灰岩地区地下连续墙施工工效研究分析

灰岩地区地下连续墙施工工效研究分析

孙靖杰

（广州地铁建设管理有限公司，广东广州  510220）

摘  要：地下连续墙是地下结构中一项重要工程，其具备防渗性能好、墙体刚度大、安全性及稳定性好等优点，被广泛应用在基坑工程中。成槽施工为地下连续墙施工的关键工序，在灰岩区域地层条件下，往往由于岩面的起伏、溶洞发育、岩石强度大等因素导致成槽过程中易出现偏孔、设备损坏等问题。双轮铣槽机作为目前最常用的地下连续墙施工设备，开展双轮铣槽机在灰岩地区成槽工效的研究是必要的。本次在灰岩区地质特点以及连续墙成槽工艺特点的基础上，结合灰岩区地铁车站连续墙施工具体案例，研究分析灰岩区连续墙成槽施工过程中双轮铣槽机与多种冲孔设备搭配的施工工效。

关键词：地下连续墙；灰岩区域；成槽施工；工效

随着我国城市化进程的推进，公共交通需求量增加，推进地铁工程建设快速发展，地下连续墙由于其防渗性好、刚度大、安全性好等优点在地铁车站工程的应用中十分广泛[1-2]。地下连续墙工艺已日益成熟，但在岩性坚硬、岩面起伏大、溶洞发育的灰岩区域如何确保地下连续墙施工工效的研究案例仍然较少，因此本文结合该地质条件下的地铁车站施工对地下连续墙施工工艺以及工效进行了研究分析。

1工程概况

1.1车站概况

某地铁车站采用明挖顺做法施工，为三层地下车站，车站基坑开挖深度约21.5m，车站长度246.7m、标准段宽31.5m，围护结构采用地下连续墙形式，墙体厚800mm，成槽深度约24～42m，地下连续墙共102幅槽段，采用C35P8水下混凝土。

1.2岩土地质特征

根据勘察资料，场地地表覆盖第四系（Q）、中生界二叠系下统栖霞组（P1q）及石炭系中上统壶天群（C2+3ht），车站基坑开挖范围内主要地层具体为：人工填土<1>、冲洪积粉细砂<3-1>、中粗砂<3-2>、粉质黏土（<4n-1>、<4n-2>、<4n-3>）、淤泥质土层<4-2b>、以及残积粉质黏土（<5n-1>、<5n-2>、<5c-1a>、<5c-1b>、<5c-2>）、全风化层<6>、强风化层（<7-2-1>、<7-2-2>、<7-3-1>、<7-3-2>、<7c>）、中风化岩层(<8-2>、<8c-2>）以及微风化岩层(<9-2>、<9c-2>)。其中微风化灰岩天然状态单轴抗压强度为26.3～104.03MPa，平均值为60.8MPa，岩石硬度较大。

1.3不良地质

场地内岩溶发育强烈，见洞率为58.9%，揭露溶洞厚度0.1～42.6m，溶洞平均厚度约3.48m。溶洞的充填表现形式分为全充填、半充填和无充填，其中全充填占总数的22.45%、半充填占总数的15.1%、无充填占总数的62.45%。揭露的充填物质多为流塑～可塑状残积黏性土，易被水流冲蚀，局部洞体充填物夹中细砂和灰岩块。因岩溶强烈发育且分布无规律，局部揭露大规模溶洞，可能诱发地面沉降和塌陷、基坑崩塌等灾害。

2地下连续墙施工工艺

2.1地下连续墙成槽工作原理

双轮铣槽机以其施工效率高、安全性好、地层适用性广等优点成为地下连续墙施工的常用机械，双轮铣主要由钢制刀架、液压马达、铣轮、泥浆泵及筛分系统等部分组成。双轮铣进行成槽的工作原理是在液压系统下驱动底部铣轮转动，铣轮可配置不同的铣齿针对不同的地层，铣槽时铣齿将地层围岩进铣削破碎，铣碎后的土体由泥浆泵抽至地面筛分系统，将泥浆和碎渣分离，如此反复循环[3-6]。双轮铣槽机在铣头部分设置了传感器实时传输工作参数，能够做到信息化施工。

2.2地下连续墙成槽施工流程

根据车站灰岩区的地质特点，成槽原则上“冲铣结合”的方法。“冲铣结合”法成槽的施工方法为：首先采用冲桩机、旋挖钻机或者潜孔锤引孔，后采用双轮铣槽机进行成槽施工。具体施工流程如图1示意图，根据成槽施工的特点，地下连续墙施工关键工序主要为：槽段孔位设置、泥浆制作、成槽精度控制、接头处理等工序。

图1 地下连续墙施工流程图

2.2.1槽段孔位设置

本次地下连续墙为6m槽段，选取一刀成槽2.8m，主要采用三刀成槽工艺。采取在铣槽机槽段一和槽段二的两侧各引2个孔，孔径为800mm，引孔深度和墙深一致，剩余部分采用双轮铣槽机进行开挖成槽的施工方式，连续墙采取跳槽施工。

图2 槽段孔位设置示意图

2.2.2泥浆制作

地下连续墙成槽过程中槽壁的稳定性取决于泥浆性能的优劣，泥浆具备维护槽壁稳定、悬浮土渣、冷却钻头等多项功能，泥浆的配制与使用是成槽施工中的一个关键环节。拌制泥浆前，应根据地质条件、成槽方法进行泥浆配合比的初定，合格后方可使用。根据工程的地质条件，泥浆采用膨润土、自来水、分散剂纯碱（Na2CO3）、增粘剂CMC材料搅拌而成，泥浆在使用前应进行室内性能试验，本工程泥浆管理性能指标见表1。施工期间，槽内泥浆液面须高于地下水位1.0m以上，并且保持距导墙顶面0.5m左右。泥浆处理系统采用双轮铣槽机设备自配的后台处理系统，它可以用来将泥土和碎石等杂质从泥浆中分离出来，重新生成的泥浆液泵回开挖槽中，从而形成一个闭回路。

表1泥浆管理性能指标

2.2.3成槽精度控制

根据双轮铣槽机铣头安装的传感器，随时可将成槽偏斜的情况通过探头传输反映至驾驶室里的电脑屏幕上，操作手可根据电脑上四个方向动态偏斜情况，控制液压千斤顶系统伸出或缩回导向板、纠偏板,调整铣头的姿态，并调节铣头下降速度，进行动态的纠偏，通过成槽中不断进行准确的动态纠偏，确保连续墙的垂直精度要求。同时成槽过程中应保持匀速进尺，防止槽壁失稳，做好成槽深度的监测，防止超挖或者少挖，开挖至设计深度时，套铣几遍以修整槽壁侧面平整度。

图3 双轮铣液晶屏及纠偏板图示

2.2.4接头处理

为确保地下连续墙具备好的整体性、防渗性，本工程车站地下连续墙采用工字钢接头，如图4所示。地下连续墙防渗最薄弱的部位是接头处，一个单元槽段开挖结束之后，用特制的刷壁器清刷一期槽段接头面，反复刷数次，直至刷壁器上不粘泥为止，确保接头面接合紧密。刷完壁后用泥浆泵循环清孔，为控制槽底沉碴厚度满足设计要求。

图4 地下连续墙接头部位示意图

3地下连续墙施工工效分析

根据本车站灰岩区域岩石硬度大、岩面起伏大的地质特点，长时间作业会对双轮铣铣轮损耗大，且维修时间长、成本高，需采用引孔设备先引孔后双轮铣成槽的施工工序，结合不同机械设备的施工特性，选用了冲桩机、旋挖钻机、潜孔锤三种常用设备进行引孔。其中冲桩机靠冲击钻机在冲锤作用下冲孔成槽，占地面积小、施工灵活；旋挖钻机对地层适应性强，易于控制、质量较高；潜孔锤是以压缩空气作为动力，利用钻头的往复冲击作用破碎岩石，冲击频率高。此次选择了“冲孔机+旋挖钻机+双轮铣槽机”和“潜孔锤+旋挖钻机+双轮铣槽机”两种组合成槽施工方式，对比不同机械设备组合的地下连续墙成槽施工工效。

3.1“冲孔机+旋挖钻机+双轮铣槽机”组合成槽施工工效

该组合方式采用冲桩机结合旋挖钻机引孔，在土层、粘性土等软弱地层中旋挖钻机配合冲桩机引孔效率较高，但在高强度灰岩地层中容易出现偏孔问题，车站范围的灰岩区岩面起伏大以及溶洞发育导致偏孔率较大。冲桩机、旋挖钻机引孔结合双轮铣槽机的成槽工艺在进入微风化灰岩岩面以下部分时有效工效在0.4m/h以下，冲桩机锤头在进入岩面以下后受硬岩影响磨损严重，需不断进行修焊，另外偏孔较大、修正孔位时间较长，对工效有很大的影响。

图5 “冲孔机+旋挖钻机+双轮铣槽机”成槽工效统计

3.2“潜孔锤+旋挖钻机+双轮铣槽机”组合成槽施工工效

该组合方式采用潜孔锤结合旋挖钻机引孔，潜孔锤是以压缩空气为功力的一种风动冲击工具，它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出体外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。此方式主要采取潜孔锤进行引孔，遇到偏孔和岩面起伏情况采用旋挖钻磨平岩面重新引孔的方法，施工时成槽在进入微风化灰岩岩面以下时有效工效可达1.0～1.2m/h，潜孔锤钻头冲击破岩效率高，用潜孔锤引孔后再用双轮铣成槽，维修时间显著减少，且效率稳定偏孔现象也减少发生。相比于“冲孔机+旋挖钻机+双轮铣槽机”成槽施工组合，成槽工效约提升了一倍以上，双轮铣的维修时间减少约1/3，且施工质量也相对提升。

图6 “潜孔锤+旋挖钻机+双轮铣槽机”成槽工效统计

4结语

通过对该车站地下连续墙成槽施工的分析，对地下连续墙施工工艺的管控要点进行了概述，针对灰岩区地层具有岩石强度大、岩面的起伏、溶洞发育等地质特点，结合机械设备的特点，在该地层下采用了“冲孔机+旋挖钻机+双轮铣槽机”、“潜孔锤+旋挖钻机+双轮铣槽机”两种成槽工况，经研究分析发现采用潜孔锤、旋挖钻机引孔配合双轮铣成槽的方式，在进入微风化灰岩岩面以下时有效工效可达1.0～1.2m/h，较另外一种工况高出一倍以上，双轮铣维修次数也减少约1/3，潜孔锤钻头更坚固耐用，减少了冲桩机因锤头补焊所增加的工时，施工效率明显提高。同时针对于在灰岩地层岩面起伏、溶洞发育出现易偏孔的特点，潜孔锤钻进方法是以高频振动对孔底冲击，减少了对岩石或倾斜地层产生偏孔的发生，从而可提高引孔的垂直度，减少了偏孔纠正增加的工时。

参考文献

[1]康林,罗嵩,刘强等.上软下硬复杂地层地下连续墙成槽高效施工技术研究[J].工程机械与维修,2023(01):244-247.

[2]丁宏伟.浅谈灰岩地层地下连续墙成槽工艺比选及优化[J].中国住宅设施,2018(03):87-90.

[3]周智,许丹.双轮铣成槽机破岩基本原理及在极硬岩中施工工效分析[J].施工技术,2019,48(S1):1507-1509.

[4]刘加峰.双轮铣槽机在坚硬花岗岩地质条件下的地下连续墙施工应用[J].建筑施工,2016,38(02):193-195.

[5]冯晓峰.液压双轮铣槽机在地下连续墙施工中的应用[J].公路交通技术,2012(05):49-53.

[6]高一飞.市域铁路机场站超深地下连续墙施工技术及工效分析[J].上海建设科技,2021(03):68-70.