于洪彪+何勇飞+张闻举

摘要：以福州地铁二号线南门兜站围护结构施工为例，阐述大直径潜孔锤与长螺旋多功能桩基组合在地连墙入岩成槽技术中的应用，为解决坚硬地层的钻进问题，提高施工效率提供借鉴意义。

关键词：潜孔锤；入岩；地连墙引孔

1、工程概况

1.1项目概况

福州地铁二号线南门兜站位于市中心八一七路、古田路和乌山路交叉口处，为双柱三跨三层矩形框架结构，外包尺寸为285.2米，宽度32.5米，采用半铺盖法施工，围护结构东段（右线23—34轴、左线13—34轴）采用1000mm钻孔灌注桩+桩间止水+旋喷桩止水帷幕，西段（右线1—23轴、左线1—13轴）采用1000mm地下连续墙。钻孔灌注桩最深32米，最浅26米，地下连续墙最深41.5米，最浅25米。

1.2工程地质状况

地下连续墙、钻孔桩深度范围内土层自上而下为：

<1-2>杂填土

呈杂色，主要成分为中粗砂及砖块、碎石、砼块等建筑垃圾，混少量淤泥，松散，欠压实。硬杂质含量大于30%，层底埋深0.2～6.3m，层厚 0.2～6.3m，平均厚度2.89m。

<2-4-1>淤泥

呈深灰色，流塑饱和，部分夹薄层细砂而表现为淤泥夹薄层砂，局部含有腐植质，层顶埋深1.0～22.5m（标高-15.83～6.48m），层底埋深 4.3～26.5m（标高-20.56～3.03m），层厚0.7～24.8m，平均厚度7.44m。

<2-4-4>淤泥夹砂

呈深灰色，流塑饱和，混粉细砂层状砂与淤泥厚度比为1/10-1/3，局部夹有10～15cm細砂，局部含有腐植质，层顶埋深3～32.8m（标高-25.85～4.53m），层底埋深5.3～35.5m（标高-28.55～2.23m），层厚0.8～23m，平均厚度5.17m。

<3-1>粉质粘土

呈灰绿、灰黄色等色，可塑，湿度大，层顶埋深4.7～49m（标高-42.81～2.3m），层底埋深6.7～51m（标高-44.62～0.3m），层厚0.3～14.3m，平均厚度3.85m。

<3-3>中粗砂

呈浅黄色、浅灰色、灰黄色等，饱和，层顶埋深8.8～50.3m（标高-43.52～-1.95m），层底埋深14.2～50.5m（标高-44.48～-6m），层厚 0.4～27.3m，平均厚度6.72m。

<3-8>卵石（砂质填充）

浅灰色，中密-密实，饱和，卵石多呈椭球状，磨圆度较好，含石英及长石，中等风化，粒径一般为3-8厘米，最大达12厘米，含量为55～85%，间隙主要由中粗砂充填。层顶埋深24～48.7m（标高-42.59～-27.43m），层底埋深34.5～55.6m（标高-49.38～-28.13m），层厚0.7～13m，平均厚度 6.51m。

<5-2>硬塑状残积砾质粘性土

呈黄褐色等，可塑，含风化残留石英颗粒，具有遇水崩解特点，层顶埋深 4.3～35.5m（标高-29.42～2.72m），层底埋深8.8～38.2m（标高-32.12～-1.98m），层厚1.5～10m，平均厚度4.13m。

<7-1>强风化花岗岩（砂土状）

呈灰黄色，褐黄色等，含大量中粗粒石英颗粒、白云母片及长石，风化强烈，原岩组织结构已大部分风化破坏，岩芯多呈砂土状，遇水易软化、崩解。层顶埋深8.8～55.6m（标高-49.38～-1.8m），层底埋深13.6～55.2m（标高-61.3～-6.4m），层厚0.4～28.9m，平均厚度6.47m。

<8>中风化花岗岩

呈灰白色、灰色等，块状构造，岩质较坚硬，裂隙发育，锤击声脆，不易击碎。岩石坚硬程度属较硬岩，层顶埋深 13.6～57.2m（标高-50.63～-6.4m），层底埋深23.2～32.1m（标高-25.47～-16.7m），层厚0.4～2m，平均厚度1.2m。

（10）<9>微风化花岗岩

呈浅灰、灰白色，块状构造，矿物成分为长石、石英、少量黑云母等。岩石坚硬程度属较硬岩-坚硬岩，层顶埋深9.10～39.70m（标高-32.36～-2.10m），层底埋深13.70～34.50m（标高-26.63～-6.70m），层厚0.60～7.80m，平均厚度3.54m。

1.3水文地质状况

地下水按赋存方式分为上层滞水、松散岩类孔隙水（潜水和承压水）和基岩裂隙水两种类型。属潜水，略具承压性。地下水位稳定埋深1.3—2.3m，稳定水位标高5.10—5.40m。地下水主要排泄途径为蒸发和水平向闽江排泄，主要补给来源为大气垂直补给和闽江侧向补给。

2、潜孔锤工艺方法

南门兜站采用改良后的风动式潜孔锤，风动潜孔锤正循环垂直冲击钻进，压缩空气经内管孔道传输给潜孔锤，并驱动潜孔锤作功。排出的废气经钻头排气孔排出，冲洗孔底，冷却钻头，并携带岩渣屑沿孔壁与外管之间的环状间隙上返至地表，完成正循环钻进过程。潜孔锤正循环时，高速气流冲刷孔壁，孔壁受大口径外管保护而不易坍塌掉块，有利于孔壁的干净稳定。高压气流排出孔口的同时，伴随着地下水与岩屑粉尘搅拌成的泥浆，返至地面。

在潜孔锤冲击破碎岩石或卵砾石层的同时，动力头带动钻杆及潜孔锤进行适度的钻压与回转钻进，既能研磨刻碎岩石，又能使潜孔锤击打位置不停的变化，使潜孔锤底部的合金突出点每次都击打在不同位置，大大加快对岩石的破碎作用，起到多重效果。

风动潜孔锤的空气既能冷却钻头又能将破碎的岩屑吹离孔底并排除孔口，减少了岩屑重复破碎，因此，风动潜孔锤引孔有更高的钻进效率。

3、南门兜站地连墙施工工艺原理及特点

3.1成槽方法：地连墙成槽方法均采用成槽机抓取槽段内上部软质土层，开挖顺序为先两边后中间的抓法。如下图所示：

若成槽机施工进入岩层，施工效率受阻时，则采用冲击钻和潜孔锤两种辅助成孔工艺。

3.2潜孔锤与冲击钻功效对比

分别从进入中风化花岗岩和微风化花岗岩的角度进行两种方案的功效分析，选择DXQ-32（入中风化花岗岩最小深度2.2m，最大深度5m，平均深度3.6m）及DXQ-84（入微风化花岗岩最小深度4.5m，最大深度5.2m，平均深度4.95m）槽段进行功效分析。

4、技术原理

以施工三轴搅拌桩的螺旋钻机做桩架，以螺旋动力头做旋转动力，在特制的钻杆下悬挂风动式潜孔锤，潜孔锤冲击破碎岩石的同时，动力头带动钻杆及潜孔锤进行适度的钻压与回转钻进，既能研磨刻碎岩石，又能使潜孔锤击打位置不停的变化，使潜孔锤底部的合金突出点每次都击打在不同位置，风动潜孔锤的空气既能冷却钻头又能将破碎的岩屑吹离孔底并排出孔口，达到快速破碎岩石的作用。

5、结语

潜孔锤工法的成本大于各种常规工法，一般都是在特定的地质情况下，或特定的环境下，本技术具有设备简单、速度快、效果好、成本低等特点，能快速钻穿卵砾石层、块石、强风化花岗岩、中风化花岗岩、孤石等，对于类似工程施工具有广泛的借鉴意义。

参考文献：

[1]罗会军.大口径气动潜孔锤下套管法在复杂地层中的应用.资源环境与工程.2013.4

[2]杨国春等.大直径硬岩钻进技术探讨.长春工程学院.2005.09