复杂地质条件下地下连续墙施工关键技术

□文/刘智勇 柴艳飞 智鹏 李荣昌 方文 李鹏

复杂地质条件下地下连续墙施工关键技术

□文/刘智勇 柴艳飞 智鹏 李荣昌 方文 李鹏

采用成槽机、冲击钻及双轮铣相结合的方法，成功解决大倾角岩溶区极硬岩地层地下连续墙施工行业性技术难题并且将地下连续墙的施工质量大幅提升，施工经济成本显著降低。

地下连续墙；双轮铣；岩溶区；复杂地质

硬岩地层地下连续墙施工普遍采用冲击钻进行，冲击钻可适用的地层较多，但是也存在很多的缺陷，如垂直度较差，成槽过程需要反复修槽，工效低，混凝土超灌严重，成槽过程清渣量大，施工成本高等。硬岩地区，尤其是大倾角岩溶区极硬岩地层地下连续墙施工是一个行业性的难题，高效、保质、经济的地下连续墙施工技术研究非常迫切。

1　工程概况

某地铁车站总建筑面积1.34万m2，为两层岛式车站，总长262.2 m，总宽19.7 m，深16～18.4 m，共设3个出入口，2组风亭。

2　工程地质条件

地层主要为粘土和中风化石灰岩，粘土的粘性高，韧性高，中风化石灰岩的倾角大，岩溶发育，最大溶洞达11.4 m，岩石强度高，最大天然单轴抗压强度达112 MPa，地下水位约为3.5 m，基岩裂隙水具有承压性，承压水头高度11 m，具体情况见表1。

表1　地铁车站工程地质条件

续表1

3　大倾角岩溶区极硬岩地层地下连续墙施工

3.1工程重难点分析

本车站石灰岩倾角大，约为65°，冲击钻施工过程中极易发生偏钻，需要反复修偏，地下连续墙的垂直度无法保证，容易出现地下连续墙侵界和钢筋笼卡笼事故并且地下连续墙混凝土超灌现象严重，充盈系数能达到1.6，岩溶发育，最大溶洞达11.4 m，地下连续墙内护壁泥浆瞬间漏失，极易发生塌槽和卡钻事故，岩石强度高，施工工效极低。

3.2施工工艺

3.2.1双轮铣施工原理及工艺简介

双轮铣槽机是目前最先进的地下连续墙施工设备，由液压驱动的两个铣轮反向转动，切削、破碎岩层；利用泥浆泵，将铣削出的岩渣与泥浆混合物排到地面的除砂机中，除砂净化后的泥浆再返回槽段内循环使用。

采用双轮铣进行地下连续墙铣槽工艺时，槽段长度应满足铣轮铣2～3次的要求，见图1。

图1　槽段分幅

双轮铣成槽机在铣轮铣削地层时，受地层强度分布不均或者铣轮转速波动等因素的影响，铣轮不可避免地发生偏斜，因此在施工过程中要及时纠偏。纠偏的方式主要有两种：推板纠偏以及转速调节纠偏，确保成槽精度达2‰。

3.2.2TC80双轮铣简介

TC80型双轮铣槽机是一款以国外双轮铣槽机作为技术标杆，充分考虑国情而研发的地下连续墙硬岩施工设备，是国内首台专用主机的液压驱动铣槽机，采用HDS提升系统。

通过更换不同铣轮，双轮铣可适用于一般土层、卵砾石地层、基岩地层并且能取得较高工效。平齿铣轮适用于各种土层及单轴抗压强度在50 MPa以内的岩石地层；截齿铣轮适用于卵砾石层及单轴抗压强度在100 MPa以内的岩石地层；牙轮铣轮适用于单轴抗压强度超过100 MPa的岩层。

臂架采用高强钢、箱型结构，强度大，挠性变形小，刀架晃动小，成槽精度高、减速机寿命长，独特设计的压力补偿技术，有效解决深水动态密封性问题，保证工作装置的防渗性及可靠性，工作装置采用普通马达+具有知识产权的驱动单元，极大降低了马达的成本及维修周期。

3.3施工效果

通过本车站近80幅地下连续墙的施工，双轮铣成槽机在工效、垂直度控制、沉渣厚度控制、混凝土灌注充盈系数安全性及文明施工方面显示出了明显的优势，其效果远远优于冲击钻。

3.3.1工效

双轮铣成槽机破碎岩石的机理与冲击钻有本质的区别，见图2。所以在地下连续墙施工功效方面远高于冲击钻，而且岩石强度越高，双轮铣的优势就越明显，在岩石强度达60 MPa以上时，冲击钻平均每幅需要14 d（不包括换浆清渣的15 h），双轮铣仅需要1 d的时间（包括换浆清渣时间），双轮铣的功效是冲击钻功效的14倍；在岩石强度为60 MPa以下时，冲击钻平均每幅需要要9 d，双轮铣仅需要0.5 d的时间，在转角幅最大工效差别更大，双轮铣的优势更明显，冲击钻平均每幅需要21 d，双轮铣仅需要0.8 d的时间，冲击钻的功效仅为双轮铣成槽机的3.8%。

3.3.2垂直度

大倾角岩石地层地下连续墙垂直度控制难度较大，用冲击钻施工，首次垂直度无法控制，最大偏差达120 cm，地下连续墙超标的倾斜度容易造成钢筋笼卡笼事故或者是侵界（结构内墙），相邻地下连续墙之间容易形成喇叭口，造成地下连续墙接缝渗水。根据本车站地下连续墙成槽后超声波检测，双轮铣的垂直度偏差基本可以控制在1‰之内，平均垂直度偏差为0.76‰，完全可以满足设计和规范3‰的要求。冲击钻的垂直度无法保证，需要反反复复的修槽，在随机统计的10幅地下连续墙，垂直度偏差最小为2.5‰，最大值为8‰，平均为5.49‰，垂直度控制变化规律，随机性大，不利于施工质量的控制，垂直度偏差约为双轮铣的7.2倍，见图3。而且垂直度的偏差随着岩层倾角的增大，呈曲线增长并且修偏的次数也呈曲线增大。

图2　双轮铣成槽机与冲击钻施工工效对比

图3　双轮铣成槽机与冲击钻垂直度控制对比

3.3.3混凝土充盈系数

冲击钻由于成槽垂直度偏差较大，需要反复修槽，修槽过程中加大了地下连续墙的宽度并且同一幅地下连续墙采用冲击钻不同的圆孔倾斜的方向不一致，导致地下连续墙总体宽度成倍加大，这是导致充盈系数增大的主要原因。根据施工记录，双轮铣成槽机施工的地下连续墙混凝土灌注的充盈系数最大为1.06，最小值为1.02，充盈系数的平均值为1.04，整体效果非常好，满足规范和设计要求，同时节约了大量的混凝土。冲击钻的充盈系数普遍大于规范要求值，充盈系数最大值达1.6，最小值为1. 2，充盈系数的平均值为1. 4，见图4，相比双轮铣成槽机施工，平均每幅地下连续墙超灌混凝土37%，造成了巨大的经济浪费，而且也留下了巨大的安全、质量隐患（鼓包、侵界等）。

图4　双轮铣成槽机与冲击钻充盈系数对比

4　结论

地下连续墙是地铁车站施工最关链的一道工序，地下连续墙的成败决定车站的成败，尤其复杂地质条件下，地下连续墙的施工质量、安全、工效、经济成本及文明施工等均作为现场施工组织的重中之重来控制，双轮铣成槽机，尤其是大功率的双轮铣成槽机可以有效解决上述难题，具有很好地推广应用示范效果。

□柴艳飞、智鹏、李荣昌、方文、李鹏/中国建筑第六工程局有限公司。

TU476+.3

C

1OO8-3197（2O16）O1-51-O3

2O15-11-11

刘智勇/男，1981年出生，工程师，中国建筑第六工程局有限公司，从事地铁工程施工工作。

□DOI编码：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.O17