復(fù)雜地質(zhì)條件減少地連墻停機(jī)時間施工技術(shù)

劉允剛

中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

1. 引言

地下連續(xù)墻(簡稱地連墻)在豎井等深大基坑施工中具有地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、施工效率高、止水效果好等特點(diǎn)，但針對粉砂、漂石、中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖交接、過渡面多等不利條件也存在施工困難的問題，如何通過優(yōu)化清槽工藝、施工參數(shù)，對施工機(jī)具進(jìn)行適應(yīng)性改造等技術(shù)改進(jìn)就顯得尤為重要，以保證施工進(jìn)度、質(zhì)量。

地連墻技術(shù)最早應(yīng)用于水利工程大瑣防滲墻[1]，20 世紀(jì)70 年代逐漸應(yīng)用到建筑工程中，在國內(nèi)外地下工程中廣泛應(yīng)用，在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工過程中往往面臨塌孔、卡錘、接頭滲漏水、水下混凝土澆筑堵管等問題造成頻繁停工導(dǎo)致施工停機(jī)和工效降低，結(jié)合不同工程案例可發(fā)現(xiàn)，一般項目通過優(yōu)化泥漿參數(shù)、合理配置施工設(shè)備、保證清槽質(zhì)量等手段加以解決，但是對于粉砂、漂石、中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖交接、過渡面頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致的施工停機(jī)往往效果欠佳。

2. 工藝流程

地連墻主要有預(yù)制鋼筋混凝土和現(xiàn)澆鋼筋混凝土兩類，后者在施工實(shí)踐中應(yīng)用較多。地連墻有如下優(yōu)點(diǎn)：施工時振動小、噪聲低、墻體剛度大，對周邊地層擾動小，施工采用專用挖槽設(shè)備，沿著溝槽周邊，按照事先劃分好的槽段，開挖狹長的溝槽。目前使用的成槽機(jī)械，按其工作原理可分為抓斗式、沖擊式和回轉(zhuǎn)式等類型，一字型槽段長度宜取4～6 m。當(dāng)槽壁穩(wěn)定性較差時，應(yīng)取較小的槽段長度；地連墻的轉(zhuǎn)角處有特殊要求是，單元槽段的平面形狀可采用L 形、T 形。

每個幅段的溝槽開挖結(jié)束后，在槽段內(nèi)放置鋼筋籠，并澆筑水下混凝土。將各個幅段通過鎖口管接頭等構(gòu)造成一個整體，形成一個連續(xù)的地下墻體，即現(xiàn)澆鋼筋混凝土壁式連續(xù)墻[2]，具體施工工藝流程見圖1。

Figure 1. Block diagram for construction of diaphragm wall 圖1. 地連墻施工工藝流程

2.1. 關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)

為確保地連墻施工質(zhì)量，關(guān)鍵要控制好5 個施工流程，即：修筑導(dǎo)墻、泥漿性能指標(biāo)控制、清除槽底淤泥和殘渣、鋼筋籠質(zhì)量控制、灌注水下混凝土。

導(dǎo)墻是控制挖槽精度的主要構(gòu)筑物，起著擋土、基準(zhǔn)控制、承重、存蓄泥漿等作用；泥漿對穩(wěn)定槽壁質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，主要控制好黏度、pH 值、含砂率、相對密度等指標(biāo)；清除槽底淤泥和殘渣為后續(xù)吊放鋼筋籠、水下混凝土澆筑提供良好的施工環(huán)境；鋼筋籠和水下混凝土澆筑作為地連墻的施工主體，對其施工質(zhì)量的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性起到關(guān)鍵作用，上述環(huán)節(jié)在施工過程中要做好重點(diǎn)控制。

2.2. 適用條件

地連墻技術(shù)能夠在不同的地質(zhì)條件中廣泛使用，尤其是在各種沙土巖層、軟硬交接過渡地層該技術(shù)能夠?qū)⑵鋬?yōu)越性充分體現(xiàn)，地連墻不但可以作為止水帷幕使用且能夠為地下構(gòu)筑物起到一定的支護(hù)作用，通過合理選擇施工工藝、優(yōu)化施工參數(shù)和機(jī)具配合，從而施工技術(shù)中的實(shí)踐和施工質(zhì)量得到科學(xué)保障。

3. 工程概況及存在的問題

3.1. 工程概況

本工程始發(fā)豎井采用圓形設(shè)計，井深47 m、內(nèi)徑13.5 m、外徑16.7 m，采用地連墻作為止水帷幕、逆作法施工豎井內(nèi)襯，從上向下依次穿越粉砂、漂石、強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化炭質(zhì)頁巖等復(fù)雜地層。

本項目地連墻作為止水帷幕，工程量大，施工順利與否直接關(guān)系到豎井工程和盾構(gòu)隧道工程，為便于施工將地連墻分為10 個槽段，1、3、5、7、9#槽段一期(紅色)施工；2、4、6、8、10#槽段二期(紅色)施工，槽段劃分和平面布置如圖2 所示：

Figure 2. Panel trench division and plane layout of diaphragm wall 圖2. 地連墻槽段劃分及平面布置

3.2. 現(xiàn)場存在的問題

地連墻施工第2 天開始進(jìn)入卵石層且夾雜砂巖、風(fēng)化炭質(zhì)頁巖等地層，第3～12 天期間共停機(jī)155 h，平均每天停機(jī)時間達(dá)15.5 h/d，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、制約整個盾構(gòu)施工工期。項目部組織成立技術(shù)攻關(guān)小組，對現(xiàn)場停機(jī)時間進(jìn)行統(tǒng)計分析，停機(jī)種類統(tǒng)計如表1、停機(jī)時間帕累托圖如圖3 所示：

Table 1. Statistical table of shutdown type of diaphragm wall construction 表1. 地連墻施工停機(jī)種類統(tǒng)計表

Figure 3. Downtime Pareto of diaphragm wall construction 圖3. 地連墻停機(jī)時間帕累托圖

從圖3 可以看出：塌孔導(dǎo)致的地連墻占到停機(jī)時間總比例的73.3%，是問題解決的關(guān)鍵。

4. 停機(jī)時間長原因分析

技術(shù)攻關(guān)小組通過采取調(diào)查分析、現(xiàn)場測試、標(biāo)準(zhǔn)對比等方法，確定出由于塌孔引起的地連墻施工停機(jī)時間長主要影響因素(見表2)。分析表明，主要影響因素是：槽段沉渣厚度大、開挖順序不合理、豎井頂部地基承載力差。

Table 2. The confirmation of major factor for long construction downtime 表2. 施工停機(jī)時間長要因確認(rèn)表

5. 施工優(yōu)化方案

5.1. 優(yōu)化槽底清槽方案

1) 沖樁機(jī)開挖的同時，合理安排成槽機(jī)進(jìn)行底部出渣，便于粒徑較大的渣土及時清理。

2) 采用氣舉反循環(huán)法[3]，利用高壓空氣通過泥漿管道清理槽底粒徑較小的渣土，空壓機(jī)出口壓力控制在0.6 MPa 以內(nèi)，及時處理和置換滿足要求的泥漿，防止沉渣過厚導(dǎo)致塌孔。

3) 目標(biāo)及效果

目標(biāo)值：將槽段底部沉渣厚度控制在100 mm 以內(nèi)。

效果：經(jīng)過連續(xù)10 天監(jiān)測，槽段內(nèi)沉渣厚度一直控制在70 mm 以下(見圖4)，滿足《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50299-1999) 100 mm 的要求，避免了沉渣過厚導(dǎo)致反復(fù)施工過多而擾動地層出現(xiàn)塌孔。

Figure 4. Monitoring map of trough section dregs 圖4. 槽段內(nèi)沉渣厚度監(jiān)測圖

5.2. 調(diào)整槽段施工順序

1) 按照一期槽段→二期槽段的順序施工，槽段第一抓和第二抓間都先用沖樁機(jī)完成導(dǎo)向孔，沖樁機(jī)作為主要開挖和導(dǎo)向施工設(shè)備，為后續(xù)成槽機(jī)的開挖提供施工空間，即：“兩沖 + 一抓”順序開挖。

2) 目標(biāo)及效果

調(diào)整地連墻開挖施工順序后，由于卵石層先用沖樁機(jī)進(jìn)行了導(dǎo)向孔施工，成槽機(jī)斗齒能夠順利抓取土體，現(xiàn)場實(shí)測成槽機(jī)抓土量達(dá)到3 m3/抓的目標(biāo)。

5.3. 槽段頂部地質(zhì)改良

1) 開挖設(shè)備運(yùn)行區(qū)域地面0.6 m，并采用粘土和碎石回填夯實(shí)，在其上部鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，澆筑C20混凝土，以加固槽段頂部地面，提高承載力，確保沖樁機(jī)和成槽機(jī)施工不出現(xiàn)塌方。

2) 目標(biāo)及效果

槽段頂部開挖回填、鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)、澆筑混凝土后，地面承載能力提升，經(jīng)回彈儀取40 點(diǎn)檢測，槽段頂部混凝土強(qiáng)度達(dá)1800 kPa，大于225.4 kPa，滿足設(shè)備施工及滿負(fù)荷工作要求，未出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。

按照優(yōu)化施工方案并對效果進(jìn)行跟蹤檢查，地連墻施工停機(jī)時間縮短，每10 天停機(jī)時間由原來的155 h 降低至6.8 h 且地連墻工期縮短14 天，為后續(xù)豎井內(nèi)襯和盾構(gòu)施工提供了有利條件。

6. 結(jié)論

通過調(diào)整施工方案、優(yōu)化施工工藝的技術(shù)攻關(guān)，對于地連墻在軟硬交接、富含水易坍塌等復(fù)雜地質(zhì)條件下積累了寶貴經(jīng)驗，得以減少停機(jī)時間、縮短工期，對同類項目施工具有很強(qiáng)的借鑒意義。