1、科研报告---新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究

1、新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用研究报告中铁八局集团有限公司珠三角城际新白广xbzh-2标四工区项目部二o七年十一月目录1前言12项目概况13当前常用施工工艺14主要研究内容25技术创新点26施工方案研究25. 1地质构造26. 2机械配置方案研究36. 3施工工艺流程36.4施工要点46. 4. 1施工准备46. 4.2导墙施工46.5成槽机抓槽施工技术研究56. 5. 1成槽机施工注意事项66.6冲击钻冲槽施工技术研究76. 6. 1冲孔顺序76. 7斜岩部分冲孔技术研究76. 7.1影响成槽质量因素分析 76. 7.2方案制定86. 7. 3钻锤结构改进96. 7. 4斜岩

2、部分冲孔施工96.8成槽质量检测107研究结论108知识产权获得情况119经济效益分析1110推广应用前景111前言近年中国的成槽机械发展得很快，与之相适应的成槽工法层出不穷，使得地 下连续墙的应用日益广泛，地连墙结构施工具有，工效高、工期短、质量可靠、 经济效益高的特点，但是同样有一定的缺点，如果施工方法不当或施工地质条件 特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题，在一些特殊的地质条件下如很 软的淤泥质土，含漂石的冲积层和硬岩石等，成槽机无法在岩石地质进行抓槽作 业，使用冲击钻进行成槽时垂直度难以保证。本项目施工段内前期地质钻资料显示，沿线地层砂层、黏土、弱风化石灰岩 交替出现，且岩面起伏

3、极大，项口部针对此种地质状况组织成槽机+冲击钻实施 成槽作业，重点针对斜岩地质条件下使用冲击钻进行成槽施工的质量进行研究。2项目概况新白广xbzh-2标段四工区项目部主要施工范围为花山站机场t2站区间隧 道(dk45+251. 5dk51+260. 114)中的 dk45+251. 5dk48+655 段，全长 3403. 5m, 其中暗挖段3个，分别为下穿大窝岭暗挖段长300m.下穿机场高速暗挖段长65m (喑挖变更盖板明挖)、下穿西跑道灯光带暗挖段长235m,喑挖段总长度535m； 明挖段3段，明挖段总长度2868. 5m, 一共有1015幅地下连续墙。针对施工段地质条件复杂，岩面起伏较大

4、的情况，项目部成立课题组，在斜 岩地质成槽技术及施工工艺方面进行研究，在利用现有设备基础上通过改进施工 设备及施工工艺实现成槽效率及成槽质量的提升。3当前常用施工工艺斜岩地质冲击钻当前针对斜岩地质成槽施工通常采用两种方式解决：(1) 、潜孔钻施作引孔 该施工工艺通过在地连墙槽段范围内实施钻孔对岩 体进行破碎，然后使用冲击钻对已破碎岩体进行冲击成槽，此工艺需要二外投入 施工设备及作业人员口作业成本较高，经济效益较差。(2) 、回填片石复冲 在岩面倾斜段内，冲击钻头在冲击过程中不可避免沿 岩面产生侧滑，造成地连墙槽段岩体侧槽壁侵限而对面槽壁超限的现象，通过回填片石反复冲击侵限部分。增加人、机、料费

5、投入，施工效率低下，施工质量差。4主要研究内容(1) 冲击钻在斜岩地质成槽施工质量控制要点分析：(2) 冲击钻锤结构改进措施研究5技术创新点通过对斜岩石岩土力学特性研究，分析现有通用型钻锤在该屮地质冲槽作业 的局限性，在分析成果的基础上对通用型钻锤结构进行改进使其匹配斜岩地质的 冲槽作业，实现狎效益、施工效率最大化。6施工方案研究5. 1地质构造新口广城际铁路xbzii-2标dk45+251dk48+420施工段，沿线主要出露和揭 露的地层有第四系(q)、石炭系中上统(c2+3)以及石炭系下统(c1)地层。现 将地层按照由新到老分述如下：第四系(q)：主要包括第四系人工堆积层、第四系全新统冲洪

6、积层以及第四 系全新统残坡积层。岩性以粉质黏土、砂类土为主，零星见砾石土，古河道及水 塘地段分布淤泥质粉质黏土。石炭系中上统(c2+3),为壶天群地层，主要岩性为肉红色隐晶质灰岩，下 部夹白云岩。石炭系下统(c1)：主要岩性为岩互层夹铁质砂岩薄层及煤层，下部为黄褐 色、灰绿色钙质页岩夹土黄色薄层泥灰岩及灰岩透镜体；石磴子组灰黑色、深灰 色灰岩下部见白云质灰岩；孟公坳组主要为灰口色细粒石英砂岩、石英粉砂岩、 灰绿色薄层粉砂泥岩及少量炭泥质粉砂岩。地连墙入岩部分地质为弱风化灰岩，弱风化灰岩为单轴极限抗压强度 50. 568. 6mpao施工段内共1015幅，其中地连墙槽段内岩面倾斜30°

7、的槽段占 58% o6. 2机械配置方案研究木工区地下连续墙埋深在13. 4m25. 5m范围变化，从上至下穿越：素填土、 富水砂层、粉质黏土、灰岩。非入岩部分（素填土、富水砂层、粉质黏土），地 连墙成槽拟定采用液压履带式成槽机sg60型。sg60型液压抓斗对地层适应性很 强，从软粘土到含有大漂石的冲击层，均可进行挖槽；开挖宽度在80150cm, 开挖深度可达到70m,主机（含抓斗）重约75t,抓斗配置了自动纠偏仪，在工 作中对槽壁进行修复。先进的电子测量系统，对抓斗的深度及位置方向经显示屏 幕精确的显示出来，可精确到0.01度，抓斗的提升速度快、闭合力大，施工效 率高，抓斗的提升和下放都有安

8、全保护装置，满足本工程施工要求。6. 3施工工艺流程根据工程规模及水文地质、工期要求及施工总体安排，进行三电和管线迁改、 超前先导孔、岩溶注浆等前期准备工作后，围护结构先施工导墙、之后再施工地 下连续墙及冠梁等，连续墙采用成槽机及旋挖钻成槽作业。拟配备4台成槽机, 15台冲击钻进行连续墙成槽施工。根据施工组织安排，钢筋笼在移动钢筋加工 棚内加工成型，配置120t及以上履带吊4台为主吊、4台50t及以上履带吊为 副吊采用递送法进行下钢筋笼，水下栓采用导管法灌注。具体施工工艺见图5. 3. 1地下连续墙施工工艺图6.3.1地下连续墙施工工艺6.4施工要点6. 4. 1施工准备(1) 探明施工区域的

9、管线分布情况，详细记录管线的走向及埋深等信息， 并现场做好标记，采取保护措施；(2) 清楚地表杂草、杂物，对地表以下0. 5m范圉内原状土进行换填砖渣以 便满足走行成槽机等犬型设备；(3) 现场临水临电按照施工需要布设完成；(4) 熟悉施工图纸及地质资料，确认每幅地连墙槽深、入岩标高、岩面倾 斜状况等信息。6.4.2导墙施工导墙设计型式为“"i厂”型，结构厚200mm,宽0. 84m,深1. 5m, c25混凝土，如图 6.4. 10.8mmn840图6.4.1导墙结构图(1) 测量放线，准确测量岀地下连续墙的轴线和导墙边线并及时设置可靠 牢固的施工控制桩点，导墙测量放样时，考虑成槽

10、是抓斗和钻锤在槽内摆动对槽 壁的扰动及后续基坑开挖后地连墙的内倾变形，为了避免地连墙槽壁侵入隧道主 体结构，在保持导墙结构尺寸不变的前提下将导墙轴线外放3cm。(2) 导墙开挖釆用挖掘机开挖，挖斗宽度0. 5m,人工配合清底、修正槽壁、 夯填、整平。(3) 墙体模板釆用1.2mx1.5m组合钢模，模板之间采用螺栓连接，模板支 撑采用7*7cm木支撑，每间隔1. 0m设上下4层。碇采用人工溜槽入模，插入式振 动器振捣，两边碇浇筑要平均。在碇强度达到70%时拆模，立即加对口撑，保证 顶面高程、内外墙间距、垂直度符合设计要求。6. 5成槽机抓槽施工技术研究每幅地连墙槽段采取三序成槽，为防止抓斗在槽段

11、内摆动尽可能沿相邻葱段 分幅线开挖，先挖本槽段两边土方，再挖屮间，。开挖过程屮随时检测垂直度， 并及时纠偏。开挖出的磴土装入自卸汽车运至临吋磴土池集中堆放，待晾干后再 运至指定地点。液压成槽机成槽施工方法见示意图132数字表示成槽朋序图651液压成槽机挖槽施工方法示意图6. 5. 1成槽机施工注意事项(1) 根据设计图纸确定的地连墙位置，在导墙顶面上测量放线并按编号分 段。(2) 将抓斗就位，就位前要求场地平整坚实，以满足施工垂直度要求，吊 车履带与导墙垂直，抓斗要对准导墙中心线。为减少抓斗施工的循环时间，提高 功效，每台抓斗用自卸汽车在抓斗旁接渣，将泥渣运至堆料场暂存。(3) 每槽段中各抓作

12、业顺序注意保证成槽吋二侧邻界条件的均衡性，以保 证槽壁二个方向的垂直度良好。(4) 根据各个槽段的宽度尺寸，决定挖槽的抓数和次序，抓斗入槽、出槽 应慢速、稳定，并根据成槽机的仪表及实测的垂直度情况及时纠偏，以满足成槽 精度3%。的要求。(5) 成槽机定位应使抓斗平行於导墙面，抓斗的中心线与导墙的中心线重 合，抓斗下放时，应靠其自重缓速下放，不得放空冲放。(6) 单元槽段成槽挖土过程中，抓斗中心应每次对准放在导墙上的孔位标 志物，保证挖土位置准确。抓斗闭斗下放，开挖时再张开，每斗进尺深度控制在 0. 3m左右，上、下抓斗时要缓慢进行，避免形成涡流冲刷槽壁，引起坍方，同 时在槽孔栓未灌注之前严禁重

13、型机械在槽孔附近行走产生振动。(7) 成槽时，派专人负责泥浆的放送，泥浆液面高出地下水位lm以上，同时也不能低於导墙顶而0.3m以下，在泥浆供应不足时，应停止挖槽，待泥浆加 足后，再进行。(8) 单元槽段中每抓挖到设计槽底标高以上0.5m时停挖，待全槽达到此标 高时，再由一端向另一端用抓斗细抓扫孔清底至设计标高。(9) 用超声波测壁仪检测成槽的垂直度、槽深、槽长和槽位精度。6. 6冲击钻冲槽施工技术研究6. 6.1冲孔顺序抓斗挖到岩面即停，并使槽底基本持平。在导墙上标出各导向孔位置，在地下墙转角部位采用大的冲锤，保证地下墙完整性。成槽过程详见图6. 6. iol? l.p 1.p1.p ip

14、i -钻机入岩钻主孔(3)钻机入岩钻副孔3)方锤修槽成槽图661冲击钻成槽示意图冲孔顺序：(1) 采用冲击钻机冲出3个导向孔至岩面。(2) 冲击钻冲击主孔，泵送循环泥浆入槽正循环出確，主孔中心距1.加左 右，充分利用冲击钻机冲频高、出磴快、进尺快的特点。(3) 冲击副孔(主孔间剩余的岩墙)，先小冲程开孔，稳定入岩后止常冲孔, 泥浆在槽内采用循环返磧，减少重复破碎，这样可减少在冲击面积较小时，冲击 锤的摆动，保证槽壁垂直。(4) 采用方锤修整槽壁联孔成槽。控制冲程在1.5m以内，并注意防止打空 锤和放绳过多，减少对槽壁扰动。6. 7斜岩部分冲孔技术研究6. 7.1影响成槽质量因素分析图6.7.2

15、斜岩槽示意图岩面与水平面存在竖直夹角，冲击钻锤冲至岩棉最高点吋，钻锤面部分与岩 体接触造成手里不均，锤体沿岩棉产牛侧滑，导致槽壁倾斜。6. 7. 2方案制定方案一：回填片石，复冲修正槽壁。优点：简单易于实施缺点：成槽施工效率低，浪费材料经济性差，口冋填片石吋，片石下落过程 极易刚蹭槽壁。方案二：施做潜钻孔，在地连墙槽段内沿槽壁施作两排潜钻孔，对斜岩部分 岩体进行破碎，然后使用冲击钻冲槽。优点：机械化程度高，对成槽质量有保障缺点：需新组织人员设备，投入增大，成槽周期增大，对成本控制不利。方案三：改进冲击钻锤结构结构，抵消钻锤在斜岩结构中受力不均从而阻止 锤体在冲击过程中的侧滑。优点：无需额外投入

16、人力物力，易于实施。缺点：未有实际案例参照，方案不成熟，实际效果不确定经过项目部课题组开会分析进行方案比选决定实施“方案三"。6. 7. 3钻锤结构改进钻锤改进以现有通用型钻锤为基础，对钻锤冲击受力面结构进行改进如图6. 7. 3图6.7.3改进钻锤示意图图6.7.4现场加工6. 7. 4斜岩部分冲孔施工将新型钻锤放入槽段内，进行冲孔作业，注意事项及控制要点：（1）槽内放锤是注意a半面（光面无锤牙）对应岩面下坡方向，b半面（带 锤牙）对应岩面上坡方向，确保带锤牙面较光面提前接触岩体，利用锤牙的冲击 力破坏岩体；（2）冲程不易过大，控制在2m以内;(3) 冲击过程中注意观察钻机锤绳的摆

17、动情况，若摆动幅度较大说明钻锤 不稳定，有可能发生侧滑，需及时纠正；(4) 返浆要及时，将钻渣及时排出；(5) 冲槽至钻锤面全部与岩体接触后更换为通用型钻锤进行冲孔作业。6.8成槽质量检测成槽质量检测使用udm100超声波程控检测仪进行检测，该监测仪可以直接采集槽深、槽宽及槽壁垂直度数据，并行形成图形文件，直观清晰，如图6. 8.1图6.8.1成槽质量检测检测施工控制要点：(1) 检测前必须清槽，循环返浆，将槽内沉渣排出，避免影响声波反射造 成数据误差及图形清晰度；(2) 测量放线，将槽段水平中线放出，探测头沿中线下方，以确定两侧槽 壁较设计偏差值；(3) 探测头提放要匀速，避免探测头岀现摆动

18、。(4) 成槽作业过程，特别是岩层较多、斜岩严重地质槽段，耍多次加大检 测频次，实施掌握槽壁质量情况以便做出修正。7研究结论在斜岩地质条件下，课题组针对成槽施工方案根据不同岩层合理选择成槽设备进行冲孔施工，有效减少成槽设备对槽壁的扰动，较人程度避免成槽过程的塌 孔现象，在槽壁垂直度、轴线偏差等成槽控制上有很大提高，横好的控制了地连 墙混凝土浇筑超方控制，节能效果明显。课题组通过对现有冲击钻锤的改进，有效提高了斜岩地质冲槽的施工效率, 避免额外的人力物力投入，降低施工成木。但是课题组通过对施工段内地连墙成 槽检测结果统计分析，改进后钻锤对斜岩面倾角大于30 °的斜岩槽冲孔质量控 制有所下降，缩着倾角的增大下降愈发明显，在施工过程仍需辅以回填片石进行 复冲修正槽壁。8知识产权获得情况本项目研究获得实用新型专利一项：一种地连墙斜岩槽段矩形冲击钻钻头，专利号：201720809036.39经济效益分析课题组通过改进钻锤，解决了小角度斜岩地质成槽过程的垂直度控制难题, 避免冋填片石修正槽壁