徐州地鐵學(xué)院東路站復(fù)雜地質(zhì)條件下多機(jī)械組合地連墻施工技術(shù)

梁寒山

摘 要：徐州地鐵1號(hào)線(xiàn)一期工程學(xué)院東路站車(chē)站為地下兩層島式車(chē)站，穿三八河段為地下一層，處于徐州市云龍區(qū)和平大道與學(xué)院路交叉口西側(cè)綠地內(nèi)，沿和平大道與三八河之間綠化帶東西向布置。施工場(chǎng)地狹小，地質(zhì)條件復(fù)雜，局部巖層巖溶較發(fā)育，地下連續(xù)墻成槽困難，易塌孔，施工效率低。采取先通過(guò)巖溶勘察注漿處理后，再采用多種機(jī)械組合成槽施工，確保了地連墻施工質(zhì)量和進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件； 地下連續(xù)墻； 多種機(jī)械組合施工； 雙輪銑槽機(jī)

1.工程概況

徐州地鐵1號(hào)線(xiàn)一期工程學(xué)院東路站處于徐州市云龍區(qū)和平大道與學(xué)院路交叉口西側(cè)綠地內(nèi)，沿和平大道與三八河之間綠化帶東西向布置，為地下兩層（下穿三道中河處一層）島式車(chē)站，站臺(tái)寬度11m，車(chē)站有效站臺(tái)中心里程：DK17+728.800。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)外包尺寸為：長(zhǎng)262.2m，寬26.5m（站臺(tái)中心處）；車(chē)站頂板覆土約2.1m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約為15.7～16.4m，西端頭井基坑深度約為17.9m，東端頭井基坑深度約為18.4m。

根據(jù)工程地質(zhì)和水文情況，結(jié)合學(xué)院東路站周邊環(huán)境，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，地下連續(xù)墻墻底入巖3～5m，基坑分段及地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)下表：

該車(chē)站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土支撐、鋼支撐圍護(hù)體系，明挖順作法，共101幅墻，分A（17幅）、B（52幅）、C（18幅）、D（3幅）、E（11幅）型四種墻。地下連續(xù)墻接頭形式采用H型鋼剛性接頭，地下墻混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35（水下），主筋保護(hù)層厚度70mm；鋼筋采用HRB400。圖1為學(xué)院東路站平面布置圖。

2.工程地質(zhì)及水文情況

學(xué)院東路站主要地質(zhì)為老黏土與石灰?guī)r。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘探情況，0-3米為雜填土，3-6米為粉質(zhì)粘土，6-9米為可塑狀態(tài)老黏土，9-15米為硬塑狀態(tài)老黏土，15-24米為中風(fēng)化石灰?guī)r；地下水位埋深1.4--3.2m，主要為潛水和承壓水，受外界和三八河水補(bǔ)給。圖2為本車(chē)站地質(zhì)剖面圖。

3.特殊地質(zhì)

根據(jù)勘探數(shù)據(jù)顯示大部分巖層有溶洞、暗流間隙，尤其車(chē)站西北側(cè)溶洞夾泥表現(xiàn)較明顯，為確保后期成槽質(zhì)量及施工機(jī)械安全，采用注漿加固措施。由詳勘報(bào)告中得知，巖石最大飽和抗壓強(qiáng)度為51.83Mpa，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地巖溶勘查三道中河以東飽和抗壓強(qiáng)度平均值為82MPa，最大達(dá)到105Mpa，三道中河以西巖石抗壓強(qiáng)度最大為53Mpa。圖3為溶洞布置示意圖及檢測(cè)報(bào)告。

4.成槽的不利因素

4.1 雜填土

該層強(qiáng)度低，壓縮性高，結(jié)構(gòu)松散，物理力學(xué)性質(zhì)差，滲透性大，自穩(wěn)性差，對(duì)基坑開(kāi)挖、支護(hù)及止水影響較大。如果采用沖孔樁機(jī)施工，易發(fā)生偏孔現(xiàn)象；若采用成槽機(jī)成槽，則開(kāi)挖時(shí)可能會(huì)發(fā)生地面沉降、導(dǎo)墻變形，導(dǎo)墻下部塌槽，甚至可能卡斗、成槽偏位等嚴(yán)重質(zhì)量事故，且成孔工效極為緩慢，在工期較短的情況下，進(jìn)度無(wú)法得到保障。

4.2 中風(fēng)化石灰?guī)r層

該巖層局部飽和抗壓強(qiáng)度較高，平均值為82MPa，最大達(dá)到105Mpa。在該巖層中成槽施工，常規(guī)成槽機(jī)機(jī)械成槽速度緩慢，無(wú)法保證地下連續(xù)墻施工進(jìn)度要求；又因該巖層裂隙較發(fā)育，局部有溶洞，其中有粘性土、碎石等填充，在地下連續(xù)墻施工過(guò)程中會(huì)引起槽段內(nèi)泥漿液面急劇下降，極易造成槽段內(nèi)上部土層塌方，導(dǎo)致成槽失敗、和平大道右車(chē)道路面大面積開(kāi)裂、成槽機(jī)械傾斜、抓斗被埋等事故，極為不利于地連墻成槽。

5.巖溶勘察及其注漿處理情況

5.1 巖溶勘察情況

學(xué)院東路站地下連續(xù)墻巖溶勘察鉆孔187孔，其中181孔存在溶洞、裂隙現(xiàn)象，見(jiàn)孔率為98.4%，鉆孔過(guò)程中存在漏水、漏漿甚至掉鉆情況。圖4為巖溶勘察及相關(guān)記錄情況。

5.2 注漿情況統(tǒng)計(jì)及地連墻施工效果

巖溶勘察過(guò)程中181孔存在溶洞、裂隙，采用注水泥漿加固處理，個(gè)別特殊孔采用水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行處理。187孔總注漿量為1419m3，單孔最大注漿量為26.1m3，單孔注漿次數(shù)最大為5次。注漿后地下連續(xù)墻施工過(guò)程中未出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，注漿效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證了地下連續(xù)墻施工順利推進(jìn)。圖5為注漿過(guò)程。

6.成槽機(jī)械的分析

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)應(yīng)用于地下連續(xù)墻成槽的施工機(jī)械大多為沖擊鉆、液壓抓斗成槽機(jī)、雙輪銑槽機(jī)、旋挖機(jī)等，以下結(jié)合學(xué)院東路站常規(guī)成槽機(jī)械的單一施工情況對(duì)這些機(jī)械的施工性能進(jìn)行分析。

6.1 單一成槽機(jī)械的應(yīng)用及工效分析

（1）沖擊鉆樁機(jī)應(yīng)用情況

（2）旋挖機(jī)應(yīng)用情況

（3）液壓抓斗成槽機(jī)應(yīng)用情況

（4）雙輪銑槽機(jī)應(yīng)用情況

6.2 多種機(jī)械組合施工工藝及工效分析

由于前期沖擊鉆機(jī)成槽效率不理想，工期滯后。經(jīng)工期、成本綜合考慮，后采用上海金泰SG46液壓抓斗成槽機(jī)+沖擊鉆機(jī)和SG46液壓抓斗成槽機(jī)+XTC80雙輪銑槽機(jī)配合施工，多種機(jī)械組合施工的成槽方式，形成流水施工作業(yè)面，高峰期上沖擊鉆機(jī)達(dá)20臺(tái)，最終按期完成本站地下連續(xù)墻的施工。

6.2.1 多種機(jī)械組合施工成槽工藝

（1）組合成槽施工

a、液壓抓斗成槽機(jī)先抓土層，快到巖層時(shí)（預(yù)留1-2米粘土有利于沖擊鉆糾偏），更換兩臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)沖擊巖層成槽。以沖擊鉆機(jī)為主，成槽機(jī)為輔，同時(shí)用于不同槽段沖擊巖層，使之形成流水施工作業(yè)面。

b、液壓抓斗成槽機(jī)直接抓到巖層，立即更換XTC80雙輪銑槽機(jī)銑削巖層。

（2）成槽機(jī)開(kāi)挖軟土層

成槽機(jī)施工時(shí)，通過(guò)抓斗對(duì)強(qiáng)度相對(duì)較弱的土層抓土，每一單元槽分三抓成槽，采用跳挖的形式，按先兩側(cè)后中間的順序，直至槽段內(nèi)巖層上 1-2m 處停止抓槽。成槽示意圖如下：

（3）銑槽機(jī)銑削巖層

在上層軟土層用液壓抓斗成槽機(jī)抓至巖層后，再使用雙輪銑槽機(jī)銑削下部巖層。雙輪銑槽機(jī)參數(shù)如下表所示：

根據(jù)銑槽機(jī)參數(shù)，每一單元槽分三銑成槽，采用跳挖的形式，按先兩側(cè)后中間的順序，直至槽段整體達(dá)到設(shè)計(jì)深度。銑槽過(guò)程中示意圖如下：

銑槽機(jī)施工過(guò)程中，機(jī)身的垂直度應(yīng)與槽段軸線(xiàn)一致，并由兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)，其數(shù)據(jù)由駕駛室內(nèi)的電腦處理并顯示在液晶屏上，從而駕駛員可隨時(shí)監(jiān)控并通過(guò)改變銑槽機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)銑槽機(jī)垂直度的調(diào)整。

6.2.2 多種機(jī)械組合施工工效分析

采用多種機(jī)械組合施工使用的情況下，一幅墻的成槽速率為：使用成槽機(jī)施工，平均抓土量約 48m3，約須 1.62 個(gè)工時(shí)，工效 237.11m3/臺(tái)班；使用銑槽機(jī)施工，平均挖巖量約 20m3，約需 4個(gè)工時(shí)，工效=40 m3/臺(tái)班；使用沖孔樁機(jī)施工，平均沖巖量15m3，約需工時(shí)16個(gè)工時(shí)，工效7.5m3/臺(tái)班。則單幅墻成槽時(shí)間為46.12 個(gè)工時(shí)，工效為 31.2m3/臺(tái)班。通過(guò)多幅地下連續(xù)墻的流水施工作業(yè)，最快可實(shí)現(xiàn)單幅墻成槽僅需 28 個(gè)小時(shí)的高效率施工。

6.2.3 多種機(jī)械組合施工注意事項(xiàng)

多種機(jī)械組合成槽技術(shù)主要用于地質(zhì)條件復(fù)雜的地下連續(xù)墻施工，為真正做到各種機(jī)械優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、提高工效等方面的優(yōu)勢(shì)，還須注意以下幾點(diǎn)：

（1）現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)充分考慮各種機(jī)械施工效率，周密部署、組織協(xié)調(diào)、及時(shí)調(diào)度，以確保流水作業(yè)的可持續(xù)性，避免窩工、停滯造成人材機(jī)等費(fèi)用的損失；

（2）須提前全盤(pán)考慮到各種機(jī)械對(duì)作業(yè)面的要求，做好前期準(zhǔn)備工作，避免“一機(jī)一平整”，將時(shí)間浪費(fèi)在作業(yè)面的準(zhǔn)備上；

（3）須提前考慮到機(jī)械維修的問(wèn)題，做好前期準(zhǔn)備工作，尤其是雙輪銑槽機(jī)此類(lèi)國(guó)際先進(jìn)的機(jī)械，須提前考慮到其零部件的維修和更換，做到隨壞隨換。

7.地下連續(xù)墻施工技術(shù)控制要點(diǎn)

7.1 地下連續(xù)墻施工工藝

7.2 泥漿制備與管理

7.2.1 泥漿制備指標(biāo)

7.2.2 泥漿的循環(huán)和分離凈化

（1）泥漿循環(huán)：現(xiàn)場(chǎng)東西兩端各修筑一個(gè)泥漿池，兩個(gè)泥漿池利用泥漿管構(gòu)成循環(huán)回路，供給槽段泥漿由西段泥漿池出，槽段內(nèi)漿液回抽至東側(cè)泥漿池，經(jīng)沉淀池沉淀，符合要求的泥漿泵送至西段泥漿池循環(huán)池內(nèi)供使用，不符合要求的泥漿則排入廢漿池，統(tǒng)一外棄。

（2）分離凈化：泥漿分離采用泥砂分離器在槽段口處利用空壓機(jī)進(jìn)行反循環(huán)處理，避免了高濃度泥漿（含巖屑等）回路長(zhǎng)所造成的堵管事故。槽內(nèi)泥漿通過(guò)泥砂分離篩、旋流處渣器、雙層震動(dòng)篩等多級(jí)分離凈化，去除巖屑等雜質(zhì)。

（3）槽段泥漿置換：經(jīng)泥砂分離后，槽段內(nèi)漿液一般泥漿比重較大，需從西側(cè)循環(huán)池抽漿至槽內(nèi)，通過(guò)反循環(huán)將比重較大的泥漿抽排至東側(cè)沉淀池內(nèi)。

7.2.3泥漿質(zhì)量管理控制要點(diǎn)

（1）新拌制的泥漿應(yīng)存放24h以上，并不斷用泵攪拌，使粘土或膨潤(rùn)土充分水化后方可使用；

（2）施工過(guò)程中抽檢泥漿指標(biāo)，如果泥漿指標(biāo)不符合要求，需對(duì)泥漿進(jìn)行處理或直接排至廢漿池，進(jìn)行外棄；

（3）對(duì)嚴(yán)重污染及超比重的泥漿作廢漿處理，按徐州地方要求用全封閉運(yùn)漿車(chē)運(yùn)到指定地點(diǎn)排放，保證城市環(huán)境清潔。

下圖為對(duì)泥漿性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的情況：

7.3 成槽質(zhì)量控制

多種機(jī)械組合施工的成槽質(zhì)量，成槽完成后須通過(guò)超聲波的手段對(duì)槽段深度、槽壁垂直度和接頭垂直度等進(jìn)行檢測(cè)，符合要求后方可進(jìn)行后續(xù)工序施工。從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，凡是用沖擊鉆成槽的槽段出現(xiàn)大大小小不同程度的“大肚子”現(xiàn)象，給后期施工帶來(lái)影響；用雙輪銑槽機(jī)成槽的槽段，其垂直度都比較好，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，下圖為超聲波檢測(cè)情況：

7.4 先行幅接頭刷壁

H型鋼接頭槽壁采用特制附著式組合型刷壁器（鋼刷和毛刷）進(jìn)行刷洗，先用鋼刷把H型鋼接頭上的泥土刮刷干凈，然后再用鋼絲毛刷刮刷鋼刷未到的部位。為提高接頭處的抗?jié)B及抗剪性能，對(duì)地連墻接頭處反復(fù)刷動(dòng)至少20次，直到刷壁器上無(wú)泥為止，保證砼澆筑后密實(shí)不滲漏。下圖為附著式刷壁器刷壁情況：

7.5 清底換漿

成槽至設(shè)計(jì)標(biāo)高且經(jīng)驗(yàn)收合格后，采用底部抽吸、頂部補(bǔ)漿的方法（氣舉反循環(huán)）進(jìn)行置換和清底。確保地連墻墻底沉渣厚度不大于100mm，清孔后槽內(nèi)泥漿性能指標(biāo)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。下圖為清底換漿時(shí)情況：

7.6 鋼筋籠制作及其吊裝控制

7.6.1 鋼筋籠制作

施工流程：

搭建制作平臺(tái)→工字鋼焊接→鋪設(shè)下層水平筋→鋪設(shè)下層主筋→放置橫向和豎向桁架筋→鋪設(shè)上層水平筋→鋪設(shè)上層主筋→放置拉結(jié)筋→放置預(yù)埋件及定位墊塊

注意事項(xiàng)：

（1）必須按照設(shè)計(jì)要求配筋，保證鋼筋長(zhǎng)度和鋼筋型號(hào)的正確。

（2）鋼筋采用機(jī)械連接，套筒和加工絲扣應(yīng)符合規(guī)范要求，主筋與水平筋相交處，需點(diǎn)焊。

（3）鋼筋籠中應(yīng)預(yù)埋壓頂梁鋼筋接駁器，接駁器應(yīng)質(zhì)量可靠，絲扣涂油后加蓋密封。

7.6.2 鋼筋籠驗(yàn)收

鋼筋籠驗(yàn)收分6步驗(yàn)收：a、鋼筋成品；b、下排鋼筋；c、桁架鋼筋；d、上排鋼筋；e、預(yù)埋插筋；f、鋼筋籠整體。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求驗(yàn)收，上圖為鋼筋籠驗(yàn)收情況：

7.6.3 鋼筋籠吊裝

（1）吊裝前必須檢查鋼筋籠編號(hào)和尺寸是否與槽段對(duì)應(yīng)，檢查預(yù)埋管件是否安裝到位；

（2）槽段通過(guò)驗(yàn)收后，簽發(fā)吊裝令進(jìn)行起吊；

（3）吊裝過(guò)程必須有監(jiān)理和施工管理人員旁站；

（4）吊放鋼筋籠必須垂直對(duì)準(zhǔn)槽中心，吊放速度要慢，不得強(qiáng)行壓入槽內(nèi)，發(fā)現(xiàn)受阻，應(yīng)及時(shí)吊起，經(jīng)處理后重新吊放。

下圖為鋼筋籠吊裝過(guò)程情況：

7.7 混凝土澆筑質(zhì)量控制

7.7.1 澆筑前備

（1）鋼筋籠下放完成后，工字鋼外側(cè)下部填筑砂袋，保證填沙袋密實(shí)，上部安裝鎖口箱；

（2）安裝澆筑混凝土架及導(dǎo)管。

7.7.2 混凝土澆筑

（1）檢查泥漿指標(biāo)以及導(dǎo)管離槽底的距離是否符合規(guī)范要求；

（2）澆筑混凝土前先放置球塞于導(dǎo)管口，球塞封閉導(dǎo)管，避免混凝土與泥漿結(jié)合，隨混凝土從導(dǎo)管底部返出，并浮至槽頂；現(xiàn)場(chǎng)混凝土罐車(chē)必須達(dá)到6車(chē)以上方可開(kāi)始澆筑，首灌砼必須連續(xù)澆筑，保證混凝土導(dǎo)管埋深，且兩個(gè)導(dǎo)管必須同時(shí)澆筑混凝土，使得兩個(gè)導(dǎo)管混凝土面標(biāo)高差不超過(guò)50cm，以確?；炷翝仓|(zhì)量；

（3）混凝土塌落度控制在200±20mm，并及時(shí)留置混凝土試件；

（4）在混凝土灌注過(guò)程中，每澆筑一定量的混凝土要及時(shí)測(cè)量一次混凝土面標(biāo)高，計(jì)算導(dǎo)管埋深，澆筑混凝土過(guò)程中要確保導(dǎo)管埋深2-6m，嚴(yán)禁將導(dǎo)管底端提出混凝土面；填寫(xiě)好混凝土灌注記錄；

（5）控制最后一次混凝土的灌注量，保證混凝土澆筑至要求標(biāo)高以上。

7.8 施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

（1） 工字鋼翼板（10mm）和腹板（8mm）太薄，焊接分布筋過(guò)程中工字鋼發(fā)生變形。

原因分析：是焊接時(shí)H型鋼受熱集中產(chǎn)生變形，加上腹板較薄。應(yīng)對(duì)措施：采用跳焊，分層焊，避免H型鋼集中受熱產(chǎn)生變形。

（2） 導(dǎo)管通道處拉鉤筋無(wú)法安裝

應(yīng)對(duì)措施：與設(shè)計(jì)溝通，設(shè)計(jì)答復(fù)可以不安裝。

（3） 預(yù)埋件處鋼筋與導(dǎo)管通道重合

應(yīng)對(duì)措施：與設(shè)計(jì)溝通，鋼筋彎錨，打拐焊接。

（4） 焊接方式問(wèn)題

應(yīng)對(duì)措施：召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議討論，會(huì)議決定分布筋及行架筋等采用二保焊，其余吊點(diǎn)及受力部位采用電弧焊。

（5） 為加強(qiáng)上層分布筋與工字鋼焊接質(zhì)量，上層分布筋布置于工字鋼外側(cè)，腹板降低2cm。

（6） 壓頂梁預(yù)埋鋼筋與導(dǎo)管通道重合部分打拐預(yù)埋。

8.結(jié)束語(yǔ)

從學(xué)院東路站的地下連續(xù)墻施工情況可以看出，在復(fù)雜地質(zhì)條件下（巖溶裂隙較發(fā)育、分布不均勻、局部巖層較硬等）施工地下連續(xù)墻，做好施工前的地質(zhì)處理以及施工過(guò)程中成槽機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化組合是一種最佳選擇。多種機(jī)械組合地下連續(xù)墻施工技術(shù)降低了地質(zhì)條件對(duì)機(jī)械的施工影響，通過(guò)組織協(xié)調(diào)，合理安排施工計(jì)劃，規(guī)避了單一機(jī)械施工對(duì)地質(zhì)的適應(yīng)性要求，在地下連續(xù)墻成槽的整體施工中做到了優(yōu)劣互補(bǔ)，成槽工效得到了明顯提高，效果顯著。

對(duì)于巖溶裂隙較發(fā)育的地層，施工前須對(duì)其進(jìn)行詳勘摸清具體位置和大小，并及時(shí)作注漿處理（根據(jù)實(shí)際情況注漿漿液配比可以調(diào)整，增加或減少漿液品種）。實(shí)踐證明注漿效果良好，施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，保證了地下連續(xù)墻的順利推進(jìn)。

目前隨著現(xiàn)代化建設(shè)的腳步加快，城市地下地質(zhì)情況將進(jìn)一步復(fù)雜化，地下連續(xù)墻施工越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于深基坑開(kāi)挖支護(hù)工程中，傳統(tǒng)施工工藝施工難度越來(lái)越大。而采用多種機(jī)械組合成槽施工技術(shù)，則可以降低施工難度，充分發(fā)揮各種機(jī)械的施工優(yōu)勢(shì)，在過(guò)程中形成優(yōu)劣互補(bǔ)，提高施工工效，加快施工進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)

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