双轮铣水泥土搅拌墙（CSM工法）在大直径泥水盾构隧道中的应用

双轮铣水泥土搅拌墙（CSM工法）在大直径泥水盾构隧道中的应用

周 洁

中铁十四局集团大盾构工程有限公司 江苏省南京市 210000

摘 要：CSM也称双轮铣水泥土搅拌墙,是原有的液压铣槽机结合深层搅拌技术进行创新的一种新型的等厚度水泥土搅拌墙施工技术。该工法因具有止水效果好、各类土层加固效果好、施工速度快、槽孔垂直度偏差小等优点。杭州市艮山东路过江隧道工程，大直径泥水盾构接收井端头范围采用CSM工法施工，与传统三轴搅拌桩+三管高压旋喷桩端头土体加固措施，止水和土体改良加固效果更好。本文结合艮山东路过江隧道工程施工案例，对CSM工法施工工作原理、工艺特点及关键技术进行阐述,并对双轮铣施工质量控制要点和施工注意事项进行了总结，对类似工程提供一定的借鉴，并以此供日后设计、施工单位参考。

关键词： 双轮铣水泥土搅拌墙 大直径盾构隧道 端头加固辅助措施 止水帷幕 工艺控制

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1^ 引言

随着盾构法施工技术的逐渐成熟,盾构法在城市地铁、市政、公路、铁路、电力隧道等工程中得到广泛的应用。如何有效的规避盾构施工中的风险,已成为盾构施工关注的重点。通过对近年来盾构隧道施工事故的统计情况看,盾构施工事故一般在盾构始发、到达阶段发生频率比较高。

盾构机始发、到达端头土体加固的辅助措施由于盾构始发、到达的中存在风险较大,特别是地下水丰富、渗透性好的地层很容易岀现土体坍塌、洞门涌水涌砂等险情,为降低施工风险就要对盾构始发、到达段端头处的土体采用些加固处理措施,也就是通常所说的端头加固,其目的主要是提高端头土体的强度、封堵地下水,保证洞门破除的时候端头土体的稳定，端头土体加固质量的好坏直接决定着盾构始发、到达的成败,因此在选择端头加固处理方案时,一定要的综合考虑程的地质、水文条件以及周边环境等因素。

2 工程概况及水文地质

2.1 工程概况

艮山东路过江隧道位于下沙大桥和江东大桥之间，距离上游下沙大桥6公里，距离下游江东大桥3公里。隧道全长4.61km，其中盾构段长3.21km, 横穿钱塘江段约2.3km。盾构自大江东始发井始发，穿越钱塘江后，于下沙接收井接收。

下沙盾构接收井端头加固采用CSM双轮铣水泥土搅拌墙+MJS桩+外设1000mmCSM素墙封闭的综合加固辅助措施。

2.2 水文地质情况

根据地质勘察资料，端头加固施工穿越7个工程地质亚层，详见表1。

场地内地下水主要有3层：潜水、承压水和基岩裂隙水。潜水水位稳定在1.0～1.5m，承压水水头高度埋深在6.57m左右。

表1 工程地质情况

3 施工难点分析

（1）加固深度大：艮山东路过江隧道下沙接收井CSM端头加固，双轮铣水泥土搅拌墙设计深度最大35m，对成墙的垂直度控制要求高。

（2）抗渗止水难度大：工程地质复杂，多为粉土、粉砂、粉土夹粉砂、粉质黏土夹层（淤泥质），孔隙率较大、压缩性高，对水泥土搅拌墙的成墙质量要求高,否则难以保证加固体渗透系数不大于10-7cm/s效果。

（3）周边环境复杂，管线安全和环境保护要求高：加固区域场地紧邻12号渠道，12号渠与钱塘江水系相连，地下水位高，对CSM墙止水效果要求高；北侧加固区域离周边建筑物较近，最近距离12m；场区分布有雨水、污水、给水、电力、弱电、管线保护要求高；对环境保护要求高，施工中应采取措施减少置换土的产生。

4 CSM工艺

4.1 工艺原理

CSM液压双轮铣槽机结合深层搅拌技术，在掘进注浆、供气、铣、削、和搅拌过程中，通过矩形方管施加向下的作用力，4个铣轮相向旋转铣削地层，同时造形过供气和注浆系统向槽内分别注入压缩空气、水泥浆润土添加剂。达到设计要求深度后、通过矩形方管慢慢提起作反方向旋转的4个铣轮、同时注入压缩空气和固化液，由地基土、水泥浆、膨润土添加剂形成混合物固化液，成为等厚度密实的水泥土搅拌墙，施工设备如图1和图2。

图1 CSM设备

图2 铣轮

4.2 工艺特点

由液压马达直接驱动的4个铣轮和与其连接的导杆架为CSM成墙设备的主要工作部分，铣轮可以同时正反向相向旋转。CSM双轮铁铣头部分安装了用于采集各类数据的传感器，操作人员可直接控制铣头的偏直情况、铣削深度、注浆量与注浆压力等工作状态。CSM工艺具有以下特点：

（1）成槽垂直度控制好

双轮铣成槽的垂直度由支撑矩形方管的三支点辅机的垂直度来控制。通过调整铣头的姿态和铣头下降的速度，有效将槽孔垂直度控制在3‰以内。

（2）墙体壁面平整、防渗性能好

由CSM设备施工的止水帷幕通过铣、削、搅、气、浆的共同作用，成型后的墙体和易性好、土体匀密实,幅间接头为完全的铣削结合，整体性强。

（3）噪声小、施工效率高

双轮铣施工设备整机重心低，稳定性好，不需要轨道，可通过自身履带自行走。设备铣头驱动装置在掘进铣削过程中全部进入预先开挖的储浆沟内，具有噪声小、振动低的特点，在松软地层和中硬岩石中钻进效率分别可达20～40m/h、1～2m/h。

5 关键技术及质量控制要点

5.1 施工流程

工艺流程包括清场备料→测量放线→安装调试→开沟铺板→移机定位→铣、削下沉搅拌、喷浆→回转提升喷浆→成墙移机。CSM施工工艺流程详见图3。

图3 工艺流程

5.2 施工顺序

下沙接收井端头加固范围大，纵向长度21m，横向长度48m，双轮铣水泥土搅拌墙施工时为保证墙体的连续性和接头的施工质量，施工顺序按图4所示进行，其中阴影部分为重复套钻，搭接长度0.2m。

图4 端头加固（CSM工艺）施工顺序图

5.3 关键技术

（1）铣头定位

将双轮铣搅拌钻机的铣头定位于墙体中心线和每幅标线上。偏差控制在±5cm以内；

（2）垂直的精度

对矩形钻杆的垂直度，采用经纬仪作三支点桩架垂直度的初始零点校准，由支撑凯利杆的三支点辅机的垂直度来控制。操作员通过触摸屏，控制调整铣头的姿态。

（3）铣削深度

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，通过桩中心线和桩边线两根固定线来控制桩轴线。

（4）铣削速度

开动主机掘进搅拌，并慢慢下降铣头与基土接触，按规定要求注浆、供气。控制铣进控速为约1.2～1.4m/min左右。掘进达到设计深度时，延续10s左右对墙底深度以上2～3m范围，重复提升1次。此后，慢速提升动力头，提升速度不应太快，控制在0.28～0.5m/min以内；以避免形成真空负压，孔壁坍陷，造成墙体空隙。

（5）注浆

制浆桶制备的浆液放入到储浆桶，经送浆泵和管道送入移动车尾部的储浆桶，再由注浆泵经管路送至挖掘头。注浆量的大小由装在操作台的无级电机调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控；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。

（6）供气

由装在移动车尾部的空气压缩机制成的气体经管路压至钻头，其量大小由手动阀和气压表配给；全程气体不得间断。

（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1cm时必须对刀片进行修复。

（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以及由气体升扬置换墙体混合物的沸腾状态。

（9）水灰比：

控制在1:1～1.5:1左右，一般下沉时水灰比为2:1。

（10）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，对泵体和输浆管路妥善清洗。当遇地下构筑物时，用采取高喷灌浆对构筑物周边及上下地层进行封闭处理。

5.4 质量检测

已完工墙体的质量检测应在施工28d后进行，被检测墙体的分布应随机、合理、均匀。

（1）墙体外观检测

墙体外观检查项目详见表3。

表3 墙体外观检查项目

（2）强度检测

强度检测采用浆液试块强度检测、钻取芯样强度试验检测等方法进行。桩身28d抗压强度不小于1.0Mpa。

（3）渗透性检测

水泥土搅拌墙渗透性试验采用柔性壁渗透试验仪器进行测定，渗透系数不大于10-7cm/s。⑷参考文献序号没在正文引用处标注(也有没按先后顺序引用的)。

5.5 施工注意事项

（1）在铣、削过程中,操作人员要随时监控铣头处传感器反馈的铣头工作状态，及时纠偏,保证成墙的垂直度。

（2）为避免顺幅施工一侧铣削水泥土墙体、另一侧铣削土体造成墙体偏位,采用跳幅施工方式相邻墙幅应有足够的搭接长度，确保墙段之间的销削搭接效果。

（3）为保证冷接缝施工质量，CSM止水帷幕工至转角部位,应对已成型墙体充分切割，再进成墙搅拌，形成十字搭接形式。

6 结论

传统的三轴搅拌桩在深层地基加固处理和止水帷幕效果不是特别理想。CSM工艺在艮山东路过江隧道盾构接收井端头加固中的应用，发挥了设备行走便利、施工过程可控性强、设备铣削能力强、施工速度快、噪声小等优点，相较于传统三轴搅拌桩施工，CSM工艺接头质量好、垂直度偏差小、成墙效果好，起到了良好的加固和隔水效果，为大直径泥水盾构机干式接收提供了有利的安全保证。

参考文献

[1] 王泽东. 嵌入式塑性搅拌柱的地下连续墙槽壁加固技术研究[J]. 2版. 铁道建筑技术，2016（8）：146-49.

[2] 唐伟.型钢水泥土搅拌墙在实际工程中的应用[J].铁道建筑技术，2015(7):108-11；

[3] 曾保红.双轮铣深层搅拌水泥土墙(CSM工法)工程中的应用[J].建材世界，2014(S2):537-540.

[4] 唐吴陵.双轮锐水泥土搅拌墙工程特性研究与应用[D].东南大学，2017.

收稿日期：年-月-日

基金项目：无

作者简介：周 洁（1986—），女，重庆市人，本科，工程师，主要从事隧道与地下工程工作；E-mail：536460409@qq.com

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