孟陈祥，甘文爽，万 波，霍九安，李 军

(上海隧道工程有限公司，上海 200232)

0 引言

随着我国经济的发展，很多城市土地资源紧张，基础设施建设向地下发展逐渐成为趋势。而在城市地下空间开发过程中，地下连续墙以其墙体刚度大、防渗效果好等优点，在城市内基坑工程中使用日益广泛。地下连续墙作为基坑工程围护的关键组成部分，其施工质量直接影响基坑开挖施工安全[1-2]。在软土地层中，地下连续墙的施工工艺已经相当成熟，但对于非软体地层，嵌岩式地下连续墙施工技术仍处于探索和完善阶段，国内部分学者结合工程提出相关施工工艺[3-9]。但在地下连续墙进入微风化岩层后国内外研究甚少，更缺乏成熟的施工工艺。此外，对于嵌岩式地下连续墙施工过程中存在施工效率低、成槽质量差、上部软土层易塌孔等技术难题，则更加突出。

目前，地下入岩连续墙施工常用设备主要有：①传统的液压式抓斗成槽机配合新兴的双轮铣槽机以及成槽机抓槽；②旋挖钻(或牙轮钻)引孔结合冲击方锤修孔。对于设备①而言，液压双轮铣法作为专用的入岩地下连续墙施工方法，虽适合入岩施工，但机械进入中风化及以上岩层后施工效率明显降低。而对于设备②而言，在微风化岩层施工应用并不成熟，且施工效率不高。通过深圳某跨海通道工程上软下硬复合地层地下连续墙施工为工程背景，以提高施工效率、保证地下连续墙施工质量为前提，对入岩地下连续墙施工机械配套选型和进度组织等方面开展研究，优化传统入岩地下连续墙成槽工艺，在提高施工效率的同时提高经济效益，为后续类似工程施工提供经验借鉴。

1 工程概况

深圳某跨海通道工程位于深圳市西部，途径前海妈湾及宝安大铲湾两区域。工程前海侧明挖隧道主体结构路线全长820m。主线闭合框架长约573m，U形槽长220m，与盾构井后配套台车扩大段顺接，具体如图1所示。

图1 工程明挖段平面布置

地下连续墙槽段上部土层为填土、淤泥、黏土砂石等，其标贯值低，摩擦角小，扰动后极易发生滑移坍塌，为典型的上软下硬地层，各岩土层具体参数如表1所示，部分现场岩样如图2所示。

表1 工程岩土物理力学性质

图2 部分现场岩样

2 施工工艺选择

目前，针对地下连续墙入岩常用施工机械设备主要有：①传统的液压式抓斗成槽机结合新兴的双轮铣槽机；②成槽机抓槽、旋挖钻(或牙轮钻)引孔结合冲击方锤修孔。由于本工程体量大、工期紧、且中、微风化岩层在总工程量中占比较大，采用设备②难以满足施工进度及施工质量的要求。本工程入岩深度为16～20m，其中进入中风化岩层(抗压强度为31MPa左右)深度为3～7m、微风化岩层(抗压强度为45MPa左右)深度为4～8m。国产铣槽机在抗压强度30MPa的岩层中施工效率较低[6]，根据以往施工经验，国外铣槽机在抗压强度超过40MPa以上地层施工效率极低。所以本工程在初步选定设备①的基础上对施工工艺进行优化，如图3所示。

图3 初选地下连续墙施工工艺流程

3 施工工艺改进

针对本工程情况，拟从施工机械、护壁泥浆以及设计、施工组织4个方面对原有成槽工艺进行改善。

3.1 施工机械

针对双轮铣槽机在微风化岩层施工效率低、更换刀齿频繁的问题，拟对微风化岩层采取预处理破坏岩石的整体性进而提高铣槽机在微风化岩层中施工效率。主要方式有:①采用钻机打引孔后用铣槽机进行铣槽；②采用重锤对微风化岩层预裂处理后进行铣槽。根据综合对比分析最终采取方式②进行施工，主要施工机械如下。

1)金泰SG70成槽机(非入岩部分成槽)

金泰SG70是目前国产最新型液压抓斗成槽机，液压抓斗切土能力强，成槽效率高，成槽垂直精度达到1/600，成槽最大深度达到80m，完全适合本工程地下连续墙成槽施工。

2)BC40双轮铣槽机(入岩部分)

宝峨BC40液压双轮铣槽机设备性能好，维修率低，设备使用效率高，在强、中化岩层中的成槽能力和效率优良，基本具备本工程地下连续墙在岩层中的施工能力。

3)利勃海尔HS883吊车配合重锤

HS883重锤对于部分较硬岩层处理效果明显，先采用重锤将岩层破碎，后采用铣槽机铣槽效果显著。为了消减重锤施工时产生的涡流，减弱对上部软弱土体扰动，重锤上特地设置了导流槽。此外，设置可更换的刃脚，方便在破岩过程中刀刃损坏后及时更换。

施工机械如图4所示。

图4 施工机械

3.2 护壁泥浆

由于本工程上软下硬的特殊地质情况，采用重锤破岩产生振动极易导致上部土体塌方。针对上述问题，本工程采用优钻100钠基膨润土，严格控制成槽过程中泥浆密度。

3.2.1钠基膨润土

该膨润土适合各种土层，尤其是超深地下连续墙的护壁要求。由于采用了钠基膨润土，其水化后的膨胀倍数为钙基膨润土的10倍以上[11]，膨润土的小板结构充分打开。膨润土的小板与高分子聚合物之间的桥接作用，可在槽壁孔壁形成又薄又韧、致密的泥皮，有效防止上部软土塌方，具体机理如图5所示。

图5 新型泥浆护壁机理

3.2.2泥浆密度控制

同时在施工过程中，严格控制泥浆密度。在施工过程中，针对该工程地层及施工工艺特点经成槽试验，地下连续墙成槽时泥浆相对密度控制在1.1～1.15，可以起到良好的护壁效果；浇灌混凝土时，泥浆相对密度控制在1.05左右，以保证混凝土浇筑质量。泥浆密度主要通过膨润土掺量以及新旧浆液替换比例进行控制(见表2)，泥浆配合比如表3所示。通过上述措施，施工过程中泥浆密度控制良好，现场实测成槽工程中泥浆密度如图6所示。

表2 泥浆密度控制

表3 泥浆配合比 (kg·m-3)

图6 混凝土浇筑时泥浆密度(仅含顺幅施工地下连续墙)

3.3 设计与施工组织

为了提高地下连续墙施工质量以及施工效率，本工程从设计及施工组织方面采取了以下措施：①根据现场施工实际情况与设计院沟通优化地下连续墙分幅方案；②积极做好地下连续墙施工过程中各工序衔接准备工作。

3.3.1优化地下连续墙分幅方案，合理调整地下连续墙施工顺序

与设计沟通，调整地下连续墙分幅方案，增大幅宽、减少地下连续墙幅数，优化前后地下连续墙分幅对比如表4所示。同时，将每幅宽度控制在5.5m左右，由于本工程采用的成槽机与铣槽机均带有强制纠偏功能，多数幅地下连续墙仅2孔就可成槽，与传统3孔成槽相比减少1孔，大大缩短了成槽时间。

表4 优化前后地下连续墙数据统计

3.3.2做好地下连续墙施工过程中各工序衔接准备工作

1)钢筋笼吊放 钢筋笼提前验收完成，并挂好起吊的铁扁担，将钢筋笼运至地下连续墙附近，待清底完成并再次扫孔后即刻吊放钢筋笼。

2)浇筑混凝土 混凝土事先通知搅拌站，混凝土提前半小时到现场，安放导管结束后能及时灌注混凝土，并配备一定数量的搅拌车(不少于6辆)，确保混凝土能连续灌注。

4 成槽工艺效果分析

深圳某跨海通道工程通过对机械选型配套、泥浆配合比以及设计、施工组织等方面进行研究，对微风化花刚岩层地下连续墙施工进行改进和创新，提出并采用双轮铣结合重锤破岩、成槽机取土、钠基泥浆护壁的高效成槽方法，使上软下硬复合地层地下连续墙成槽质量及效率明显提高，取得了良好的施工效果。

4.1 施工效率分析

在类似地层中采用双轮铣+引孔或成槽机+旋挖钻(或牙轮钻)+方锤等方式，根据相关文献以及本公司施工经验平均施工时间一般需要8d左右。而本工程通过对原有成槽工艺的改进，采用双轮铣结合重锤破岩、成槽机取土的方法，使得地下连续墙施工速度明显提升(见图7)，单幅地下连续墙成槽时间平均时间为66.49h(见图8)，有效保证盾构工作井围护结构施工完成的节点工期。同时发现施工过程中，占比最大的工序仍为成槽时间。此外成槽时间超过3d的地下连续墙施工，均与刀具更换次数相对较多有一定关系(见图9)。

图7 地下连续墙施工时间统计(仅含顺幅施工地下连续墙)

图8 各工序平均时间占比(仅含顺幅施工地下连续墙)

图9 地下连续墙成槽时间统计(仅含顺幅施工地下连续墙)

4.2 施工质量分析

4.2.1成槽质量

通过采用钠基膨润土泥浆护壁、加强泥浆密度控制，同时对重锤形状进行优化，减小重锤作业产生的涡流，避免上部软土层滑移坍塌，在75幅地下连续墙施工过程中实现上部软土层滑移坍塌率为0；且施工过程中槽段壁面垂直度控制良好，壁面垂直度误差<1/300。

4.2.2地下连续墙墙体质量

对地下连续墙墙体进行超声波监测以及钻芯法取样监测，目前监测的6幅地下连续墙墙身完整性多数为I类，说明通过该工艺施工地下连续墙的墙体质量相对较好。

5 结语

1)该方法有效提高了单幅地下连续墙施工工效，与传统的地下连续墙施工方法(双轮铣+引孔以及成槽机+旋挖钻(或牙轮钻)+方锤)相比单幅施工时间至少缩短1倍以上；但成槽仍是制约入岩地下连续墙施工效率的关键工序，占单幅地下连续墙施工时间的80%以上，仍是后续研究的重点。

2)采用钠基膨润土，采取有效措施控制泥浆密度，可以有效控制地下连续墙上部填土、淤泥、黏土及中砂等软弱土层受施工扰动产生塌方。

3)对于铣槽机等主要作业机械，应在平时加强刀具检查，及时更换，有利于提高施工效率。

4)现场大型施工机械设备多，在单幅地下连续墙施工工效稳定的情况下，合理的施工组织是关键。在工期和成本综合考虑下，可考虑现场开设多个工作面，进行多幅地下连续墙同时施工。同时，对于钢筋笼制作、混凝土浇筑等专业性及危险性相对较小的工序尽可能提前做好准备，压缩工序衔接时间，增大机械利用率，减少机械闲置时间。

5)积极与设计沟通优化设计方案，合理确定地下连续墙分幅宽度，减少地下连续墙幅数以及每幅地下连续墙施工孔数，进而提高地下连续墙施工工效。