城市地鐵明挖基坑地下連續(xù)墻TRD施工技術(shù)

王雅晉

(中鐵十二局第二工程有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，對影響明挖基坑結(jié)構(gòu)安全有重要影響的水文地質(zhì)情況越來越受到各方的重視[1]。在基坑開挖過程中，各種基巖裂隙水、地表及地下補(bǔ)給水通過基巖裂隙進(jìn)入施工作業(yè)面，以滲漏水形式流出，給隧道施工和運(yùn)營安全帶來不利影響。隨著地下空間開發(fā)規(guī)模向大、深、緊、復(fù)雜多變發(fā)展，深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)要滿足“深、快、強(qiáng)”的標(biāo)準(zhǔn)，封堵或部分封堵地下水系與深基坑初支面的水系聯(lián)通，如何確保有效規(guī)避坑內(nèi)降水造成的地表沉降風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)基坑及其周邊環(huán)境的體系安全，特別是上軟下硬地質(zhì)工程下確保巖土交界面地質(zhì)有效實(shí)現(xiàn)改良和止水(隔水)，這給傳統(tǒng)的地下連續(xù)梁墻、攪噴樁+圍護(hù)樁的隔水施工帶來了難題。

本文以青島地鐵1號線廟頭站、勝利橋站的車站主體明挖基坑止水圍護(hù)結(jié)構(gòu)為例，對上軟下硬(富水)工況下的圍護(hù)止水施工方案進(jìn)行了研究。

1 工程概況

廟頭站為青島地鐵1號線第35座車站。車站主體采用明挖順做結(jié)構(gòu)施工法，鉆孔樁+鋼支撐+850 mm等厚的水泥土攪拌墻(TRD工法)作為基坑止水帷幕，深度25～27 m。基坑開挖地質(zhì)由上而下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、砂層、黏土、粗礫砂，區(qū)域地層屬于中等～強(qiáng)透水層，富水好，水量較大，地下水位為地下6～10 m，車站采用明挖法施工，選用水泥攪拌墻，設(shè)計(jì)墻厚為850 mm；勝利橋站為青島地鐵1號線的第24個(gè)車站，位于四流南路與鄭州路交口西側(cè)，緊鄰李村河，采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，止水帷幕采用TRD水泥攪拌墻施工，基坑開挖地質(zhì)由上而下地層基本上分別為素填土、粉質(zhì)黏土、砂層、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中～微風(fēng)化花崗巖，地下水位較高，緊鄰李村河。

2 施工方法的選擇

2.1 原設(shè)計(jì)方案的局限性

(1)傳統(tǒng)攪噴樁對人員技術(shù)水平操作要求嚴(yán)格，對復(fù)雜多變地質(zhì)適應(yīng)性差，成樁質(zhì)量不易控制，特別是深度越深，成樁質(zhì)量越差。

(2)樁間咬合質(zhì)量較差，特別是巖土分界面處，滲漏水處理效果差，無法真正實(shí)現(xiàn)基坑的全封閉防水效果，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。

(3)施工工效低，對環(huán)境污染大，現(xiàn)場文明施工管理難度高，無法實(shí)現(xiàn)綠色施工。

2.2 選用TRD的優(yōu)越性

(1)對地層較硬的(砂礫、泥巖等)均具有較強(qiáng)的切割能力，切削地層的過程中，可以自動(dòng)排除地下的障礙物，適用性較強(qiáng)，可真正實(shí)現(xiàn)軟硬圍巖交界面處巖體的改良，實(shí)現(xiàn)徹底止水。

(2)TRD機(jī)的重心設(shè)計(jì)較低，整機(jī)的地上高度不超過12 m，通過建造墻體時(shí)經(jīng)常性地將切削體插入地中，使設(shè)備具有良好的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)安全施工。

(3)成墻連續(xù)、表面平整、厚度一致、墻體均勻性好，直線性、垂直度極佳，止水性優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量施工。

(4)施工進(jìn)度快、效率高、成本低。

(5)噪聲、振動(dòng)小，對環(huán)境污染少，可實(shí)現(xiàn)綠色、低碳化施工。

3 TRD施工工法

3.1 工法簡介

TRD工法是為了在施工對象的原位置地層，建造具有抗?jié)B性能優(yōu)良的地下連續(xù)墻體而開發(fā)的工法(圖1)。與傳統(tǒng)的地下墻不同之處是，用地基中原位置經(jīng)過改良的地層建造地下連續(xù)墻體，這是本工法的最大特點(diǎn)。其主要原理是把插入地基中的鏈鋸式切割箱與主機(jī)連接，在地面上向地下插入鏈刀及切割箱體至設(shè)計(jì)成墻深度，鏈刀沿切割箱體豎直方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主機(jī)沿成墻方向橫向移動(dòng)，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)橫向切割地層形成槽段，切割及灌注水泥漿，向槽段內(nèi)注入固化液并使之與切割后的土體攪拌混合，在槽內(nèi)形成對流，進(jìn)行混合、攪拌、固結(jié)原來位置上的泥土，用地基中原位置經(jīng)過改良的地層建造地下連續(xù)墻體，構(gòu)筑一道地下水泥土墻體，從而形成等厚水泥土地下連續(xù)墻。

圖1 工藝演示圖

3.2 工藝流程

TRD工法工藝流程主要由自行打入切割箱挖掘、建造攪拌墻(水泥土)工序、拔除并分解切割箱三工序構(gòu)成，建造攪拌墻(水泥土)又由垂直向下挖掘、回撤向上挖掘、攪拌固化造墻3個(gè)循環(huán)構(gòu)成[3]。主要工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程

3.3 施工步驟

(1)實(shí)地勘察。確認(rèn)施工環(huán)境，確定機(jī)械器具及材料的運(yùn)輸路徑、作業(yè)地基、作業(yè)空間、埋設(shè)物及地上障礙物、周邊空間及臨處狀況等，并對土層構(gòu)成、土質(zhì)、地下水等水文地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查以確定針對性的施工方案。

(2)機(jī)械進(jìn)場。根據(jù)現(xiàn)場施工需要，配置挖掘機(jī)、空壓機(jī)、履帶起重機(jī)、泥漿泵等主要設(shè)備，并根據(jù)工程施工進(jìn)展及進(jìn)度要求，適當(dāng)增加、補(bǔ)充相應(yīng)所需設(shè)備。

(3)場地平整、機(jī)械拼裝及后臺(tái)布置。遷改施工影響范圍內(nèi)地下管線，按施工平整標(biāo)高清理現(xiàn)場遺留的垃圾、大塊建筑障礙物及廢料等,完成場地平整，并合理規(guī)劃場區(qū)的排水走向；場地平整壓實(shí)完畢后，及時(shí)完成施工地面的硬化和道路施工，并同步完成施工機(jī)械的拼裝和后臺(tái)布置。

(4)測量放線。施工前，先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谑┕がF(xiàn)場將TRD工法止水帷幕(試成墻)中心線角點(diǎn)坐標(biāo)定位，并做好護(hù)樁。

(5)開挖導(dǎo)向槽，吊放預(yù)埋箱。

①開挖導(dǎo)向槽。測量放線后，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)及設(shè)備自重，采用預(yù)鋪鋼板等方式對施工場地進(jìn)行加固，確保地基承載力滿足機(jī)械設(shè)備自重要求，保證設(shè)備自身穩(wěn)定，同時(shí)，沿成墻中心線平行方向采用挖掘機(jī)開挖導(dǎo)向槽，槽寬約1.0 m，槽深約1.0 m，如圖3所示。

圖3 開挖導(dǎo)向槽

②預(yù)埋箱吊運(yùn)及安放。首先開挖預(yù)埋穴，預(yù)埋穴深度4.9 m、長度2 m、寬度1 m，采用挖機(jī)開挖；將預(yù)埋箱利用吊車放入預(yù)埋穴內(nèi),如圖4所示。

圖4 預(yù)埋箱吊運(yùn)機(jī)安放

(6)就位樁機(jī)，定位線設(shè)置。專人指揮就位樁機(jī)，移動(dòng)前看清周邊情況，及時(shí)清除障礙物，完成后及時(shí)檢查確認(rèn)定位效果并及時(shí)調(diào)整，使樁機(jī)整體穩(wěn)定。

(7)切割箱的自行打入挖掘工序。施工時(shí)，當(dāng)首節(jié)切削箱達(dá)到切割深度后，TRD主機(jī)與其斷開連接，同時(shí)將下一段切割箱通過吊車吊放入預(yù)埋穴內(nèi)，并固定在支撐臺(tái)上；接著，移動(dòng)TRD主機(jī)至預(yù)埋穴位置連接并提起第二節(jié)切割箱；之后，移動(dòng)主機(jī)至預(yù)定施工位置并連接首節(jié)切割箱，完成后繼續(xù)向下切削，并同步在預(yù)埋穴內(nèi)放置下一節(jié)切割箱。反復(fù)循環(huán)此安裝工序，按設(shè)計(jì)尺寸，將切削箱體分段連接并垂直向下切削，直至箱體達(dá)到所定深度，如圖5所示。

圖5 切割箱組裝圖

(8)測斜儀的安裝。測斜儀的安裝應(yīng)在切割箱打入到設(shè)計(jì)深度后，測斜儀采用多段式，對墻體的垂直精度進(jìn)行管理，確保墻體精度控制在1/250以內(nèi)。

(9)成墻工序:

①起動(dòng)、原位置轉(zhuǎn)動(dòng)切削。當(dāng)日作業(yè)完成后，應(yīng)將切削箱體停放在設(shè)置的退避位置進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本日作業(yè)開始前，先行起動(dòng)切削箱體,在原位置轉(zhuǎn)動(dòng)切削后，方可開始作業(yè)。

原位轉(zhuǎn)動(dòng)切削完成后，即可回復(fù)正常順序作業(yè)。對于可能會(huì)出現(xiàn)非正常作業(yè)的大深度施工或沙礫地質(zhì)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行切削液配合比的調(diào)整，確保順利進(jìn)行原位置轉(zhuǎn)動(dòng)切削。

②返回橫行。切削箱體的開啟、原位置轉(zhuǎn)動(dòng)切削完成后，返回切削箱體到前日完成建造處，開始施工之初要盡可能地控制并降低消液的吐出量，降低對泥土產(chǎn)生量的影響。

③搭接段的切削。搭接段的切削，為削掉30 cm左右前日建造的水泥加固土墻體，其可有效提高墻體的連續(xù)性和整體性。

④建造(成墻)。一邊注入所定水平長度范圍內(nèi)的計(jì)劃量的固化液，一邊使高鏈條速旋轉(zhuǎn)，橫行進(jìn)行切削箱體施工范圍內(nèi)的混合和攪拌。

⑤芯材插入。切削箱體橫行到不影響芯材插入的位置后，設(shè)置、固定插入芯材的工裝卡具進(jìn)行芯材插入作業(yè)。此時(shí)使用經(jīng)緯儀測量確認(rèn)兩方向的垂直精度。

主機(jī)與切割箱連接前確保測斜儀安裝完畢，在切割箱底部注入挖掘液前，預(yù)先切割土層一段距離，然后后撤至原處，挖掘液混合泥漿與注入的固化液強(qiáng)制混合攪拌，建造出攪拌連續(xù)的等厚水泥土墻。挖掘液注漿壓力控制在1～1.5 MPa，固化液注漿壓力為2 MPa。

(10)處理置換土。設(shè)置統(tǒng)一的廢棄泥漿池，晾干后集中外運(yùn)處置。

(11)切割箱拔出。各階段施工結(jié)束后，切割箱分段利用吊車拔出，轉(zhuǎn)移設(shè)備至下一工作面繼續(xù)施工。

4 施工質(zhì)量控制措施

連續(xù)墻施工前應(yīng)進(jìn)行試成墻，分析明確各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù)、施工工藝和關(guān)鍵步驟。

TRD工法進(jìn)行切割箱自行打入期間，要精確控制箱體垂直度，挖掘液的注入量做到最小控制，保證混合泥漿始終處于高濃度、黏度形態(tài)；進(jìn)行TRD工法先行挖掘，當(dāng)遇到深度大且砂石地層為主體的工程時(shí)，切割箱的啟動(dòng)及切邊不順利，應(yīng)迅速對挖掘液的水灰比、流動(dòng)度進(jìn)行調(diào)整，以便切割箱能夠順利啟動(dòng)。

先行挖掘和回撤挖掘的被加固土體已經(jīng)被松動(dòng)，在成墻攪拌過程中，應(yīng)以較快的橫行速度推進(jìn)，并持續(xù)提供與速度相匹配的水泥漿液，避免發(fā)生切割箱體水泥漿附著層不斷增厚造成切割箱推進(jìn)阻力不斷增加的問題。

TRD工法成墻攪拌結(jié)束或轉(zhuǎn)角時(shí)，起拔切割箱時(shí)間應(yīng)控制在4h以內(nèi)，將切割箱分割成2～3段拔出，邊拔除邊分解。拔出切割箱過程中，向槽內(nèi)回灌漿量要能夠補(bǔ)充切割箱拔出的體積，以防止槽內(nèi)混合泥漿液面下降。

5 結(jié) 論

本工法可確保連續(xù)梁墻結(jié)構(gòu)的整體性，實(shí)現(xiàn)了墻體的高精度、質(zhì)量均質(zhì)和高度連續(xù)性，達(dá)到了抗?jié)B性能優(yōu)良。施工100 m所用時(shí)間控制在10 d左右，相對傳統(tǒng)的旋噴樁+鉆孔灌注樁施工少17 d左右。青島地鐵1號線廟頭站、勝利橋站、春陽路站及區(qū)間豎井采用TRD施工，均順利完成了水泥土攪拌墻的施工，既確保了施工質(zhì)量和安全，實(shí)現(xiàn)了綠色施工，也極大地提高了施工進(jìn)度，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并實(shí)現(xiàn)了具體的管理目標(biāo)。