王雅宜
(中鐵隧道股份有限公司,河南 鄭州 450001)
地下連續(xù)墻是目前基坑支護(hù)常見的方法。在城市建筑物密集區(qū)開挖基坑,工作面常常由于場地影響而無法展開,采用地下連續(xù)墻施工是快速打開局面的主要方法。由于該技術(shù)應(yīng)用普遍,應(yīng)用開發(fā)程度很深,絕大部分地區(qū)僅僅將其作為一個不起眼的常規(guī)工序,地下連續(xù)墻的施工組織、工藝攻關(guān)等針對性研究較為缺乏。文章依托春風(fēng)隧道項(xiàng)目,對明挖隧道在城市密集區(qū)的地下連續(xù)墻快速施工技術(shù)展開研究,在城市市政工程中尚屬首次。
春風(fēng)隧道線路全長約5.078km,分為西端地面道路、西明挖段、盾構(gòu)段和東明挖段四部分。西明挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、鋼板樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式,地下連續(xù)墻厚度分別為600mm、800mm、1000mm;接頭采用工型鋼接頭,標(biāo)準(zhǔn)幅寬6m,共105幅;異型幅及其他寬3.9 ~8.3m,共20 幅,深度約為10.9 ~27.4m 不等,總計(jì)125 幅。西明挖后配套段及始發(fā)井段地下連續(xù)墻共計(jì)54 幅,深度為18 ~28.7m 不等。地層從上至下依次是填土、淤泥、粉質(zhì)黏土、卵石層、砂層、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。部分地連墻入巖早,巖層厚,基巖硬(盾構(gòu)井周邊地下連續(xù)墻入巖深度均在8m以上,強(qiáng)度在40MPa 以上,且盾構(gòu)井內(nèi)有兩處斷層破碎帶),施工困難。
二期地連墻采用液壓抓斗成槽機(jī)和沖樁機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行成槽,此段地連墻入巖較淺,但是施工周期長,硬巖部分沖樁機(jī)平均工效為0.06m/h。地下連續(xù)墻常規(guī)施工方法有雙輪銑、成槽機(jī)、沖樁機(jī)3 種類型單獨(dú)或者組合施工,各種設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。
表1 地下連續(xù)墻施工常用機(jī)械對比表
雙輪銑槽機(jī)成槽工法特點(diǎn):(1)工效高。雙輪銑槽機(jī)借助UCS 閥,適應(yīng)強(qiáng)度40 ~100MPa 的各種巖層,鉆進(jìn)能力強(qiáng),成槽速度快。(2)成樁質(zhì)量好。雙輪銑槽機(jī)DMS 電子系統(tǒng)可時刻監(jiān)控液壓雙輪銑的工作參數(shù)及位置;可對垂直度的偏差及時進(jìn)行修正,泥漿通過循環(huán)系統(tǒng)實(shí)時循環(huán),保證施工質(zhì)量。(3)環(huán)境影響小。成槽過程噪音及震動小,對周邊建筑影響??;切削渣通過反循環(huán)系統(tǒng)并經(jīng)過泥漿處理系統(tǒng)的分離可重復(fù)利用,環(huán)境污染小。(4)垂直度控制好??捎行ПO(jiān)控成槽垂直度,及時對垂直度進(jìn)行調(diào)整糾偏。根據(jù)工程的特點(diǎn)及工程量,決定采用1 臺ZTSX100 液壓銑槽機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)井及后配套段地連墻基巖部分工程的施工,計(jì)劃工效為1.2m/h。
現(xiàn)場2018 年6 月18 日至7 月16 日雙輪銑共銑槽10 幅,有效施工時間427h,銑槽236.56m,成槽效率僅為0.55m/h,遠(yuǎn)不能滿足≥1.2m/h 的施工要求。
從雙輪銑參數(shù)可以看出,在硬巖掘進(jìn)過程中,雙輪銑刀盤地面承重只有7.5t,而2018 年6 月18 日至7 月16 日施工期間,地面承重平均值為9.8t,考慮原因?yàn)殡p輪銑對巖面的壓力較小,導(dǎo)致銑槽緩慢。
初步認(rèn)定為地面承重較小,所以在WA-15 地連墻銑槽期間采取了加大地表承重的措施,由最初的7 ~12t加大至≥15t,銑槽速度明顯提升,達(dá)到了1.21m/h。但是在雙輪銑銑槽過程中,雙輪銑刀架擺動大,垂直度偏差大,垂直度檢測為4.3‰,不滿足規(guī)范要求,必須再次修正垂直度。雖然速度明顯加快,但垂直度無法保證,需花費(fèi)更多時間進(jìn)行修正垂直度。
由于雙輪銑直接銑軟泥層存在糊輪風(fēng)險(xiǎn),泥漿無法進(jìn)行分離二次使用,造成泥漿浪費(fèi),銑槽只比液壓抓斗快2 ~3 倍,但成本高昂,所以在單元槽段施工前,用液壓抓斗將槽段巖層以上軟弱地層開挖完,后期入巖部分采用液壓銑槽機(jī)進(jìn)行成槽。從前期槽段成槽結(jié)果看,正常情況下,雙輪銑對巖面的壓力在7 ~12t 不會影響成槽精度,能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的≤3‰,但成槽效率較低(0.55m/h)。如果單純地對巖面加壓,速度有明顯提升,但成槽的精度達(dá)不到要求,成槽后需要進(jìn)行二次修邊,浪費(fèi)大量時間。為解決上述問題,既保證成槽的精度,又提高雙輪銑效率,決定采用對照試驗(yàn)的方法進(jìn)行研究,找出最優(yōu)雙輪銑施工方案。
雙輪銑工作核心為刀盤對巖面加壓,刀具切削巖面使之破碎,由于刀架是由鋼絲繩懸吊下放進(jìn)槽段,因此自穩(wěn)能力差,銑槽過程中會由巖面的反作用力而晃動。刀架對巖面施加的壓力越大,反作用力也就越大,刀架晃動越加厲害,直至超出糾偏板的糾偏能力,垂直度無法控制。由采取增加壓力措施來看,會導(dǎo)致刀盤急劇抖動,使垂直度變大,槽段偏斜。如減小刀盤的接觸面積,提巖面壓強(qiáng),雙輪銑成槽效率即可增大;對地連墻槽段進(jìn)行預(yù)引孔,再進(jìn)行雙輪銑銑槽,采取該措施將減小雙輪銑與開挖面接觸面積,達(dá)到增大壓強(qiáng)的效果。
刀架寬3.2m,厚0.96m,單個刀盤直徑為1.2m,兩個刀盤中心距為2m,盾構(gòu)井及后配套段標(biāo)準(zhǔn)幅槽段寬6m,厚1m。雙輪銑一二刀示意圖如圖1 所示,從圖中可以看出,前兩刀銑完后中間剩余0.6m,第一二刀的位置無法改變,所以設(shè)想先將第三刀使用成孔機(jī)械成孔,再在槽段兩端分別成孔兩個。
圖1 雙輪銑一二刀示意圖
由于槽段厚1m,因此成孔直徑最大為1m。相鄰兩孔最近距離為2m,雙輪銑刀架兩圓心相距也是2m,這就保證了刀盤左右兩個不會受力不均。同時,因?yàn)橥谶M(jìn)行格構(gòu)柱施工,現(xiàn)場有旋挖鉆機(jī)和沖樁機(jī),通過現(xiàn)場以前的施工得知,旋挖鉆機(jī)的施工效率是沖樁機(jī)無法比擬的,而且旋挖鉆機(jī)成孔的垂直度比沖樁機(jī)更好,旋挖鉆機(jī)還具備自動性高、人工成本低、環(huán)保、低噪等特點(diǎn),所以擬采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行引孔。
(1)旋挖鉆機(jī)引孔。分別在槽段的左右邊線和中線處打三個孔。為了控制旋挖鉆機(jī)在中風(fēng)化硬巖地層中的旋挖速度和垂直度,采用截齒筒鉆進(jìn)行硬巖部分的鉆取,上層土層采用掏砂鉆進(jìn)行鉆取,兩個鉆頭靈活使用,保證了施工進(jìn)度和精度。(2)液壓抓斗成槽。引孔后,確認(rèn)好雙輪銑正在銑的那幅槽的完成時間,由于成槽機(jī)在盾構(gòu)井段土層的施工時間一般在5 ~6h,那么在雙輪銑還有6h 完成時,就可以進(jìn)行下幅槽段的成槽,避免成槽后等待雙輪銑的時間過長,造成塌孔、泥漿沉淀等問題,保證工序的有效銜接。(3)雙輪銑銑槽。在成槽完成后,雙輪銑在1h 內(nèi)開始銑槽,防止槽段內(nèi)塌孔。雙輪銑在銑槽期間,每隔1h 進(jìn)行雙輪銑的參數(shù)記錄,實(shí)時觀察垂直度和銑槽進(jìn)度,結(jié)合地面承重進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,使雙輪銑的工效及精度都有一定的保障。
(1)采用WA-8 號地連墻作為試驗(yàn)段,除去強(qiáng)風(fēng)化地層的速度,在中風(fēng)化地層平均速度為1.42m/h,達(dá)到了1.2m/h 的速度,測得成槽垂直度為1.4‰,符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。(2)最初雙輪銑的銑槽平均速度是0.55m/h,垂直度為2.6‰,引孔后,雙輪銑的成槽速度增加至1.42m/h,垂直度為1.4‰,增強(qiáng)壓力后,成槽速度達(dá)到了2.08m/h,垂直度為2.7‰。(3)引孔及加壓均有非常顯著的效果,能夠在保證垂直度的情況下加快銑槽速度,最終速度增加了3.78 倍,單幅槽整體銑槽時間加快了約2.5 倍。
(1)雙輪銑施工成本高,但在硬巖地層施工速度遠(yuǎn)大于成槽機(jī)、沖擊鉆,及其施工噪聲小,成槽質(zhì)量好,結(jié)合工程造價和工程工期的前提下,具有良好的推廣應(yīng)用前景。(2)引孔及加壓對雙輪銑施工質(zhì)量和效率均有顯著提升,能夠在保證垂直度的情況下加快銑槽速度,但需根據(jù)刀盤鉆進(jìn)速度合理加壓,成槽時應(yīng)根據(jù)地連墻幅寬合理選擇施工方法,避免偏壓造成施工質(zhì)量下降。(3)導(dǎo)墻的超挖量和施工垂直度對后續(xù)成槽施工起到關(guān)鍵性的引導(dǎo)作用,如何提高導(dǎo)墻施工質(zhì)量將是下一步施工研究的重點(diǎn)。