复杂地质条件下超深地下连续墙成槽工艺研究

雷登宪王劲超许奎

摘要：通过对现有的地下连续墙成槽技术的对比分析，总结了各种成槽技术的特点和适用条件。针对复杂地质条件和典型上软下硬复合地层中的超深地下连续墙成槽施工，本文对其成槽设备、成槽工艺进行了分析和研究，提出了“液压抓斗成槽机+旋挖钻机”的施工机械组合及相应的现场施工工艺，制定了保证工程质量的应对措施。福州地铁5号线金环路站超深地下连续墙成槽过程实践检测结果表明，本文提出的机械组合和成槽工艺具有成槽效率高、成槽质量好和工程造价低的特点，可供东南沿海地区复杂地质条件下超深地下连续墙的成槽设备选型及成槽施工参考。

关键词：地下连续墙；复杂地质条件；成槽技术

1引言

地下连续墙作为一种围护、防渗和承重结构，在深基坑工程中发挥着重要的作用。随着我国城市地下空间开发利用的普及，深基坑工程规模越来越大，开挖深度越来越深，遇到的地质条件越来越复杂，超深地下连续墙的使用也越来越普遍。在复杂地质条件下，超深地下连续墙施工难度大、效率低、质量差等问题十分突出。其中，成槽技术作为地下连续墙施工的关键，直接决定了施工机械的效能、成槽效率、施工质量和工程造价。因此，本文在对现有成槽技术进行全面总结分析的基础上，针对福州地铁5号线金环路站复杂的地质条件，提出了合理高效的超深地下连续墙成槽施工工法，并成功应用于金环路站地下连续墙工程施工。该施工工法可供东南沿海地区类似复杂地质条件下超深地下连续墙成槽施工参考。

2现有成槽技术

地下连续墙成槽是地下连续墙施工中至关重要的工序，根据不同的工程地质、水文地质和周围环境，目前有多种地下连续墙的成槽技术，包括机械抓斗直接成槽、液压抓斗直接成槽、冲击钻成孔成槽、旋挖钻配合抓斗成槽、重锤凿岩、双轮液压铣槽法、爆破辅助开挖成槽、辅助成槽等。本研究项目提出“液压抓斗成槽机+旋挖钻机”的施工机械组合，其特点和适用条件可参见液压抓斗直接成槽及旋挖钻配合抓斗成槽技术。

（1）液压抓斗直接成槽

液压抓斗工作可靠，操作简便，生产效率高，应用范围广泛。广东某地连墙[2]在土层地质中成槽采用液压抓斗直接成槽，功效高，施工质量好，后期处理较少、使得工程施工更具科学性以及经济性。但该技术较适用于地层标准贯入度值较小的土层及砾石地层，其施工效率受地层密实度的影响较大。

（2）旋挖钻配合抓斗成槽

其中常采用“两钻一抓”法[1,3,4]，选用旋挖钻机在每个槽段的两端和中间引孔至设计深度，随后采用液压抓斗抓土成槽。该方法大大提高了施工效率，有效克服了液压抓斗在岩层成槽效率低和垂直度难以控制的问题。

3成槽工艺研究

3.1工程概况

福州地铁5号线一期工程的金环路站位于金洲南路和凤冈路路口处，车站跨路口呈自西北向东南布置，为地下两层单柱两跨矩形框剪结构，采用岛式站台。车站外包总长206.5m，标准段宽19.7m，车站基坑深约17.46m。车站主体采用明挖顺筑法施工，基坑采用地下连续墙+内支撑支护体系，地下连续墙共计80幅，厚墙800/1000mm，最大深度达69米（宽7.5m，厚1m），50m以上墙幅占总墙幅的46.5%。

车站基坑范围内地质条件复杂，呈典型的上软下硬符合地质条件，从上至下依次为第四系人工填土层（包括杂填土和填石）、海积相淤泥、淤泥质土、淤泥夹砂、（含泥）中砂、粉质黏土层、燕山期花岗岩风化岩和基岩。

依据车站基本情况及工程范围内的地质条件，其超深地下连续墙施工难度大，风险高，主要包括：

（1）由于该工程地下连续墙深度大，且地质条件复杂，因此地下连续墙成槽施工难度大、风险高。

（2）工程所在场地地层呈典型的上软下硬特征，地下连续墙下部入岩（强~中风化花岗岩）深度大，对成槽技术和设备选型要求高，需要结合地质条件、施工进度和工程造价综合考虑。

（3）地层不良地层复杂（包括淤泥质土、含泥中粗砂、粉质粘土、液化砂层），且地下存在卵石层（厚度达到8-10m、粒径一般为3~20cm，最大粒径大于30cm，卵石含量为55%~85%），受扰动后地层易坍塌。因此，护壁泥浆的性能指标必须根据每一地层的情况进行调整。

3.2成槽技术及设备选型

图1导墙断面示意图

Fig.1Guidewallsectionschematic

依据金环路站的地质条件，工程项目范围内的地层分布情况为典型的上软下硬地层。因此，本文提出采用液压抓斗成槽机配合旋挖钻机的施工机械组合，在墙底不入岩的情况下，采用1台SG46成槽机抓槽施工即可；当墙底进入岩层时，先采用1台SG70成槽机进行土层抓槽施工，当施工进入岩层时，根据抓斗成槽速度，采用1台徐工XR360旋挖钻机配合施工。这些设备都为既有设备，无需添加，同时采取这种施工机械组合，可保证成槽效率、成槽质量，降低工程造价。

3.3成槽施工工艺

（1）导墙施工

本站导墙断面采用“”型，为C25钢筋混凝土结构，壁厚200mm，顶部厚200mm，导墙净距为地下连续墙厚+50mm。导墙断面如图1所示。

导墙分段施工，分段长度控制为20～30m。为了保证内衬墙结构施工的内净尺寸，将导墙沿轴线外放150mm，且在平面上导墙施工接头与地下连续墙接头应错开。

（2）泥浆工艺

新拌泥浆须贮存24小时后方可使用。对每批制备新浆及槽段中被置换后的泥浆进行测试，指标应符合规范要求。本项目采用的泥浆主要材料有膨润土、增粘剂（CMC）、纯碱、水，其性能指标如表1所示。

表1新拌制泥浆性能指标

（3）挖槽施工

槽段划分时采用设计图纸的划分方式，标准槽段每幅6m，但在各转角处考虑成槽机的开口宽度及施工方便，划分一部分非标准槽段。地下连续墙施工时采用跳槽法开挖，先施工先行槽段，然后施工后续槽段。

本工程中挖槽方法如下：

1）抓斗安装后，应检查抓斗本体悬吊后的垂直度，禁止使用不垂直的导板抓斗挖槽施工。

2）成槽机就位：成槽机停靠在特殊槽段导墙外侧，使抓斗自然平行贴靠在基坑开挖面一侧的边线，若有旋转或和导墙间出现偏角，应调整抓斗偏角，使导板能平行贴靠导墙面自然入槽，不能用人力推入槽内挖土。

3）挖槽时，各个槽段的宽度尺寸，决定挖槽的抓数和次序。当槽段三抓成槽时，采用先两侧后中间的方法。抓斗入槽、出槽应慢速、稳定，并根据成槽机的仪表及实测的垂直度情况及时纠偏。

4）成槽后，应检查槽位、槽深等，合格后进行抓斗清槽。

5）因特殊地下连续墙在成槽过程中，土体两面处于腾空状态，易坍塌，槽段不宜太长，力争快速施工完成，重型设备不宜靠近作业。

针对地下墙的特殊形状槽段“L”、“Z”型槽段，在施工中需采取相应措施保证其施工质量要求。主要包括如下两种：①导墙施工时，对于“L”、“Z”型槽段，拐角处向外放出30cm，满足抓土要求和保证转角处地下连续墙断面的完整。②根据以往施工经验，特殊型槽段比“一”字型槽段在成槽过程中易发生槽壁塌方，所以在该型槽段长度划分上尺寸不宜过大，满足抓斗取土尺寸即可。施工中要加快成槽进度，尽量缩短成槽时间和减少重型机械在该处的来回移动，以保护槽壁稳定防止塌方。

根据工程地质情况，施工前预测成槽过程的施工难点是槽壁反复塌孔，主要原因为：①地基土质不良；②抓斗频繁上下抓土，扰动大；③墙体长、入岩较深，导致成槽时间增加；④工程地处城市闹区，施工干扰大。

针对以上问题制定了如下现场应对措施：①在泥浆配比设计过程中，不断试验调整泥浆比重以达最优；②保证泥浆循环及液面高度；③施工道路（成槽机站位处）铺垫钢板分散侧压力；④合理施工组织规划和配置施工机具，减少成槽时间；⑤做好周围居民、小区及有关单位的协调工作，避免因扰民导致成槽过程中停工；⑥对于特殊槽段易塌的阳角部位，槽段四周采用预先注浆加固处理。通过严格采取以上措施，在现场成槽施工过程中未发生明显塌孔现象，施工质量满足要求。

（4）刷壁及清底

为了提高接头处的抗剪和抗渗性能，需要在地下连续墙接头处对先行幅墙体接头进行刷壁清洗，上下刷壁的次数不少于10次，确保接头处的新老混凝土接合紧密。

清底换浆时，应注意保持槽内始终充满泥浆，控制好吸浆量和补浆量的平衡，不能让泥浆溢出槽外或让浆面低至到导墙顶面以下0.5m，以维持槽壁的稳定。浇注混凝土前，对清槽质量进行检查，使得槽底泥浆比重不大于1.15，沉渣厚度不大于100mm。

4结论

依托福州地铁5号线金环路站超深地下连续墙工程，针对复杂地质条件和典型上软下硬地层，提出了“液压抓斗成槽机+旋挖钻机”的施工机械组合，并从导墙、泥浆工艺、挖槽和刷壁清底等方面开展了现场施工工艺研究，分析了施工过程中可能存在的问题，提出了相应的应对措施。福州地铁5号线金环路站超深地下连续墙的施工情况表明，本文提出的成槽机械组合和施工工艺具有成槽机械易获得、成槽效率高、成槽质量好和工程造价低等特点，成槽后的超声波检验结果表明：槽壁垂直度均小于1/500，满足设计要求及相关标准规定。

本文提出的成槽机械组合和施工工艺可作为东南沿海类似地层中超深地下连续墙施工参考依据。

参考文献

[1]蒋振中.三峡工程二期围堰混凝土防渗墙的施工[J].水力发电,1999,(11):6-8.

[2]梁健.液压抓斗在土层地质直接成槽的应用研究[J].建筑工程技术与设计,2014,(30):726-726.

[3]解云峰,郭法文,仇寿平.冲击钻配合抓斗的砼防渗墙施工[J].山东煤炭科技,2005,(3):43-44.

[4]任军,徐会斌,李博.富水卵石地层超深地下连续墙成槽工艺分析[J].施工技术,2018,(10):114-118.

作者简介

雷登宪；汉族；1967-4；男；籍贯：重庆市开州区临江镇工作单位：中国水利水电第七工程局有限公司；邮编：611730；职称：高级工程师学位：工学学士。