浅谈复杂硬岩地层地下连续墙成槽施工技术

浅谈复杂硬岩地层地下连续墙成槽施工技术

乔志兵

中铁十局集团第三建设有限公司  安徽省合肥市 230000

摘　要：由粘土、砂土等土层及全、强风化岩石组成的地层地下连续墙成槽一般使用冲击钻辅助成槽机施工，但在上层为不良地质图层、下层为中风化、微风化等岩石的复杂硬岩地质条件下施工地连墙，施工中不可避免出现冲孔缓慢、偏孔、卡钻等问题。本文结合温州市瓯江引水工程盾构始发井复杂硬岩地层地下连续墙成槽施工研究，总结了一种成槽机+旋挖钻+双轮铣组合成槽的施工方法，并进行效果分析。

关键词：复杂硬岩地层  地下连续墙成槽  引孔  铣槽

0 引言

地下连墙工艺被广泛应用于基坑支护体系中，一般情况依据地质情况多直接使用成槽机或冲击钻辅助成槽机施工地下连续墙，该施工工艺适用于粘土、砂土等土层及全、强风化岩石地层。在复杂硬岩地层，地下连续墙施工可采用多种设备组合。如本文所介绍的成槽机抓斗取土、旋挖钻引孔、双轮铣成槽的工艺，能有效的控制槽段的垂直度，提高地连墙的成槽效率。该方法有效保证了地连墙的垂直度和钢筋笼的顺利下放，避免槽壁土体坍塌、减少混凝土超耗，同时降低地连墙墙体侵入结构红线风险，且泥浆循利用，减少废浆废渣量，有利于狭小场地现场施工布置及改善文明施工标准。

1 工程简述

温州市瓯江引水工程穿越金温铁路和下穿杭深铁路涉铁工程盾构始发井为地下三层矩形结构，主体结构外包长度为35.5m，宽13m，基坑深约23.75m，围护结构采用1000mm厚地下连续墙，墙长29.75m—35.75m，内支撑体系采用2道混凝土支撑（其中第四道为混凝土支撑+钢支撑），4道钢支撑。

本工程盾构始发井范围内地质情况差，墙体需穿越杂填土、砂砾卵漂石、含碎石粉质粘土等上层不良地质及下层全风化熔结凝灰岩、强风化熔结凝灰岩，墙底进入弱风化/微风化新鲜熔结凝灰岩。入岩深度大、强度高，且岩面不平整，穿越地层情况复杂给地下连续墙施工带来较大困难。

2 复杂硬岩地层地连墙成槽施工技术

传统软土地层采用成槽机施工，硬岩地层采用冲击钻辅助成槽。针对项目地质特点，经反复研究探讨，现场最终应用了一种“成槽机+旋挖钻+双轮铣”组合设备成槽施工技术，解决了上部漂石土等不良土层及下层硬岩开挖成槽的技术及质量控制难题，同时提高了施工效率。

地连墙成槽先利用抓斗挖上层土成槽，然后利用旋挖钻筒钻钻取残留土层以及强风化岩，再通过截齿钻筒继续钻进中风化岩及微风化岩中，形成入岩孔，依序操作，形成沿着槽段分布的多个入岩孔，最后采用双轮铣进行铣槽，使得槽段的全断面达到设计尺寸。

2.1地质情况

盾构始发井地连墙开挖范围自上而下为：Ⅰ0层人工填土(rQ)、Ⅷ2层砂砾卵漂石(al-plQ4)、Ⅸ1层含碎石粉质粘土(el-dlQ4)、Ⅹ1层全风化熔结凝灰岩(J3g)、Ⅹ2层强风化熔结凝灰岩(J3g)、Ⅹ3层弱风化熔结凝灰岩(J3g)、Ⅹ4层微风化～新鲜熔结凝灰岩(J3g)，水位埋深较浅，地连墙成槽岩层较复杂、岩性较高、透水性较强。

表2-1 始发井地质情况统计表

2.2“成槽机+旋挖钻+双轮铣”成槽施工

地下连续墙施工应合理考虑槽段施工顺序，基坑每边槽段应采用分段、间隔流水施工，减小相互干扰。对于直线槽段的施工则采取先两端后中间的顺序，转角型槽段则先短边后长边施工。

1）液压抓斗成槽机抓土成槽

在浅层成槽过程中，上部土层施工采用成槽机开挖至全风化层，液压抓斗成槽机闭斗力大，挖槽能力强，设有纠偏装置，可以保证高效率、高质量地挖槽，能够清除上层漂石及大块砾石等，为后续设备施工扫清障碍。

使用液压抓斗成槽机开挖土层、砂砾卵漂石、含碎石粉质黏土等软岩层，在基岩上预留有一定厚度（1m左右）的软岩层，为后续旋挖钻引孔起到“导向作用”。

在浅层成槽过程中，抓斗入槽、出槽应慢速、稳当，成槽机掘进速度应控制在15m/h左右，导板抓斗不宜快速掘进，以防槽壁失稳，并根据成槽机仪表及实测的垂直度情况及时纠偏。

2）旋挖钻机岩层引孔

为了降低双轮铣的施工成本，提高施工速度，采用了“引孔铣槽法”施工。在使用抓斗挖土成槽后，利用旋挖钻筒钻残留土层以及强风化岩，再通过截齿钻筒继续钻进中风化岩及微风化岩中，有序形成入岩孔。

引孔原则：根据每幅地连墙槽宽及双轮铣铣刀宽度选择旋挖钻引孔位置，槽宽不大于6m时设3孔，槽宽大于等于6m时设4孔，转角幅一般设4孔。

根据不同地层，钻挖钻选用不同钻头施工，使其入岩速度及引孔速度效果最佳。由于岩层强度不同，其使用钻头应随之改变，主要使用钻头有：挖岩钻头、筒钻、螺旋钻头。挖岩钻头主要用于岩层的钻进，筒钻主要用于施工孔内的两层胶结岩层，利用简钻的剪压作用，破坏岩层的整体性，采用截齿钻筒旋挖入岩取芯，提升了双轮铣入岩施工工效。

3）双轮铣槽机铣槽

双轮铣在复杂硬岩地质中施工，效率高、垂直度高，但需辅助机械旋挖钻配合，最后采用双轮铣进行铣槽，使得槽段的全断面达到设计尺寸。入岩段经旋挖钻引孔后，双轮铣铣槽速度明显加快，且槽段垂直度好。

双轮铣设备的成槽原理是通过液压系统驱动下部两个轮轴转动，水平切削、破碎地层，采用反循环出碴。铣槽机常规的铣齿有平齿、锥齿、滚齿三种。平齿常用于不大于20MPa的岩层中，锥齿常用于不大于110MPa的岩层中；滚齿主要用于高强度的花岗岩。在成槽过程中，为把沉积在槽底的沉渣清出，需对槽底进行清槽，以提高地下连续墙的承载力和抗渗能力，提高成墙质量。 

2.3施工控制要点

1）采用液压抓斗成槽机对普通土层进行成槽，抓槽至岩面后采用冲桩机或旋挖钻先行引孔，再使用双轮铣成槽。

2）成槽过程中，根据成槽机的仪表，控制垂直度，并用测斜仪进行垂直度跟踪观测，严格做到随测随纠，保证槽壁垂直度≤3/1000。

3）双轮铣初入岩层保证其垂直度方法：降低铣轮下降速度，刀架开挖负荷保持在100KN以下，使刀架处在半悬吊状态以保证在进入硬岩层时不偏孔，至少有5～6米在强风化层及中风化层，纠偏板位置不再处在土层或全风化层，才逐步增加刀架压力，使得设备刀架具备纠偏功能。

4）地下连续墙成槽过程中，随着开挖深度的增加，连续不断向槽段内供给新鲜泥浆，保证泥浆高度，在遇到含砂量较大的土层，槽壁易塌时，注意加大泥浆相对密度。

5）铣槽机施工过程中插入了旋挖钻机的引孔施工，为避免铣槽机因等待旋挖钻机引孔导致施工停滞，当旋挖钻机进行当前槽段的引孔施工时，铣槽机移机至其他槽段进行上部软弱层施工，待引孔完成后再回到当前槽段继续进行岩层铣槽。通过在多个槽段间进行合理的施工流水，可避免旋挖钻机引孔施工占用关键线路，节约总体工期，提升总体工效。

6）当垂直度偏差过大时，及时进行纠偏处理，铣槽机刀架分布有12块液压纠偏板，可进行槽壁修整纠偏。在硬岩中发生较大成槽偏差时，仅靠机械自带的纠偏系统难以完全实现自动纠偏，此时利用吊车对铣槽机刀架施加一个水平方向的力，辅助铣槽机进行纠偏。

3 施工成效分析

本工艺成槽速度快，避免了槽段长时间的暴露，有效的控制了塌孔的风险，成桩质量显著。成槽机+旋挖钻+双轮铣组合成槽工艺相比传统冲击钻成槽法施工周期缩短2.5倍以上，多槽段可进行交替作业，减少了资源投入量、效率高、连续作业等特点，加快了地连墙的施工进度。本工程通过新工艺的使用，地连墙施工的工期提前了约23天，极大节约了施工成本。对以后类似地层成槽施工具有重要意义。

图3-1组合机械成槽施工技术/冲击钻成槽施工技术工效对比柱状图

4 结论

通过实践运用有效解解决了复杂硬质地层地连墙成槽问题，确保了成桩质量。该技术有一定的指导性和实用性，将为以后类似地层成槽积累了宝贵的经验。多种施工机械交替使用，可同时展开多幅段作业，极大缩短施工周期。同时投入的成槽设备信息化操控程度较高，有利于施工质量控制和过程纠偏。新施工工艺的应用解决了地连墙施工过程中面临的难题，提高施工效率与质量水平，加快施工进度，有效控制成本，可为其他同类工程提供参考和借鉴。

参   考   文   献

[1]《复杂地质条件下地连墙成槽工艺》，作者：韩利威、韩绍强，秦皇岛港建港指挥部。

[2]《大型地连墙成槽设备的配置及工效分析》，作者：刘鸿，中港集团桥隧技术重点研究室。

[3]《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)。

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