盧 瑛，應(yīng) 煜，王 哲

（1．騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州311215；2．浙江工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，浙江 杭州310023）

隨著我國城市軌道交通的不斷發(fā)展，地鐵建設(shè)將是21世紀(jì)城市地下空間開發(fā)的重點(diǎn)。迄今為止，我國大陸地區(qū)共有35個(gè)城市先后邁入地鐵時(shí)代，預(yù)計(jì)21世紀(jì)初至中葉將是我國地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。在地鐵建設(shè)過程中，其開挖對地連墻施工工藝要求也越來越高。在地質(zhì)條件復(fù)雜的地層中，開挖地連墻會(huì)產(chǎn)生難以下挖、塌孔等嚴(yán)重問題，給地連墻施工帶來很大挑戰(zhàn)，所以針對一些復(fù)雜地質(zhì)條件下的地連墻成槽，一些專家學(xué)者對地連墻的施工工藝進(jìn)行了研究。

針對地層巖質(zhì)堅(jiān)硬、地下條件復(fù)雜給成槽開挖帶來很大困難，甚至開挖后發(fā)生基坑失穩(wěn)的問題，牛自強(qiáng)［1］以徐州地鐵6號(hào)線工程為背景，因工程周圍建筑物環(huán)境條件復(fù)雜，無法采用爆破開挖，進(jìn)行了硬質(zhì)巖石高效開挖及其對臨近建（構(gòu)）筑物影響的研究，并總結(jié)形成了硬質(zhì)巖石開挖法，成功應(yīng)用于徐州東站深基坑開挖。羅反蘇等［2］在長沙某在建地鐵站地下連續(xù)墻成槽施工中遇到高黏度堅(jiān)硬地層成槽困難的問題，研究采用了一種 “旋挖鉆＋成槽機(jī)＋雙輪銑＋沖擊鉆” 組合施工技術(shù)提高了施工工效，保證了成槽質(zhì)量。李有道等［3］以廣州番禺廣場地鐵站項(xiàng)目為依托，針對雙輪銑在極硬巖地層條件下成槽進(jìn)尺慢的現(xiàn)狀，采用重錘配合雙輪銑的組合施工方式成功地提升了施工效率。Hsieh PG等［4］為有效控制基坑墻體穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)了支撐壁對壁撓度的抑制作用主要來自支撐壁表面與周圍土壤之間的摩擦阻力。柳建國等［5］對非飽和土體條件下的基坑穩(wěn)定進(jìn)行研究，得出一套基坑錨固技術(shù)，有效解決了基坑支護(hù)問題。

針對復(fù)雜地層 “上軟下硬” 且含大量潛在高強(qiáng)度孤石給成槽開挖帶來困難的問題，張文新等［6］以蘇埃通道工程盾構(gòu)始發(fā)井及后配套地下連續(xù)墻成槽施工為背景，通過優(yōu)化和改進(jìn)形成了 “成槽機(jī)抓取軟土，沖錘往返沖擊破碎法破除孤石，旋挖鉆和成槽機(jī)鉆抓配合挖除強(qiáng)風(fēng)化巖以及牙輪鉆鉆取斜面基巖等方法相組合的成槽施工工藝，有效解決了成槽困難的難題，提高了施工效率。楊武廠［7］通過對不同巖石強(qiáng)度情況下成槽設(shè)備和工藝的研究分析，得出當(dāng)巖石強(qiáng)度達(dá)到100 MPa左右時(shí)，采用錘擊和銑槽機(jī)相結(jié)合的 “鑿銑法” 進(jìn)行成槽是最優(yōu)的選擇方案。宗敦峰等［8］對60年間地下墻在施工機(jī)械、固壁泥漿、接頭處理以及復(fù)雜地質(zhì)的鉆孔技術(shù)等方面關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，包括嚴(yán)重漏漿地層以及大塊巖石破碎地層的處理方法。

針對開挖深度大，地下條件復(fù)雜不利于成槽開挖且拖延施工進(jìn)度的問題，劉洋［9］以韓國釜山海云臺(tái)旅游度假村項(xiàng)目為背景，對堅(jiān)硬巖層地質(zhì)條件下的超深地下連續(xù)墻施工進(jìn)行了分析和研究，采用液壓雙輪銑槽機(jī)成槽技術(shù)，成功應(yīng)用于該項(xiàng)目基坑開挖成槽。楊中州［10］在珠海市灣仔北站深基坑工程中采用沖抓結(jié)合（上部軟土成槽機(jī)施工，下部硬巖沖擊鉆施工）的方法解決超深地下連續(xù)墻入巖成槽問題。李洪勛等［11］以深圳前海綜合交通樞紐項(xiàng)目為背景，研究出了一種小型潛孔錘預(yù)先引孔，降低巖石整體強(qiáng)度，提高成槽施工效率，從而順利進(jìn)行地連墻超深硬巖成槽。Zhou Jun等［12］對地連墻節(jié)點(diǎn)連接件的彎曲、剪切、防水等進(jìn)行了分析，研究出了具有大剛度、高抗剪、整體穩(wěn)定功能的新型 “雙H” 節(jié)點(diǎn)，可以很好地適應(yīng)超深地下連續(xù)墻節(jié)點(diǎn)的需要。Hsieh PG等［13］研究了不同基坑深度下，支壁與相鄰?fù)灵g摩擦阻力對R形、T形支撐壁的撓度影響差異。

針對在 “上軟下硬” 黏土混角礫地層中夾有高強(qiáng)度大塊孤石的復(fù)雜條件下連續(xù)墻成槽施工困難的問題，在上述專家學(xué)者的基礎(chǔ)上，就如何在這種地層中達(dá)到快速高效的連續(xù)墻施工成槽效果，筆者以杭州某地鐵線某廣場站D／E基坑連續(xù)墻成槽施工為背景，總結(jié)出一種 “抓銑結(jié)合、旋挖機(jī)＋沖擊錘輔助開挖” 的組合施工技術(shù)，從而解決在該種地層中成槽施工困難的難題，有效保障地連墻施工質(zhì)量。這對今后指導(dǎo)杭州類似地層中的地連墻成槽施工具有重要意義。

1 工程概況

杭州某地鐵線工程起于某長街的某廣場站，經(jīng)上城、江干、濱江、蕭山、大江東新城，至大江東地區(qū)的江東某站。某廣場站是該地鐵線工程的第1個(gè)站，沿長街東西向敷設(shè)，車站范圍從某花鳥城至某池頭，車站長約646m，總建筑面積為40 581．4m2。車站周邊主要建筑物有住宅小區(qū)、大酒店、集團(tuán)公司、廣場、長街及花鳥城等。

本廣場站基坑深度為23．15～25．55 m，地連墻插入比標(biāo)準(zhǔn)段約為 0．52～0．78，端頭井約為 0．60。車站為地下3層、雙柱混凝土框架結(jié)構(gòu)。為符合周邊管線遷改及交通導(dǎo)流要求，車站由臨時(shí)封堵墻分為 A、B、C、D、E共五個(gè)基坑（圖 1），采用明挖順作法施工（B基坑范圍內(nèi)局部蓋挖）。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻＋6道內(nèi)支撐，地連墻插入比標(biāo)準(zhǔn)段約為0．52～0．78，采用C35水下混凝土澆筑，槽深34．84～40．22m，第1道和第4道支撐為混凝土支撐，其余4道支撐為鋼管支撐。本廣場站基坑項(xiàng)目總平面圖見圖1。

圖1 基坑總平面圖

2 工程地質(zhì)

全線地層共分為7個(gè)工程地質(zhì)層，18個(gè)工程地質(zhì)亞層和1個(gè)工程地質(zhì)夾層?；娱_挖范圍內(nèi)土體為典型的 “上軟下硬” 土層，地質(zhì)土層情況和土體物理力學(xué)指標(biāo)見表1。其中，車站結(jié)構(gòu)底板位于⑤－2黏土混角礫、⑥－1全風(fēng)化炭質(zhì)泥巖和⑥－2強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖區(qū)，地連墻墻底要求進(jìn)入⑥－3中風(fēng)化炭質(zhì)泥巖或⑤－3黏土混角礫，不同區(qū)域插入深度不同。擬建場地內(nèi)普遍分布高強(qiáng)度孤石，尤其是在D／E基坑內(nèi)黏土混角礫地層中大塊孤石分布最為廣泛，孤石巖質(zhì)堅(jiān)硬，最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)150 MPa。D／E基坑范圍內(nèi)局部地質(zhì)剖面圖見圖2。擬建場地范圍內(nèi)地下水類型主要為：潛水、基巖裂隙水和巖溶水，潛水主要賦存于淺（中）部填土層和粉（黏）性土中，基巖裂隙水主要賦存于下部基巖風(fēng)化裂隙內(nèi)，巖溶水賦存于灰?guī)r中。

3 地連墻成槽施工技術(shù)

3．1 施工工藝流程

地連墻成槽質(zhì)量取決于施工所采用的施工工藝，本工程在吸取類似基坑工程地連墻成槽施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程實(shí)際，采取了 “抓銑結(jié)合、旋挖機(jī)＋沖擊錘輔助開挖” 的施工工藝，其中 “軟土成槽、孤石破除和硬巖成槽” 是關(guān)鍵，施工工藝流程見圖3。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)

圖2 D／E基坑局部地質(zhì)剖面

3．2 地連墻成槽施工方案

本廣場站D基坑內(nèi)共計(jì)地連墻幅數(shù)為85幅，銑接頭地下墻為33幅，型鋼接頭地下墻為52幅；E基坑內(nèi)共計(jì)地連墻幅數(shù)為28幅，均為型鋼接頭地下墻。施工過程中進(jìn)行平行交叉施工，E基坑完成后型鋼接頭地連墻完成后，成槽機(jī)立即轉(zhuǎn)往D基坑。

圖3 施工工藝流程

本工程D／E基坑地連墻入巖深度達(dá)25～45 m，工字鋼接頭地下墻采用成槽機(jī)液壓抓斗施工。銑接頭地下墻一期槽段運(yùn)用 “抓銑結(jié)合、旋挖機(jī)＋沖擊錘輔助開挖” 的施工工藝，即對大多軟土層用液壓抓斗直接抓取成槽；進(jìn)入⑥－3中風(fēng)化巖層后，抓斗取土效率降低，則改用液壓銑槽機(jī)銑削成槽，充分利用銑槽機(jī)機(jī)體長度較長、重量較重和旋轉(zhuǎn)式硬巖銑切機(jī)，實(shí)現(xiàn)對巖質(zhì)堅(jiān)硬部分進(jìn)行銑切成槽，并通過自身配有的電子測斜儀器糾斜系統(tǒng)對槽壁進(jìn)行垂直度的質(zhì)量控制。銑接頭地下墻二期槽段采用銑槽機(jī)進(jìn)行施工，在施工過程中銑槽機(jī)施工工效極低時(shí)采用旋挖機(jī)和沖擊錘引孔的方式配合銑槽機(jī)施工以提高施工效率，如施工速度仍然較慢可采取引孔的措施提高施工進(jìn)度。

4 成槽施工難點(diǎn)與關(guān)鍵施工技術(shù)

4．1 施工難點(diǎn)

4．1．1 地連墻入巖情況復(fù)雜

本工程地連墻入巖深度在25～45 m，深度較大，中間黏土混角礫層所夾塊石強(qiáng)度高，塊石面起伏不定，厚度不一，此外，對施工速度和成槽效率要求極高，因此對工程進(jìn)度產(chǎn)生較大難度。

4．1．2 黏土混角礫層夾高強(qiáng)度孤石

D／E基坑施工范圍內(nèi)黏土混角礫層厚度大，礫石含量約為10%～60%不等，粒徑一般為20～100 mm，個(gè)別大于150 mm，棱角狀為主?；娱_挖范圍內(nèi)局部夾雜高強(qiáng)度孤石，孤石埋深大，無法采取換填方式挖除，且成槽機(jī)無法直接抓取大體積孤石。孤石最大抗壓強(qiáng)度達(dá)150 MPa，傳統(tǒng)施工機(jī)械及方法難以開挖。同時(shí)施工現(xiàn)場附近存在大量商業(yè)區(qū)建筑與假山，無法采用爆破方式破碎孤石。

4．1．3 中風(fēng)化巖層強(qiáng)度高

地連墻入中風(fēng)化巖層達(dá)15～23 m，中風(fēng)化巖層巖質(zhì)堅(jiān)硬，根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為67．98 MPa。巖層面起伏不定，容易偏孔、卡錘，成槽困難，施工周期長，容易造成槽孔上部塌方。

4．2 成槽關(guān)鍵施工技術(shù)及工效

4．2．1 特殊地層開挖成槽

對于黏性土層，采用液壓抓斗成槽（圖4），當(dāng)遇到黏土混角礫地層、中風(fēng)化泥巖層等復(fù)雜條件地層時(shí)，改用抓銑結(jié)合方式。當(dāng)施工工效低時(shí)，采用旋挖機(jī)和沖擊錘引孔的方式（即 “前期沖錘、旋挖機(jī)引孔后修邊” ）配合銑槽機(jī)施工以提高施工效率。二期槽段完全采用銑槽機(jī)進(jìn)行施工。

D／E基坑地連墻首先在D－S26孔按原設(shè)計(jì)采用抓槽機(jī)試成槽，現(xiàn)場因地質(zhì)原因無法成槽，經(jīng)補(bǔ)勘和改進(jìn)后，成槽工藝變更為 “抓銑結(jié)合、旋挖機(jī)＋沖擊錘輔助開挖” 的方式。采用新成槽工藝后，成槽效果良好，未發(fā)生塌孔現(xiàn)象，4個(gè)月內(nèi)累計(jì)完成42幅地連墻，占總量的14．5%，確保了成槽的高效。

沖錘和旋挖機(jī)鉆頭為圓形狀，旋挖機(jī)進(jìn)行地連墻主孔施工，沖擊錘采用跳打施工的方式進(jìn)行擴(kuò)孔及副孔施工（圖5）。引孔后導(dǎo)墻兩側(cè)巖層未沖擊下去，需雙輪銑槽機(jī)分三抓進(jìn)行2側(cè)重新銑槽修邊并刷壁。

圖4 液壓抓斗成槽

圖5 槽段引孔

在D－S30幅地連墻中，雙輪銑槽機(jī)三抓的銑槽效率依次為 0．99、0．72、0．33 m／h，第一抓銑槽深度最大達(dá)到14 m，后兩抓為12 m左右，總用時(shí)為26．6 h，降低施工效率。采用的沖錘直徑為1 000 m，在淺層土體中，沖錘引孔的施工效率可達(dá)到0．05～0．08 m／h，隨著巖層強(qiáng)度增大，沖孔深度加深，地下巖層面情況變復(fù)雜，施工效率降低，沖孔效果越不明顯。在D－S28幅地連墻槽段中，沖孔深度達(dá)到6．3 m時(shí)，沖錘施工效率僅為0．01m／h，極大地降低了施工效率。采用的旋挖機(jī)鉆頭直徑為800 mm，在D－S26幅地連墻槽段中其施工效率為10 m／h，垂直度達(dá)到x＝0．2%，y＝0．3%，達(dá)到理想的鉆孔效果。

進(jìn)入中風(fēng)化泥巖地層時(shí)，容易發(fā)生雙輪銑糊死銑輪，尤其在半側(cè)巖層、半側(cè)泥巖的情況下，必須提輪進(jìn)行清理。平均每進(jìn)尺0．5～1 m需清理銑輪一次，但施工進(jìn)度會(huì)滯后。

4．2．2 地連墻槽段接頭處理

根據(jù)地勘報(bào)告，可知DN19～DS19以東塊石較多且不均勻分布，由于塊石強(qiáng)度高、厚度厚。先采用沖擊鉆配合抓槽機(jī)成槽的方法，成槽施工的效率極低無法保證工期，且產(chǎn)生了較大噪音，嚴(yán)重影響周邊居民生活工作。本工程套銑接頭搭接150 mm，對垂直度偏差控制要求較高，在該復(fù)雜地質(zhì)條件下，難以保證如此精度的垂直度，因而采用型鋼接頭，只需接頭處超挖1 m，做好刷壁質(zhì)量和防擾流措施即可保證接縫質(zhì)量。此外，銑槽機(jī)成槽速度約0．3～1 m／h，相對于型鋼接頭，采用套銑接頭將大大增加銑槽成槽的成槽比例，施工效率較低，難以保證工程整體進(jìn)度和節(jié)點(diǎn)工期。

通過改進(jìn)，對DN19～DS19以東范圍地連墻改為抓銑結(jié)合工藝成槽和型鋼接頭工藝。

4．2．3 孤石破除

對于地下墻成槽過程中遇到的高強(qiáng)度孤石。孤石體積較?。ㄐ∮诘叵聣χ睆剑┑?，可用成槽機(jī)直接抓取；孤石體積較大的，調(diào)用銑槽幅引孔用的旋挖機(jī)或者沖擊錘樁機(jī)引孔破碎，然后成槽機(jī)直接抓取。如果進(jìn)度較慢，則對孤石引孔破碎后，直接采用銑槽機(jī)銑槽。

在銑槽過程中會(huì)發(fā)生夾層孤石移動(dòng)的現(xiàn)象，使銑槽機(jī)不能發(fā)揮功效。此時(shí)，調(diào)用沖錘等施工器械對孤石進(jìn)行引孔處理，輔助銑槽機(jī)破除孤石以便成槽順利進(jìn)行。但不同機(jī)械輪換施工浪費(fèi)了大量時(shí)間。

由于工程所處地層中孤石存在十分廣泛，為滿足工程總體施工需要，除了采取上述措施外，現(xiàn)場還通過優(yōu)化施工組織，增加多臺(tái)成槽機(jī)械，采用多開工作面，多處開花，各種機(jī)械流水作業(yè)，交叉交替施工，以提高施工效率。

4．2．4 地下墻入巖

本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下墻要求入巖深度為25～45 m，結(jié)合地質(zhì)情況，入巖擬采用1臺(tái)寶峨BC40型液壓銑槽機(jī)和1臺(tái)徐工XTC80／85銑槽機(jī)進(jìn)行該部分施工，可確保入巖深度。

雙輪銑切削成槽排渣操作（圖6）為：雙輪銑槽機(jī)采用藏在切割輪內(nèi)的切齒切削巖石，并使之與膨潤土懸浮液相混合，利用切齒可以將巖石渣土切割成70～80 mm或更小的碎塊，利用緊挨切割輪的泥漿泵將碎塊懸浮液一同抽吸出開挖槽段。

4．2．5 泥漿制備

在地連墻施工過程中，泥漿對成槽質(zhì)量發(fā)揮著關(guān)鍵作用：其一是支撐護(hù)壁；其二是懸浮泥砂，減小沉渣；其三是防止地下水向槽坑內(nèi)滲透。泥漿質(zhì)量存在問題對地連墻質(zhì)量的影響機(jī)理見圖7。

圖6 雙輪銑切削成槽排渣

圖7 泥漿質(zhì)量對地連墻質(zhì)量的影響

泥漿制備所采用的配合比為膨潤土∶純堿∶CMC∶自來水 ＝116∶4．5∶1∶950 kg（每 1 m3泥漿投料用量），將新鮮泥漿相對密度控制在1．05～1．10，黏度22～30 s，加強(qiáng)護(hù)壁性能，實(shí)際護(hù)壁應(yīng)用效果明顯提高。

5 結(jié) 語

通過在黏土混角礫地質(zhì)條件下連續(xù)墻成槽的施工技術(shù)應(yīng)用，主要結(jié)論和體會(huì)如下：

1）某廣場地鐵站地質(zhì)為 “上軟下硬” ，其中D／E基坑主要位于黏土混角礫層，除了要面對下部中風(fēng)化巖層強(qiáng)度高的問題外，還要處理區(qū)段內(nèi)黏土混角礫層中夾帶的孤石問題。對上部軟土地層，采用液壓抓斗抓取成槽，對巖層部分，采用旋挖鉆、沖擊錘、雙輪銑等設(shè)備配合施工。根據(jù)不同地質(zhì)，選擇相應(yīng)的設(shè)備組合解決了普通成槽機(jī)無法克服的黏土混角礫地層以及場內(nèi)存在孤石的問題，縮短了施工工期，大大提高了成槽效率與質(zhì)量。

2）對于D／E基坑內(nèi)土層夾帶的大塊孤石，采用旋挖鉆機(jī)對孤石進(jìn)行引孔施工，使其整體性變差，受力軟弱面大幅增加，再通過沖擊錘往返沖擊破碎，之后用銑槽機(jī)銑槽或液壓抓斗抓取成槽。這既解決了孤石沖擊的松動(dòng)問題，又提高了孤石沖擊破碎的效果。

3）槽段接頭在地連墻施工過程中也具有重要作用，合理地選用槽段接頭不僅可以保證地連墻的質(zhì)量，而且也可以優(yōu)化施工進(jìn)度安排，縮短工期。

4）泥漿對槽壁既有著支撐作用，防止槽壁倒塌，又有攜渣利于外排的作用，因此要定期檢測泥漿質(zhì)量，并盡可能減小含砂量，以確保其性能穩(wěn)定，避免沉渣厚度過大。