王學(xué)敬

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司 山東泰安 271000)

1 前言

隨著我國(guó)基建事業(yè)的快速發(fā)展[1]，城市交通網(wǎng)絡(luò)趨于完善，交通網(wǎng)規(guī)劃密度加大。地下工程交通建設(shè)可節(jié)約城市占地，拓展城市建設(shè)空間，增加容積率。但是，城市中一般都存在河流、湖泊等地表水系，為了縮短線路建設(shè)長(zhǎng)度，減少區(qū)間行進(jìn)時(shí)間，規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目難以避免需要穿過(guò)城市地表水系。

2 工程概況及地質(zhì)條件

(1)工程概況

蘇州金雞湖隧道工程下穿5A級(jí)風(fēng)景區(qū)金雞湖，隧道全長(zhǎng)5.35 km，其中位于金雞湖湖中3 km(含軌交共建段)，兩側(cè)陸上長(zhǎng)2.35 km。金雞湖隧道湖中段采用圍堰隔水，圍堰內(nèi)采用明挖順作施工方法進(jìn)行施工，基坑周邊采用雙輪銑水泥土攪拌墻作為止水帷幕。雙輪銑水泥土攪拌墻每幅寬度為2.8 m，墻厚0.7 m，每幅搭接長(zhǎng)度0.3 m。雙輪銑水泥土攪拌墻每幅處理深度在17.325～41.045 m之間。

(2)地質(zhì)條件

金雞湖隧道主體工程位于蘇州市吳中區(qū)，橫穿金雞湖，地表主要為沖－湖相、湖－沼相堆積。根據(jù)地質(zhì)勘查資料，止水帷幕施工穿過(guò)7個(gè)工程地質(zhì)層，見表1。

表1 工程地質(zhì)

3 施工難點(diǎn)分析

(1)處理深度大

蘇州金雞湖隧道雙輪銑水泥土攪拌墻設(shè)計(jì)深度達(dá)40 m以上，對(duì)成墻的垂直度要求較高。

(2)抗?jié)B止水難度大

工程地質(zhì)復(fù)雜，多為粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂和粉土夾粉砂，孔隙率較大，對(duì)水泥土攪拌墻的成墻質(zhì)量要求高，否則難以保證抗?jié)B止水效果。

4 CSM工藝

4.1 工藝原理

CSM液壓雙輪銑槽機(jī)結(jié)合深層攪拌技術(shù)[2]，在掘進(jìn)注漿、供氣、銑、削和攪拌過(guò)程中[3]，通過(guò)矩形方管施加向下的作用力，四個(gè)銑輪相向旋轉(zhuǎn)銑削地層；同時(shí)通過(guò)供氣和注漿系統(tǒng)向槽內(nèi)分別注入壓縮空氣、水泥漿和膨潤(rùn)土添加劑。達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后，通過(guò)矩形方管，慢慢提起作反方向旋轉(zhuǎn)的4個(gè)銑輪，同時(shí)注入壓縮空氣和固化液，由地基土、水泥漿、膨潤(rùn)土添加劑形成混合物固化液，成為等厚度密實(shí)的水泥土攪拌墻。

4.2 工藝特點(diǎn)

由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的4個(gè)銑輪和與其連接的導(dǎo)桿架[4]為CSM成墻設(shè)備的主要工作部分，銑輪可以同時(shí)正反向相向旋轉(zhuǎn)。CSM雙輪銑銑頭部分安裝了用于采集各類數(shù)據(jù)的傳感器[5]，操作人員可直接控制銑頭的偏直情況、銑削深度、注漿量與注漿壓力等工作狀態(tài)。CSM工藝具有以下特點(diǎn):

(1)成槽垂直度控制好

雙輪銑成槽的垂直度由支撐矩形方管的三支點(diǎn)輔機(jī)的垂直度來(lái)控制[6]，通過(guò)調(diào)整銑頭的姿態(tài)和銑頭下降的速度，有效將槽孔垂直度控制在3‰以內(nèi)。

(2)墻體壁面平整、防滲性能好

由CSM設(shè)備施工的止水帷幕通過(guò)銑、削、攪、氣、漿的共同作用，成型后的墻體和易性好、土體均勻密實(shí)，幅間接頭為完全的銑削結(jié)合[7]，整體性強(qiáng)、防滲性能好。

(3)噪聲小、施工效率高

雙輪銑施工設(shè)備整機(jī)重心低，穩(wěn)定性好；不需要軌道，可通過(guò)自身履帶自行走。該設(shè)備銑頭驅(qū)動(dòng)裝置在掘進(jìn)銑削過(guò)程中全部進(jìn)入預(yù)先開挖的儲(chǔ)漿溝內(nèi)，具有噪聲小、振動(dòng)低的特點(diǎn)，在松軟地層和中硬巖石中鉆進(jìn)效率分別可達(dá)20～40 m/h、1～2 m/h。

5 關(guān)鍵施工技術(shù)及質(zhì)量管控要點(diǎn)

5.1 施工流程

CSM施工工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

5.2 施工準(zhǔn)備及順序安排

(1)場(chǎng)地清理

清除地面和地下障礙物，平整并壓實(shí)作業(yè)場(chǎng)地。

(2)測(cè)量放線

根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，按圖測(cè)量放線。

(3)安裝調(diào)試

CSM設(shè)備就位后，架設(shè)樁架，安裝設(shè)備，接通水、電、氣，調(diào)試設(shè)備。

(4)開溝鋪板

開挖橫斷面深度為1～1.5 m、寬度為1.2 m的儲(chǔ)漿溝槽，開挖長(zhǎng)度超前主機(jī)工作面約11 m。地基基礎(chǔ)較軟時(shí)鋪設(shè)路基箱，防止機(jī)械設(shè)備失穩(wěn)。

(5)挖掘順序

順槽式單孔套打及往復(fù)式雙孔套打施工順序見圖2～圖3。

圖2 順槽式單孔套打施工順序(單位：mm)

圖3 往復(fù)式雙孔套打施工順序(單位：mm)

CSM水泥土攪拌墻施工有順槽式單孔套打和往復(fù)式雙孔套打兩種方式。當(dāng)基礎(chǔ)面1 m以上地質(zhì)情況較好時(shí)，適用順槽式單孔套打；當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)較弱時(shí)，適用往復(fù)式雙孔套打。

5.3 關(guān)鍵施工技術(shù)

(1)銑頭定位

根據(jù)地質(zhì)情況選用適合該地層的銑頭，通過(guò)墻體中線和每幅標(biāo)線控制CSM設(shè)備的銑頭定位，偏差應(yīng)在±5 cm以內(nèi)。

(2)垂直度控制

采用經(jīng)緯儀作三支點(diǎn)樁架垂直度的初始零點(diǎn)校準(zhǔn)[8]，由三支點(diǎn)輔機(jī)的垂直度控制槽的垂直度，保證墻體垂直度在3‰以內(nèi)。

(3)銑削深度

沿墻體軸線布設(shè)先導(dǎo)孔(先導(dǎo)孔間距50 m，局部地質(zhì)復(fù)雜地段可適當(dāng)加密)，有效控制不同地層墻體底線高程，控制銑削深度偏差在±5 mm內(nèi)。

(4)銑削速度

開啟CSM設(shè)備，緩慢下降銑頭，使其與基土接觸并進(jìn)行掘進(jìn)攪拌，控制注漿壓力0.75～1.5 MPa，控制輔助氣壓0.6～1.0 MPa進(jìn)行注漿、供氣?？刂葡蛳裸娤鬟^(guò)程銑頭的旋轉(zhuǎn)速度為26 r/min左右，銑進(jìn)速度控制為0.5～1 m/min。鉆至基底延續(xù)10 s，對(duì)基底以上2～3 m范圍重復(fù)提升1～2次。隨后根據(jù)攪拌均勻程度，控制銑輪速度在22～26 r/min，控制提升速度在0.6～1.2 m/min。掘進(jìn)、提升過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)情況可進(jìn)行多次上下掘進(jìn)、提升，并滿足注漿量要求。攪拌時(shí)間－鉆進(jìn)、提升關(guān)系見圖4。

圖4 攪拌時(shí)間-鉆進(jìn)、提升關(guān)系

(5)注漿

制漿桶內(nèi)制備的漿液經(jīng)送漿泵和管路輸入儲(chǔ)漿桶，然后由注漿泵經(jīng)管路送至銑頭。由裝在操作臺(tái)上的無(wú)極電機(jī)調(diào)速器、自動(dòng)瞬時(shí)流速計(jì)和累計(jì)流量計(jì)[9]監(jiān)控注漿量大小。注漿量根據(jù)鉆進(jìn)速度與掘削量在80～320 L/min調(diào)整，同時(shí)按照要求進(jìn)行一、二次注漿，注漿壓力控制在1.5～2.5 MPa。若注漿時(shí)出現(xiàn)異常情況，應(yīng)停泵檢查，故障排除后再繼續(xù)作業(yè)。當(dāng)停機(jī)時(shí)間大于30 min，應(yīng)對(duì)注漿泵和輸漿管進(jìn)行清理。

水泥摻量:水泥摻量視地質(zhì)情況而定，空攪部位一般為8%，有效墻體部位為25% ～28%。

水灰比:控制在1.1∶1～1.6∶1左右，一般下沉?xí)r水灰比為2.0，上升時(shí)水灰比控制在1.2左右。

(6)供氣

壓縮氣體由手動(dòng)閥和氣壓表經(jīng)管路配至銑頭，控制氣體壓力為0.3～0.8 MPa，全程不得間斷。

(7)成墻厚度

控制測(cè)量刀片外徑，定期檢查修復(fù)。當(dāng)?shù)镀p接近1 cm時(shí)必須進(jìn)行修復(fù)，無(wú)法修復(fù)則更換，確保成墻厚度。

(8)墻體均勻度

嚴(yán)格控制掘進(jìn)過(guò)程中注漿均勻性和由氣體升揚(yáng)置換墻體混合物的沸騰狀態(tài)，保證成墻質(zhì)量。

(9)墻體連接

墻體連接是雙輪銑水泥土攪拌墻最為重要的一道工序，施工時(shí)嚴(yán)格控制樁位，使墻體整體連續(xù)作業(yè)，控制搭接長(zhǎng)度30～40 cm，確保墻體平面平整度和墻體連接質(zhì)量。

5.4 質(zhì)量檢測(cè)

已完工墻體的質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)在施工28 d后進(jìn)行，被檢測(cè)墻體的分布應(yīng)隨機(jī)、合理、均勻。

(1)墻體外觀檢測(cè)

墻體外觀檢查項(xiàng)目見表2。

表2 墻體外觀檢查項(xiàng)目 mm

(2)強(qiáng)度檢測(cè)

強(qiáng)度檢測(cè)采用漿液試塊強(qiáng)度檢測(cè)、鉆取樁芯強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)和原位試驗(yàn)檢測(cè)方法進(jìn)行。樁身28 d抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。

(3)滲透性檢測(cè)

水泥土攪拌墻滲透性試驗(yàn)采用柔性壁滲透試驗(yàn)儀器進(jìn)行測(cè)定，滲透系數(shù)小于1×10－7cm/s[10]。

5.5 施工注意事項(xiàng)

(1)在銑、削過(guò)程中，操作人員要隨時(shí)監(jiān)控銑頭處傳感器反饋的銑頭工作狀態(tài)，及時(shí)糾偏，保證成墻的垂直度。

(2)為避免順?lè)┕ひ粋?cè)銑削水泥土墻體、另一側(cè)銑削土體造成墻體偏位，采用跳幅施工方式，相鄰墻幅應(yīng)有足夠的搭接長(zhǎng)度，確保墻段之間的銑削搭接效果。

(3)為保證冷接縫施工質(zhì)量，CSM止水帷幕施工至轉(zhuǎn)角部位，應(yīng)對(duì)已成型墻體充分切割，再進(jìn)行成墻攪拌，形成十字搭接形式。

6 結(jié)論

傳統(tǒng)的三軸攪拌樁止水帷幕止水效果差、浪費(fèi)大，且在深層地基處理和止水帷幕中不適用。CSM工藝在金雞湖湖底明挖隧道中發(fā)揮了設(shè)備行走便利、施工過(guò)程可控性強(qiáng)、設(shè)備銑削能力強(qiáng)、施工速度快、無(wú)噪聲[11]等優(yōu)點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)三軸攪拌樁施工形成的止水帷幕，CSM工藝接頭少、浪費(fèi)小、垂直度偏差小[12]、成墻效果好，起到了良好的隔水效果。