套铣接头在超深地下连续墙施工中的应用

套铣接头在超深地下连续墙施工中的应用蔡琰 孙兰坚（中铁16局集团北京轨道交通工程建设有限公司，第一作者，蔡琰，女，安徽砀山人，1982年出生，工程师，大学本科，从事地下工程施工和研究）摘 要：南水北调中线一期穿黄工程北岸竖井，采用圆形地下连续墙作为围护结构，地下连续墙的壁厚为1.5m，内径为18m，外径为21m。分14幅进行施工，其中期槽7幅，期槽7幅。其中期槽长6.5m，共分三铣成槽，中间一铣在地下连续墙轴线上的有效长度为0.9m；期槽长2.8m，一铣成槽。、期槽在地下连续墙轴线上搭接长度为0.4m，采用套铣接头进行槽段连接。地下连续墙深度为76.6m。采用双轮铣进行成槽施工，根据双轮铣的特点，我们改进了普通的地下连续墙的接头，使用套铣接头的形式，较好的改进了地下连续墙接头处夹泥夹砂的问题。在成槽过程中，采用优质泥浆进行护壁。【关键词】 南水北调 地下连续墙 双轮铣 套铣接头 Connector cutting method used in the Diaphragm wall constructions CAI Yan , SUN Lan-Jian(China Railway 16TH Group Co.,Ltd)Abstract: Shaft in north bank of the South-to-north water diversion north Yellow River, using shaft diaphragm wall for exterior protected construction, width 1.5m, inner diameter 18m, outer diameter 21.00m, depth 76.60m, Diaphragm wall separating 14 panel, 7pc primary panel, 7pc secondary panel. Primary panel separating 3 pile, center pile cutting with 0.9m, secondary width 2.8m, one pile cutting. Connector of primary and secondary pale is 0.4m, using connector cutting method. The project use Bauer cutter for pile cutting, according Bauer cutter specific, using connector cutting and high quality betnoite protecting method to solve sand soil in connector and collapse issue.key words：South-to-north water diversion，Diaphragm wall，Cutter，Connector cutting Abstract: The north bank shaft for the Yellow River Crossing of South-to-north water diversion Middle Route Project constructs the structure with round diaphragm wall. The diaphragm wall is 1.5m thick with 18m inner diameter and 21m outer diameter. This job is divided into 14 panels. First period consist of 7 pc panel and second 7 pc panel. Panels for first period is 6.4m long with slot formed by 3 piles, and the effective distance of the cutter in middle section above axis of diaphragm wall is 0.9m. Second slot is 2.8m long and it was formed by one cutter. Connecting distance for both periods of slot is 0.4m on the axis of diaphragm wall and the slot was connected by cutter connector. The diaphragm wall is 76.6m deep. This project use Bauer cutter for pile cutting. We improved the normal diaphragm wall connector and replace it with connector cutting according to its character. This improved the problem of soil and sand stuck between the connections of diaphragm wall. During pile cutting, the wall was protected by excellent slurry.Key Words：South-to-north Water Project，Diaphragm Wall，Cutter，Connector Cutting 1 工程概况1.1概述南水北调工程为举世瞩目的国家重点战略工程，黄河盾构穿越工程是其中具有标志性的关键工程和“咽喉工程”，直接控制着南水北调项目能否顺利实施和按期完成。穿黄工程分为北岸竖井、穿黄隧洞、南岸竖井、邙山隧洞，其四个主体结构。其中，北岸竖井地下连续墙是工程能否顺利进行的关键。北岸竖井地下连续墙外径21.00m，内径18.00m，墙厚1.5 m，墙顶高程为105.60m，墙底高程29.00m。划分为14个槽段进行施工。其中I期槽、II期槽各7幅槽段。1.2工程地质条件及水文地质条件北岸竖井地下连续墙上部为Q42砂壤土、粉砂、细砂，松散稍密状，强度较低，工程地质性质较差；竖井中部、底部为Q42中砂和Q41细砂、中砂，中密密实，强度较高。由于砂层厚度大，砂性土孔壁(或墙壁)稳定性较差。地下连续墙下部位于Q3粉质壤土层中，含有较多的钙质结核和钙质结核富集层。2 地下连续墙成槽设备以及接头形式的选择常用的接头箱（管）接头，具有一定的抗剪能力，但因与墙体无刚性连接，传递应力差，缺乏抵抗弯矩的能力，同时因流水路线直而短，阻力小，易出现渗、漏水现象，一般适用于较浅深度的连续墙。本工程连续墙深度76.6m，不适合使用这种普通接头形式。根据本地质情况，选用德国宝峨公司的BC32型双轮铣作为地下连续墙成槽施工机械。根据此施工机械的特点：可以切削混凝土。所以，我们采用套铣接头作为连续墙接头的形式。套铣接头有如下优点：应力传递效果好。连续墙是环形布置，环向受压力，套铣接头施工，使得I期槽和II期槽能够紧密接触，所以应力传递效果好。对于附着在I期槽接头上的泥浆或粘土能够清除至最少。因为双轮铣将I期槽一部分混凝土削除，同时将附着在I期槽接头上的泥浆和粘土清除，露出新鲜的混凝土面。所以，套铣接头能够有效减少连续墙接缝夹泥。套铣接头不需要接头装置，所以能够有效控制新鲜混凝土漏出接头端点以外（即所谓漏浆）的现象。因为没有接头装置，所以接头施工不受连续墙深度的影响。在超深连续墙施工中，在顶拔接头装置时，经常出现接头装置难以拔出或拔断等情况。而使用套铣接头则不会出现这样的问题。3 导墙的施工地下连续墙施工导墙结构设计如图1所示，地下连续墙导墙采用C20钢筋砼，整个导墙的成环形布置。设计的导墙形式1为“”，高度1.8m，导墙的宽度比设计的地下连续墙宽度增加40mm，导墙顶标高比周围地坪高5cm。 图1 导墙剖面图4 地下连续墙成槽施工4.1地下连续墙施工流程膨 润土 等进货配比试验泥浆输送抓斗开孔设备安装基岩鉴定成槽验收清孔换浆泥浆循环系统清孔验收配置砼导管导 管 下 设钢筋笼运输钢筋笼下设混凝土运输混凝土拌合制储泥浆钢筋进货钢筋笼加工砼配比试验水泥、砂石骨料进货测斜预埋管组装仪器率定成型组装预埋灌浆管其它预埋件组装钢管监测仪器购置检测浇注水下砼成墙图2 圆形地下连续墙墙施工工艺流程铣削副孔铣削主孔施工准备高喷接缝施工墙下灌浆施工铣削至终孔接头刷洗4.2地下连续墙槽段划分北岸竖井圆形地下连续墙轴线周长60.916m，其槽孔划分情况见图3，用液压铣施工，I期槽长6.5m，共分三铣成槽（图5中P1、P2、P3代表期槽成槽顺序），槽边铣长2.8m，中间一铣在地下连续墙轴线上的有效长度为0.9m；II期槽长2.8m，一铣成槽。I、II期槽在地下连续墙轴线上搭接长度为0.4m，采用套铣接头进行槽段连接，即套铣接头长度为0.4m。图3 北岸竖井地下连续墙接头法槽段划分示意图4.3槽段开挖方案主要成槽设备：液压铣槽机技术参数见表1。BC32液压铣槽机技术参数表 表1泥浆净化能力250m3/h泵口直径5吋主机型号CAT 3408 DTA功率365kw主机起重能力44T铣削宽度2790mm主机工作扭矩680KN.m铣削厚度1500mm 履带宽度35004900mm铣削深度80m成槽工艺流程：流程详细见图2。成槽方法对于本工程所处的地层采用液压铣直接铣削的纯铣法钻进。图4 双轮铣槽机反循环示意图成槽过程中，双轮铣槽机垂直于槽段，将双轮铣切割轮对准标记入槽切削。双轮铣切割轮的切齿将土体或岩体切割成7080mm或更小的碎块，并使之与泥浆相混合，然后由双轮铣成槽机内的离心泵将碎块和泥浆溶液一同抽出开挖槽。随着开挖深度增加，连续不断向槽内供给新鲜泥浆，保证泥浆高度，各项泥浆指标要符合技术要求，使泥浆起到良好的护壁作用，防止槽壁坍塌，在遇到含砂量较大的土层，槽壁易塌时，注意加大泥浆比重3，当接近槽底时，放慢开挖速度，仔细测量槽深，防止超挖和欠挖。4.4 槽孔开挖质量控制及检测槽段的成槽深度为76.6m，孔斜率要求不大于0.25%。4.4.1成槽过程中控制措施铣槽机上配备随钻测斜仪，随时可以对孔斜和孔深进行测量。通过连贯检查和观察，可以及时发现钻孔中的异常情况并采取相应措施予以解决，避免孔斜扩大。4.4.2成槽结束后的质量检验与控制终孔后，进行槽孔验收。终孔验收的项目有深度、宽度和孔形，用日本KODEN公司的DM-684型超声波测井仪或铣槽机进行测量。超声波测井仪可同时测绘X轴和Y轴两个方向的孔形，快捷方便、精度高。实际施工中，14个连续墙的垂直度都控制在0.2%以内，最小0.13%，最大0.19%。均达到设计要求。4.5 固壁泥浆的控制贮存于循环池中的泥浆，一部分来自旧泥浆的再生处理，一部分重新配制。新泥浆配制采用射流式搅拌机按试验的配合比进行调配。泥浆配合比及质量指标控制：基槽开挖前，首先制备足够的优质泥浆待用。泥浆配合比根据所选用的原料先行试配，再检测各项指标，按检测的情况适当增加外加剂，改善泥浆性能，使之符合要求。泥浆在循环使用过程中，配备专人检查和管理泥浆，保证泥浆质量，使各项指标达到规范要求（见表2、表3）。 新制泥浆配合比(1m3浆液) 表2膨润土品名材 料 用 量(kg)水膨润土CMC（M）Na2CO3其它外加剂钙土(级)10007010000.62.54适量 泥浆性能指标控制标准 表3性 质阶 段试验方法新制循环再生砼浇筑前密度(g/cm3)1.051.101.251.15泥浆比重秤马氏粘度(s)3540354540马氏漏斗失水量(mL/30min)1015201009型失水量仪泥皮厚(mm)1.53不要求PH值10.59.01010PH试纸含砂量(%)不要求不要求51004型含砂量测定仪检测频次2次/d2次/d1次/槽4.6清孔换浆4.6.1清孔换浆槽孔终孔并验收合格后，即采用液压铣槽机进行反循环泵吸法清孔换浆。4.6.2墙段接缝处理II期槽清孔换浆结束前，采用专用钢丝刷子钻头自上而下分段刷洗期槽端头。直至刷子钻头上基本看不到泥屑，孔底淤积不再增加。在后续的开挖过程中，检查到连续墙接缝处夹泥很少。见图5 图5 开挖后的套铣接头接缝图6 施工中的套铣接头6 水下混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法水下浇筑。导管选用厚6mm无缝钢管，内径250mm，底节长7m，标准节长2.6m，另有长0.5-1.0m的辅助导管。导管按规定进行孔底水压为1.5倍的气密性试验，防止导管在混凝土浇筑过程中出现爆裂和漏水。在整个浇筑过程中，导管下端始终保持埋入混凝土中1.55m。I期槽设计方量为750 m3，最多浇注方量为774 m3，II期槽的设计方量为315m3，实际浇注最多为336m3，超灌量很少。7防止套铣接头偏斜的处理措施由于II期槽两侧的I期槽不是同时施工，混凝土的强度不一，在铣削混凝土时，可能向强度较低的I期槽偏斜。为防止偏斜，我们采取了以下两个措施。地下连续墙成槽采用宝峨