并提出了相应的控制措施。文献4 通 过槽壁稳定性解析理论与数值计算对比分析出安全系 数，并提出超深地下连续墙的施工泥浆护壁相应施工 措施。文献5通过对施工中可能影响地下连续墙施工 质量和铁路既有线路安全问题进行探讨，提出邻近铁 路深基坑中地下连续墙施工的安全技术对策，但是由 于各工程地层条件差异，连续墙入岩成槽施工技术也 会有所差异。本文以南昌轨道交通 1 号线秋水广场站 为背景，针对中风化泥质粉砂岩特殊地质条件，总结地 下连续墙入岩快速安全成槽相应施工技术，为类似工 程提供一定的参考。1工程概况1.1工程简介秋水广场站位于世贸路下方，站址位于红谷滩区 世贸路与赣江中大道交叉处，车站呈东西走向；为双轴 3 跨地下 3 层岛式车站，地下 1 层为站厅层，地下 2 层为 设备层，地下 3 层为站台层；站台中心里程为 SK10+ 909.780，起讫里程 SK10+835.830SK10+983.830；标准段基坑开挖深度 23.460m，顶板覆土厚度 3.6m；两侧 端头井基坑开挖深度分别约为 24.812m、25.108m；主体 结 构 总 长 148m，标 准 段 宽 度 19.7m，端 头 井 净 宽23.5m。秋水广场站地下连续墙墙厚 0.8m，C35 钢筋混凝 土，标准幅长 6m，连续墙成槽作业深度标准段 26.8m（端头井地下连续墙成槽作业深度 28.329.5m）。连 续墙的嵌岩深度约 10m。1.2 工程地质及水文地质4本工程区域地面较平坦，地面标高 1825m，属赣 江冲积平原地貌单元。场地地层为人工填土（ Q ml ）、 第 四 系 全 新 统 冲 积 层（ Q al ）、下 部 为 第 三 系 新 余 群（Exn）基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为1 杂填土、2 素填土、4 淤泥、1-1 粉质粘土、1-2 粉质粘土、j 淤泥质粉质粘土、3-1 含粘性土粉砂、3-2 细砂、4 中砂、5 粗砂、6 砾砂及砂砾岩。各土层分 布情况如表 1 所示。场区地表水主要为赣江及池塘，目前地表水位高 程约为 15.5019.60m 之间。场地浅层地下水属上层 滞水、孔隙性潜水、微承压水，主要赋存于表层填土及 砂土、砾砂、圆砾中；深部基岩裂隙水，主要分布于第三 系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩内；孔隙潜水主要赋存于 表层填土以及第四系上更新统冲积层的砂砾石层中， 主要分布于秋水广场站；孔隙微承压水主要赋存于第 四系上更新统冲积层的砂砾石层中，承压水水头高度 一般为 2.505.20m；基岩裂隙水主要赋存于场地第三 系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩岩层的裂隙中，主要受上 部第四系松散层中的孔隙水或微承压水的补给。* 收稿日期：2013-06-19第一作者简介：周兆勇（1971-），男（汉族），江西吉安人，高级工程师，现从事 地下工程及隧道施工管理工作。表 1 工程地层特性表层号岩土名称顶板埋深(m)顶板高程(m)层厚(m)分布情况1杂填土0.002.4018.8924.271.2012.80局部分布2素填土0.006.8017.6724.570.5010.10全场分布4淤泥3.405.1018.6920.081.604.70局部分布1-1粉质粘土1.308.4015.6720.670.908.30局部分布1-2粉质粘土3.4012.2011.8218.271.106.50局部分布j淤泥质粉质粘土6.4013.6010.3217.340.502.90局部分布3-1含粘性土粉砂4.7013.4010.7614.490.405.20局部分布3-2细砂7.5015.808.1215.060.508.10局部分布4中砂6.9017.306.8613.030.809.20全场分布5粗砂12.4021.102.9110.630.705.90局部分布6-1砾砂7.8021.802.2111.560.509.10局部分布2-1强风化砂砾岩16.8023.300.873.370.203.00局部分布2-2s中风化砂砾岩上段19.8033.00-9.432.640.8015.40全场分布2-2x中风化砂砾岩下段16.9035.00-12.754.30最大层厚 16.23m全场2工程难点分析（1）本站地下连续墙深度范围内主要以砾砂、中砂 地层为主，控制槽壁稳定、防止砂流失甚至出现槽壁坍 塌难度较大。（2）地下连续墙入岩深度深，选择入岩成槽施工设 备是确保成槽的进度与质量的关键。3地下连续墙导墙3.1 布置与结构形式地连墙导墙采用 C25 钢筋砼结构，导墙断面为倒 “L”型，两导墙间净空宽度根据地连墙厚度为 0.84m（其中包含 0.04m 施工余量），导墙高度为 1.6m，顶部高 程高出地面 10cm，两侧导墙之间模板采用定型木模加 方木支撑。地下连续墙导向槽结构如图 1 所示。3.2 导墙施工导墙分段进行施工，各施工段端部保留成斜面作 为施工缝，施工缝在前段混凝土初凝后用清水冲洗掉 水泥，露出粗骨料。导墙混凝土采用二级配的 C25 混 凝土。导墙立模选用定型木模进行。导墙模板先弹出 中心线和两边线及轴线检查线，校对标高，找平底脚， 选择一边侧模先装；立竖档、横档及斜撑，钉模板；在顶 部用线锤吊直，拉线找平、调整就位后撑牢钉实。墙内 侧模板采用相对撑方式予以固定。模板拆除的顺序为 先支后拆、后支先拆且自上而下进行。4施工工艺及施工方法4.1施工工艺流程连续墙施工工艺见图 2。4.2成槽工艺本车站地层主要以砂层、中风化泥质粉砂岩地层 为主，地下水与赣江水力联系密切，地下水水量丰富。 通过对本工程施工工期及地质条件分析，对过前期对 设备的选型分析，采用 SH30 型旋挖钻机配合冲击钻机 破碎岩层、SG40A 成槽机取土成槽的方法来进行。表 3 连续墙泥浆性能指标泥浆性能 比重 (g/cm3) 粘度(s)含砂率(%)失水率(%) pH 值新配制1.151.202428610 810循环泥浆1.201.2530351020 810废弃泥浆1.2550102010检验方法 比重计漏斗计 洗砂瓶 失水量测 定仪试纸标高控制在地面以下 10m，预留 910m 的砂层作为旋 挖钻机钻孔时的导向，防止偏孔。标准槽段采取三序 成槽，先挖两边，再挖中间。抓到地面以下 10m 时暂停 抓槽。如图 3 所示。4.3护壁泥浆地连墙成孔施工时，采用膨润土泥浆进行护壁，施 工中将泥浆液面控制在导墙下 3050cm，确保施工时 槽壁的稳定。4.3.1原材料的选用根据工程实际情况，本工程地下连续墙施工拟采 用级钙基膨润土泥浆。另配合使用工厂生产的工业 碳酸钠(Na2CO3)；降失水增粘剂为中粘类羧甲基纤维素 钠(CMC)，配制泥浆用水采用新鲜洁净的淡水。4.3.2制浆设备选用泥浆搅拌设备选用嘉诚 wpdx120 型搅拌机，其单 机生产能力 10m3/h 以上。4.3.3配比根据以往工程施工经验和相应的技术标准拟定的 新制膨润土泥浆初步配合比见表 2。表 2 新制泥浆配合比(1m3 浆液)4.5旋挖钻机施工成槽机移开后，旋挖钻机就位，旋挖钻机钻孔要严 格按开槽时的孔位布置图来进行钻进，旋挖钻机钻孔 孔径为 80cm，采用旋挖钻头钻进，下钻严格按标识的膨润土材 料 用 量(kg)主孔中心位置进行施工。旋挖钻机钻孔时，每个主孔品名 土(级)水930膨润土80100CMC 00.6Na2CO3 2.53.0外加剂 适量旋挖钻机一次性钻到设计标高。旋挖钻机作业示意图如图 4 所示。4.6冲孔桩机冲中间岩柱4.3.4泥浆检验由于施工阶段的不同，采用不同的控制指标和检 测手段对泥浆性能进行检测，泥浆性能指标控制标准 见表 3。4.4成槽施工成槽机就位后，首先对槽段内上部的砂层进行部 分抓除，为了确保旋挖钻机钻孔的垂直度，首次抓槽时旋挖钻机幅段内的主孔完全钻完后，冲孔桩机立 即就位，每幅槽段由 2 个桩机相向对冲槽段与孔之间的 岩柱部分，冲孔桩机在冲岩柱时，要采用高频率，低冲 程的方法来进行，冲孔时冲锤要根据旋挖钻机的孔位 标识来确保冲锤正对岩柱的中心下冲，以避免冲锤直 接冲到主控内，冲锤每次冲深 1.52m，冲完一处再移 位到另一个岩柱处进行冲孔，反复进行。如图 5 所示。4.7成槽机抓斗细抓清底待槽段内中间岩柱部分均下冲 1.52m 后，利用液 压成槽机对槽内进行抓除，抓除的渣土由场内汽车转 移到临时弃土场。成槽机对槽段内到位后，移开成槽 机，再用冲孔桩机进行冲孔，直至整个连续墙达到设计 标高后，然后进行清孔与刷壁操纵。5地下连续墙成槽施工难点秋水广场站连续墙施工已经完成，施工中出现的 问题及难点归纳如下： SH30 型旋挖机对环境影响大。由于旋挖机钻 桶内渣土需要在地表翻运，不能直接装车，造成路面渣 土多，现场文明施工投入人员多。 旋挖钻机噪音大，夜间无法正常施工。由于不具备临槽现挖泥浆池的施工条件，冲桩机施工过程中无法进行正常的浆液置换和沉淀，造成 冲桩机效率低。冲桩机施工效率是制约连续墙施工的 最主要因素。泥浆制拌在质和量 2 方面均无法满足施工需要， 进行多槽段同时施工，应加大对泥浆设备的投入，槽段 内良好的泥浆环境，有利于成槽质量和安全，为基坑后 续施工提供可靠保障。6 地下连续墙成槽施工预防措施6.1 地下连续墙槽孔塌方的预防措施槽段开挖是地连墙施工的中心环节，也是保证工 程质量的关键工序。为保证从开挖至浇完混凝土为 止，槽壁始终保持稳定，采取以下措施：（1）采用三轴搅拌桩施工工艺对地层槽段两侧部 位 进 行 加 固 。 搅 拌 桩 直 径 为 850mm，间 距 为 600mm，咬合 250mm，桩深 10m。搅拌桩分别在连续墙 内、外两侧布置。（2）开孔时抓槽速度不宜太快，使泥浆有一定的时 间附着在槽壁上形成致密的泥皮，注意对导墙与人工 填土层接触部位的挤密，并防止在导墙外侧出现积水。（3）严格控制泥浆性能指标。施工前经过泥浆试 验确定泥浆的性能指标，施工中按各阶段要求，对使用 的泥浆加强监控。（4）尽量缩短槽段开挖结束至浇筑混凝土之间的 时间。（5）控制重型设备（履带吊、混凝土运输车等）与导 墙之间的距离以避免这些设备重量引起的侧压力对槽 孔稳定造成影响。6.2 保证地连墙槽孔垂直度的措施为保证开挖槽段的垂直精度，采取如下措施：（1）选择有经验的操作人员进行操作。（2）抓 斗 施 工 时 ，应 特 别 注 意 开 孔 质 量 ；每 挖 掘 4m，应检查钻孔偏斜情况。另外，每挖掘 12 次，应将 抓斗斗体旋转 180。（3）成槽后采用超声波检测仪对槽壁垂直度进行 检测，每幅槽段检测 3 个断面，检测结果超出规范要求 时，重新对槽段进行纠偏。7 结语通过对本工程成槽情况的研究分析，对泥质粉砂 岩地段地下连续墙的施工有以下几点体会：（1）在泥质粉砂岩地段，采用旋挖机配合冲孔机的 连续墙成槽施工技术是可行的，效率远优于冲孔机成 孔施工。 （下转第 185 页）相邻的管线造成损害，也不能进入隧道顶板以下而影 响隧道结构施工。孔斜测量仪器为上海力擎地质仪器 有限公司生产的 KXP-2SG 型水平孔数字罗盘测斜 仪，施工时每钻进 5m 进行一次孔斜测量，根据测量数 据计算出钻孔倾斜值和钻头所在标高，分析预测其继 续钻进可能偏差的程度。如果孔斜误差在允许的范围 内，钻孔不会对地下管线造成损坏且不会进入隧道顶 板以内则可顺利钻进，否则就应采取纠倾措施。钻孔纠倾采取如下措施：如果倾斜幅度不大时可 采取钻杆加扶正器等措施继续钻进；当倾斜较大时则 将钻具从孔内抽出，调整钻机钻进倾角重新开钻。当 钻孔向上倾斜过大时适当减小钻杆仰角，当钻孔向下 倾斜过大时增大钻杆仰角，一般调整 12即可满足孔 斜要求。2.5 注浆钻孔跟管钻进终孔后对钢管与土体间缝隙采用 M10 砂浆进行封堵，待砂浆养护至一定强度后进行管 内注浆施工，注浆施工应隔孔进行，相邻钻孔不得在同 一次序进行注浆。注浆采用 KBY-50/70 双液注浆泵进行施工，设计 注浆压力 0.5MPa，持压 15min 后停止注浆。3 施工过程及变形分析为缩短施工工期，管棚施工采取自南北两端依次 轮换进行施工，首先在隧道南端竖井工作坑施工第一 段管棚，将该断面管棚施工完毕后进行养护，然后按照 浅埋暗挖法进行该段隧道开挖支护施工，施工完毕该 段隧道则进行掌子面管棚工作室开挖支护；期间管棚 施工转移到隧道北端继续进行，待隧道北端管棚施工 完毕并养护至一定强度后，进行北段隧道的分步开挖 支护施工，管棚施工则转移到隧道南端管棚工作室继续进行，如此交替往复形成流水作业，大大提高了施工 效率，完成整个隧道施工共用了 50d 时间。在施工期间沿隧道轴向每 5m 一个断面进行地面变形观测，每个监测断面宽度不小于 3 倍隧道最大洞 径，监测点密度 5m/个。监测结果表明：在实施管棚支 护之前，隧道顶板上部地面呈现盆状下沉趋势，几天之 内其沉陷量达到 10cm 以上，且沉降变形并没有停止的 迹象，隧道施工不得不中止进行；施作管棚预支护之 后，沿各监测断面监测到的沉降变形量都很小，整个隧 道完工后监测到的路面最大沉降量仅仅为 2cm，且各 点变形在隧道施工结束后很快趋于稳定，没有出现沉 降增大的现象，充分体现了超前长管棚支护措施的有 效性。4 结语（1）对于城市市政大型隧道面临复杂地下施工条 件时采用长管棚预支护技术，可以大大增加隧道施工 的安全度，提高隧道的