建筑行业临地铁条件下双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（csm）施工工法

临地铁条件下双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（CSM）施工工法前言双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（Cutter Soil Mixing （铣削深层搅拌技术），简称CSM）施工工法，是一种通过对临地铁场区侧施工部署优化设计、机械平面布置优化、施工工艺参数的优化调整、施工过程中的微振动控制等关键技术措施，实现临地铁及狭小场地条件下双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（CSM）施工对地铁隧道扰动的创新性深层搅拌施工方法。工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术，是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。中建六局建设发展有限公司天津市中心妇产医院改扩建项目，技术攻关，利用临地铁侧施工优化技术，实现了狭小场地且临地铁侧的基坑支护得到加强。通过对施工工艺参数的优化调整，提高了泥浆比重和粘度、大大提高了地下连续墙施工过程中的槽壁稳定性；通过施工中的微扰动控制技术，实现了临地铁一侧地连墙施工微扰动控制，有效保障了地铁运营线路的安全。施工技术先进、地连墙成墙质量好、对周边地铁线路、西侧的天主教学等历史文物建筑，基础扰动小，安全性高。得到业主和监理的一致好评。通过对成功施工经验进行总结提炼，形成本工法，为今后类似工程提供借鉴，推广应用前景广阔。工法特点2.0.1该工法施工成墙后能作为防渗墙、挡土墙并对地层进行加固改良作用，施工方法高效特点。2.0.2该工法在填土、淤泥质土、粘性土、粉土、砂性土、卵砾石等地层。与其他深搅工法相比，更适用于较坚硬地层施工的特点。2.0.3该工法具有施工功效高、深度大、利用土壤作为施工原材料、极少量的挖掘土，绿色环保施工效果好的特点。设备成桩深度大，最大深度49米，远大于常规设备；2.0.4该工法具有施工过程中几乎无振动的施工特点，尤其在施工周边环境较复杂的场地，如临地铁、文物保护建筑等条件下，特点更为显著。2.0.5该工法设备成桩尺寸、深度、注浆量、垂直度等参数控制精度高，可保证施工质量，工艺没有"冷缝"概念，可实现无缝连接，形成无缝墙体；2.0.6该工法设备的自动化程度高，触摸屏控制系统，各功能部位设置大量传感器，信息化系统控制，施工过程中实时控制施工质量；2.0.7该工法履带式主机底盘，可360度旋转施工，便于转角施工。可紧邻已有建构筑物施工，可实现零间隙施工；适用范围本工法适用于所有双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工工艺，并就地铁保护区内双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙止水帷幕施工进行了详细阐述。工艺原理清场备料，同时进行测量放线、开始设备安装调试、开沟铺板，随后进行临地铁侧路面下地下管线探坑，对施工范围内间隔10米作导沟开挖及探坑施工、CSM工法设备组装，移机定位，不需要做导墙，预挖导沟用于汇集、缓存施工中产生的多余泥浆；铣头持续性地深入地下，在铣轮破碎土壤的同时，泵送液体材料至搅拌头底部，与掘松的土壤充分搅拌，在铣轮向下搅拌的同时加入压缩空气可以提高破碎和搅拌的效果。铣轮的旋转方向可以随时变换，旋转的铣轮及铣齿将土壤推向垂直安装在铣轮架上的切割板，从而形成对土壤的强制搅拌效果。操作人员可调整铣头进尺速度和泵送泥（灰）浆量，以形成均匀的塑性拌合体，以便于铣头顺利下钻和提升。一般正常施工速度为30-100cm/min。在达到设计深度后，慢速提升铣头的同时连续注入水泥浆。铣轮的旋转能够充分保证注入的水泥浆和已切削破碎的土壤均匀混合。通过施工前地面探坑、泥浆水灰比优化、施工部署优化、行车道路优化等方面的优化，缩短了施工工期，提高了施工质量，确保了施工期间对临近地铁运营线路的隧道保护。施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.1.1施工工艺选择双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工一般有套铣接头工艺、连续削铣工艺。套铣接头工艺该方式为常用施工顺序。先施工一期槽段，待一期槽段固化达到施工强度后，再采用套铣工艺施工二期槽段，依次类推完成双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙体施工。正常施工条件下，均采用该工艺。图5.1.1-1套铣接头工艺施工示意图（2）连续削铣工艺即沿某一方向连续不断搭接施工。该工艺一般用于受施工条件限制，双轮铣搅拌设备无法来往复行走或双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙转角处的双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工。图5.1.1-2连续削铣工艺施工示意图5.1.2施工工艺流程见下图5.1-1。图5.1.2施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工前准备5.2.1.1清场备料：平整压实施工场地，清除障碍物，作业面宽度不得小于7m，当地表过软时，应采取防止机械失稳的措施，备足水泥量。5.2.1.2测量放线：按设计要求定好墙体施工轴线，每40m布设一高程控制点，并作明显标志。本工程CSM（水泥土地下连续墙）轴线长157.9米，布置4个高程控制点。5.3.1.3设备安装调试：主要包括主机就位，安装制浆、注浆和制气设备，接通水路、电路和气路，运转试车。5.2.1.4开沟铺板：开挖横断面为深1.0m、宽1.0m的储留沟以解决钻进过程中的余浆储放和回浆补给。开沟长度超前主机作业10m，铺设箱型钢板,以均衡主机对地基的压力。5.2.1.5临地铁侧路面下地下管线探坑因临地铁侧施工道路为市政道路，地下存在多条燃气、电缆管线，为确保挖沟、成墙等后续施工时，避开市政管线，需要对施工范围内间隔10米作导沟开挖及探坑施工：图5.2.1-1临地铁侧市政管线探坑示意图5.2.1.5CSM工法设备组装，移机定位由于场地狭小，且施工侧紧邻地铁3号线营西区间运营隧道，施工前对CSM工法施工设备平面布置进行优化部署，确保设备对临近地铁隧道的地面荷载影响降至最低。具体平面布置示意图如下：图5.2.1-2CSM工法施工机械部署示意图5.2.3临地铁侧施工优化5.2.3.1平面布置优化由于制备CSM水泥浆液的泥浆罐较高，为了避免泥浆罐影响其余区域钢筋混凝土地下连续墙钢筋笼的吊放，CSM水泥浆液制备区设置在施工场地中间。5.2.3.2泥浆比重和粘度优化施工现场周边存在较多建筑物，为了尽量减小地下连续墙施工对周边建筑物、构筑物的影响，在施工过程中采取提高泥浆比重和粘度的方法，保证地下连续墙施工过程中的槽壁稳定。5.2.3.3施工部署优化施工现场距离地铁3号线非常近，出于保护地铁3号线的目的，在靠近营口道一侧的地下连续墙外面需要施工一排CSM（水泥土地下连续墙），并且按照设计要求在靠近地铁3号线一侧先施工CSM（水泥土地下连续墙），再施工地下连续墙。5.2.4铣削下沉搅拌、喷浆5.2.4.1铣头定位：将双轮铣槽机的铣头定位于墙体中心线和每幅标线上。5.2.4.2垂直度控制：对矩形钻杆的垂直度，使用全站仪作初始零点校准。操作员通过触摸屏，控制调整铣头的姿态。5.2.4.3铣削至设计深度：控制铣削深度为设计深度的±0.2m。通过在导杆上标示刻度来控制深度，通过墙中心线和墙边线来控制轴线。5.2.4.4控制铣削速度：开动主机掘进搅拌，并徐徐下降铣头与土体接触，按规定要求注浆、供气。控制铣进速度约为1.2~1.4m/min左右。掘进达到设计深度时，延续10s左右对墙底以上2～3m范围重复提升1次。此后，要慢速提升动力头，提升速度不得太快，应控制在0.28~0.5m/min以内；以避免形成真空负压，造成孔壁坍陷，使墙体出现空隙。5.2.4.5注浆及注浆压力控制：制浆桶制备的浆液放入到储浆桶，经送浆泵和管道送入设备尾部的储浆桶，再由注浆泵经管路送至动力头。注浆量的大小由装在操作台的无极电机调速器、自动瞬时流速计和累计流量计监控；在掘进过程中按规定一次注浆完毕。注浆压力一般为2.0~2.5MPa。若中途出现堵管、断浆等现象，应立即停泵，查找原因进行修理，待故障排除后再掘进搅拌。当因故停机超过半小时时，应对泵体和输浆管路妥善清洗。5.2.4.6供气：由装在设备尾部的空气压缩机制成的气体经管路压至钻头，其大小由手动阀和气压表配给；全程气体不得间断。5.2.4.7成墙厚度：为保证成墙厚度，应根据铣头刀片磨损情况定期测量刀片外径，当磨损达到10mm时必须对刀片进行修复。5.2.4.8墙体均匀度：为确保墙体质量，应严格控制掘进过程中的注浆均匀性。5.2.4.9水灰比：本工程水灰比控制在0.8~2.0之间；本工程要求CSM水泥土连续墙体采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺入比不小于20%，水灰比0.8-2.0.为防止泥浆搅拌、喷浆过程中，因水灰比过大对临近地铁运营隧道产生较大的扰动，与设计单位沟通，通过前期试验优化，最终确定水灰比为1.0左右。5.2.4.10浆液配制：浆液不能发生离析，水泥浆液严格按规定配合比制作，用比重计或其它检测手段量测控制浆液的质量。为防止浆液离析，放浆前必须搅拌30s再倒入存浆桶；浆液性能试验的内容为：比重、粘度、稳定性、初凝、终凝时间。凝固体的物理性能试验为：抗压、抗折强度。现场质量员对水泥浆液进行比重检验，监督浆液质量存放时间，水泥浆液随配随用，搅拌机和料斗中的水泥浆液应不断搅动。施工水泥浆液严格过滤，在灰浆搅拌机与集料斗之间设置过滤网。5.2.4.11特殊情况处理：供浆必须连续。一旦中断，将铣削头掘进至停供点以下0.5m（因铣削能力远大于成墙体的强度），待恢复供应时再提升。当因故停机超过30min，要对泵体和输浆管路妥善清洗。5.2.4.12施工记录与要求：及时填写现场施工记录，每掘进1幅位记录一次该时刻的浆液比重、下沉时间、供浆量、垂直度及位置偏差等。5.2.4.13产生水泥土的管理：当提升铣削刀具离开地面后，将置存于储留沟中的水泥土混合物导回。若仍有多余水泥土混合物时，待混合物干硬后外运至指定地点堆放。6.材料与设备6.1工程材料CSM采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺入比不小于20%；序号材料名称规格单位预计用量备注1水泥PO42.5t1288CSM（水泥土地连墙）6.2施工机具表6.2CSM（水泥土地下连续墙）施工机械设备、测量设备配置一览表序号机械或设备名称型号规格数量国别产地额定功率(KW)备注1双轮铣槽机BCS-401台上海CSM（水泥土地下连续墙）施工2履带式吊车70t1台三一吊装施工设备3挖掘机PC2001台日本平整场地、挖储留沟4泥浆搅浆系统1套中国CSM（水泥土地下连续墙）施工5电焊机21KW2台中国21kw焊接钢筋笼6空压机2台中国15KW打压注浆7配电箱10个中国施工供电8水准仪DZS3-12台中国测量标高9全站仪STS7521台中国测量放线7.质量控制要求7.1质量标准双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙成墙质量检验标准应符合下表的规定。表7.1双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙质量检验标准序号检查项目允许偏差或允许值检查数量检查方法1墙底标高+50mm每幅测钻杆长度2墙位偏差（轴线方向）±30mm每幅用钢尺量墙位偏差（垂直轴线方向）30mm每幅用钢尺量3槽段宽度和槽段长度±10mm每幅用钢尺量铣轮4垂直度1/300每幅设备的自动监测装置7.2质量控制措施7.2.1对双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的施工过程要通过施工机械配置的相关数据采集和电子设备进行全程监控并存储记录，在施工过程中或施工完成后对其有关数据和参数（主要为垂直度、注浆量、切削掘进深度等）进行及时处理分析，以便发现施工中可能存在的问题，并及时指导后续施工，确保工程质量和安全。7.2.2施工记录应由专人负责，各项内容必须详细记录，施工中发生的问题及处理情况应在施工记录中描述。7.2.3双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙工法的质量检查与验收应分为施工期间过程控制、成墙质量验收和基坑开挖期间检查。7.2.4双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工期间过程控制的内容应包括：（1）施工机械性能；（2）材料质量；（3）双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的定位、长度、标高、垂直度；（4）双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的水泥掺入比、水灰比；（5）施工过程中铣轮的提升速度，浆液的泵压、泵送量等；（6）水泥土试块的制作，型钢的规格、型钢定位、型钢拼接焊缝质量、型钢长度。7.2.5双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙在成墙质量验收时，主要验收内容包括：（1）双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙墙体的强度、套铣或搭接状况、墙体抗渗性等；（2）型钢的位置偏差。7.2.6浆液拌制选用的水泥、外加剂等原材料的检验项目及技术指标应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。检查数量：按批检查。检验方法：查产品合格证及复试报告。浆液水灰比、水泥掺量应符合设计和施工工艺要求，浆液不得离析。检查数量：按台班检查，每台班不应少于3次。检验方法：浆液水灰比应检查自动拌浆设备上的自动测量装置或用比重计抽查；水泥掺量应用计量装置（设备配备的流量计）检查。7.2.7双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的墙身强度应符合设计要求，墙体强度检测方法应符合下列规定:（1）浆液试块强度试验应取刚搅拌完成而尚未凝固的双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙浆液制作试块，每台班应抽检1个单元墙体，每个单元墙体（槽段）不应少于2个取样点，每个取样点应制作3件试块。（2）钻取墙芯强度试验应采用地质钻机并选择可靠的取芯钻具，钻取双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙施工后28d龄期的水泥土芯样，钻取的芯样应立即密封并及时进行无侧限抗压强度试验。抽检数量不应少于总墙体（槽段）数的2%。且不得少于3幅墙体。每幅墙体的取芯数量不宜少于5组，每组不宜少于3件试块。7.2.8双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的渗透系数宜钻心取样或制作浆液试块，测试方法参照国家现行相关规范进行。8.安全措施8.0.1设备进出场 设备进场前施工人员须先行看场地，场地要求“三通一平”；选择运输能力强，安全意识好的专业运输队伍，将设备卸在较平整的场地块上，准备进行设备安装。注意场地上道路情况，道路过软应进行处理后，装载设备的运输车辆才能通行。8.0.2设备的安装与拆卸（1）专业电工按通电源。单一设备要具备单一断电的可能，电缆有条件的要架空，不能架空的要埋在地下，要具备漏电保护设备和灭火设备。（2）设备的安装、拆卸要严格按说明书中规定的顺序进行，（3）场地动用电、气焊、必须专业人员、持证上岗。（4）每次安装与拆卸过程中一定要检查钢丝绳的性能状况，疲劳过度的一定要更换。（5）安装配重。设备在组装之前必须配备适当的配重，在安装配重之前桅杆的下部必须不能收到约束，在安装过程中，不允许有人站在配重上面或下面。（6）安装附加配重。在安装附加配重之前，桅杆及桅杆加长节必须完全安装完毕。（7）升起桅杆。对于升起带4m以上加长节的桅杆，需要36t的辅助提升力，辅助起吊设备要保证在任何状态都能满足36t的拉力。辅助吊车与后置油缸需运动同步，以免后背油缸受力过大导致损坏。（8）桅杆上作业人员必须配戴安全带、绝缘鞋、安全帽。（9）起落桅杆过程中非有关操作人员，远离设备30米，并注意起落桅杆的状况。（10）施工现场应做好路面硬化工作，或铺设路基箱，以保证设备行走及施工过程中的稳定。8.0.3在施工过程中要求对位准确，保证桅杆的垂直。8.0.4主机行走之前应锁定回转，驾驶员在进行行走操作时，必须有相关人员在外面进行手势的辅助指挥。8.0.5主机上部的回转速度最大不能超过1转/分钟。8.0.6主机操作人员佩戴安全帽和绝缘鞋。8.0.7在运输安装和施工过程中要负责到人，提高安全意识，防患未然。9.环保措施9.0.1根据国家及地方有关环境保护法律法规的规定，制定施工现场环境保护制度。9.0.2进入施工现场前对工程使用的机具、材料和防护用品认真检查，做好环保要求交底。9.0.3施工过程中产生的垃圾要分类堆放，并及时清理。9.0.4现场焊接时注意防火，注意隔离，防止光污染。9.0.5现场所使用的油漆、防腐剂进行复试检查，检查合格后方可使用。9.0.6植筋的垃圾及时清理，做好文明施工。将强绿色施工管理，注意节能，节水，节电，节材。10.效益分析10.1经济效益相较于传统施工工艺，技术人员针对本工程临地铁条件下双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙墙体结构施工，进行了施工前地面管线探坑、施工泥浆水灰比优化、施工部署优化、行车道路优化等方面的优化，相交于原施工计划缩短2天施工工期（原计划15天，实际施工用13天）。10.2社会效益项目位于天津市和平区市中心、周边交通压力大、人流量巨大、安全文明施工要求非常高。CSM工法相比传统的TRD工法，具有施工精度高、等厚成墙、转角方便、安静、振动较小、噪音控制良好、施工周期短等优点。这对项目安全文明施工把控