摘要：南昌轨道交通3号线六眼井站穿越上软下硬复合地层且紧邻敏感建筑物，针对上覆填土和砂土、下卧泥质粉砂岩地层中地下连续墙采用传统成槽机成槽困难、施工效率低和扰动大的问题，通过成槽设备、成槽工艺、成槽方案的比选分析，提出采用“成槽机+铣槽机”抓铣结合的施工技术。上覆软弱地层采用成槽机从两侧向中间抓挖，施工至岩层面后采用双轮铣施工，且对标准铣轮进行改进，减少传统平齿在高黏度地层易出现的糊轮现象。该技术保证了成槽质量，提高了施工效率，降低了对周边环境的扰动，对今后类似工程施工具有较好的借鉴意义。
关键词：地下连续墙复合地层抓铣结合成槽施工
Abstract：Liuyanjing metro station of Nanchang subway line 3 crossescomposite stratum with upper soft and lower hard soiland is close to sensitive building.Aiming at the problems of difficult trenching，low construction efficiency and great disturbance when using traditional trough machine for diaphragm wall in overlying fill，sand and lower argillaceous siltstone stratum，through the comparison and analysis of trenching equipment ，trenchingtechnology and trenching construction scheme，the"trough machine and slot milling machine"construction technology which combines Grasping and milling is put forward.The overlying weak stratum are scratched and excavated from both sides to the middle by trough machine，and the construction is carried out by double wheel milling machine after the construction to the rock surface.And the standard milling wheel is improved to reduce the paste wheel phenomenon of traditional flat teeth in high viscosity stratum. This technology guarantees the quality of trenching，improves the construction efficiency，and reduces the disturbance to the surrounding environment,it has an important reference for similar project in the future.
Key words：diaphragm wall; composite stratum with upper soft and lower hard soil; grasping and milling combination; trenching construction
0 引言
近年来，随着城市基础设施建设的快速发展，地铁车站深基坑工程愈来愈多。作为明挖深基坑工程施工较常采用的围护结构形式，地下连续墙因其工效高、工期短、施工噪音小，广泛应用于城市地下工程。地下连续墙施工工序多，并须在短时间内连续完成一个墙段的地下隐蔽工程，其施工质量直接影响基坑安全稳定和车站主体结构防渗、承重等功能。因此，如何确保地下连续墙成槽质量和效率、降低施工风险，是整个地铁车站施工过程的关键所在[1-3]。
目前地下连续墙成槽施工常采用冲击、抓挖、切割、铣削等不同的工艺方法。对于深厚软弱土层，选用重型液压抓斗成槽机并配合循环泥浆以保障成槽质量[4-5]。针对硬岩层的成槽开挖技术，提出了改进成槽机切削装备的方法，如冲击钻结合轮铣和重锤冲击破碎岩石的方法[6-8]。而在岩层较厚的复合地层施工时，常用的成槽工艺往往不能确保成槽速度，从而影响施工进度和对工程安全造成不利影响。在施工过程中，不断总结改进，通过采用“抓铣”结合的施工工艺，将抓槽机与铣槽机在不同地层中的优势结合起来，如广州地铁黄沙站[9]、深圳地铁福林站[10]、福州地铁上藤路站[11]采用该工艺进行地连墙施工，较好的保障了地连墙施工的效率及安全。但不同地区和地质条件下“抓铣”结合实施工艺不同，需进行针对性分析。
本文针对中南地区上软下硬复合地层地连墙成槽施工困难，以南昌地铁3号线六眼井站为背景，采用“抓铣”结合的施工工艺，两种机械流水作业，以期缩短成槽时间，提高地连墙施工效率及施工质量。
1 工程概况
1.1 工程设计概况及规模
六眼井车站位于南昌地铁3号线五标段西湖区象山南路与南浦路交叉口，车站主体沿交叉路口呈东西向布置，本车站为双柱三跨地下三层岛式车站，车站基坑围护结构采用地下连续墙+内支撑组合体系。车站总长度为179.5m，基坑地下连续墙共分为74幅。设计墙厚为1m，标准槽段幅宽6m。车站基坑开挖深度为23.6~26.5m，地下连续墙深29.7~31.5m。车站标准段断面如图1所示。
2工艺比选
2.1 成槽机+旋挖钻
成槽机+旋挖钻机在地连墙成槽施工中适用于各种地层，坚硬岩层也可以克服，同时成孔效率较高，为冲击钻孔效率的2-4倍。但旋挖钻成孔过程中，由于钻杆的垂直度偏差，槽段下部易形成三角锥形残留柱和孔壁局部孤石，影响后续成槽质量及下放钢筋笼。由于六眼井站周边环境复杂，毗邻高层建筑，对地连墙成槽施工质量要求极高。为了最大限度降低地连墙垂直度偏差纠偏过程造成的槽段风险，避免后续开挖造成的地连墙渗水隐患，不选择“成槽机+旋挖钻”方案。
2.2 成槽机+冲击钻
在本工程案例中，施工现场采用1台SG60液压抓斗成槽机+2台JL-6冲桩机（锤头直径1m，重量3t），进行试成槽作业。成槽机从地面抓至中风化岩面（深度约15m），共3抓；然后使用一台冲击钻分层冲孔，每幅槽段设7个孔，按照先主孔后副孔的顺序（如图3所示），每层2.5m，共计5层。表1是成槽机和冲击钻在不同地层中的进尺速度。
图3连续墙布孔平面图（单位：mm）
表1施工进尺速度统计表
按照上述施工进度指标和施工方法，可推算单幅槽段成槽时间，折合按照每天24小时计算，需要17.2天（两台冲锤10天）才能完成成槽；如果考虑到工序转换、设备故障以及工作效率等因素，按照每天70%的工效考虑，则需要24.5天（两台冲锤14.2天）才能成槽。历时过长，对于施工进度影响较大，同时，成槽时间过长会增加槽段自身安全风险，严重威胁周边建筑的安全。
六眼井站周边建筑物密集，多为高层旧建筑，对施工震动比较敏感。成槽期间采用德国Head公司DATARec4DIC24数据采集仪和Artemi数据采集分析软件进行数据采集及分析，测得在施工位置50m范围内各测点振动最大值如图4所示。（GB50868-2013）《建筑工程容许振动标准》[12]中关于打桩、振冲等基础施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值为3mm/s，如图中所示，实测值中距离地连墙6、7m两点的测值超过居住建筑允许值。因此为了避免成槽时间过长、冲击振动对周边高层建筑造成不利影响，故而不选择“成槽机+冲击钻”方案。
2.3“成槽机+铣槽机”抓铣结合
双轮铣槽机是一个带有液压和电气控制系统的钢制框架，主要有MC96主机、BC40双轮铣槽机和渣浆分离系统三个组成部分底部安装3个液压马达，水平向排列，两边马达分别带动两个装有铣齿的滚筒（如图5所示）。铣槽时，两个滚筒低速转动，方向相反，其铣齿将地层围岩铣削破碎，中间液压马达驱动泥浆泵，通过铣轮中间的吸砂口将钻掘出的岩渣与泥浆排到地面泥浆站进行集中处理后返回槽段内,如此往复循环,直至终孔成槽。铣槽机垂直度与槽段轴线一致，并由两个独立的测斜仪监测，其数据由驾驶室内的电脑处理并显示在液晶显示屏，从而驾驶员可随时监控并通过纠偏实现对铣槽机垂直度的调整。
（1）设备选型
地下连续墙成槽所需设备主要有旋挖机、成槽抓斗、液压铣槽机，旋挖机一般用于槽段开挖前的导孔开挖，成槽机以及铣槽机则用于地连墙的成槽开挖施工。本项目六眼井车站采用德国BAUER（宝俄）铣槽机+SG60成槽机结合的“抓铣结合”成槽施工工艺进行地下连续墙成槽。地面下0~15m段的上部软土层采用SG60成槽机通过“三抓法”成槽，下部15~31.5m段硬岩层采用德国BAUER（宝俄）BC40铣槽机铣槽成槽。采用C25砼硬化场地，厚度25cm，设置双层双向20cm*20cm的Ф14钢筋。六眼井站地连墙施工过程中，先后使用了意大利土力SC120铣槽机、德国宝俄BC40铣槽机参与下部岩层的成槽开挖施工，两种型号的铣槽机关键参数见表2。
表2SC120与BC40设备参数对比
图9为分别采用标准铣轮与采用锥齿铣轮两种情况下针对于15~31.5m岩层范围内成槽开挖效率的比较，从进尺速度与成槽速率两项比较可以看出：采用标准铣轮进行成槽时，平均成槽进尺速度为1.01m/h，平均出土量5.82m3/h，当在Ⅴ~Ⅶ槽段换用锤齿铣轮进行岩层成槽开挖时，进尺速度与成槽速率显著提升，平均进尺速度为2.51m/h，平均成槽速率14.4m3/h，换铣轮后的成槽效率相比标准铣轮提高了将近1.5倍，因此改换锥齿铣轮进行15~31.5m段岩层的成槽施工效果良好，每幅标准幅槽段平均缩短16h工期，相比较原来的标准铣齿成槽，每一个周期段可缩短总工期约5天。
图9 标准铣轮与锥齿铣轮成槽效率对比图
采用铣槽机进行15~31.5m岩层的成槽施工，并将一般用的平齿铣轮用锤齿铣轮进行岩层成槽开挖时，进尺速度与成槽速率显著提升，其优化后成槽效率相比标准铣轮提高了近1.5倍。因此六眼井地连墙成槽最终决定采用德国宝俄BC40铣槽机并更换锤齿铣轮结合“抓铣结合”工艺进行施工。
3“抓铣”结合成槽工艺
3.1 导墙施工
在地连墙槽段进行开挖前，需先构筑导墙，导墙施工时，需注意将导墙L型钢筋与硬化地面钢筋单边焊接，焊接长度10d（导墙钢筋型号），确保导墙面与硬化路面为一个整体，从而有效地加强了导墙的整体刚度，很好地抵抗因铣槽机械设备产生的土体侧推力，保证基槽的安全和减少导墙的变形。
3.2槽段划分
连续墙墙幅施工时采用跳槽开挖，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ顺序施工，每七个单元槽段作为一个周期，标准槽段每幅6m。以此循环，如图10所示。
图10地下连续墙施工顺序示意图
结合现场实际情况合理设置首开幅数量以及后续的槽段开挖顺序，需重点考虑下列问题：槽段开挖既不损坏已浇筑槽段的地连墙；成槽的同时也不影响其他槽段混凝土的浇筑；利于铣槽机和成槽机同时作业，避免机械出现窝工现象。
3.3泥浆护壁系统
地下连续墙成槽施工过程中，护壁泥浆是生产循环系统中质量控制指标是一个关键环节。泥浆起到护壁、携渣、冷却机具及切土润滑的作用。“抓铣”结合的泥浆应按照铣槽机的泥浆指标配置，砂层必须保证泥浆的粘度、比重，从而确保成槽时槽壁的稳定，同时良好的泥浆也是混凝土浇筑质量的保证。
根据六眼井站的地层特点，泥浆的配比如表3所示，泥浆搅拌完成后需要静置24h，待其充分膨化，进行指标测试合格后方可使用。
在泥浆池侧面出渣口需设置滑槽钢板，供渣土与泥浆分离后排入渣土池。泥浆使用一个循环后利用泥浆净化装置对泥浆进行分离净化并补充新制泥浆，以提高泥浆重复使用率。
表3 泥浆配合比及性能指标表
图11地下连续墙分块成槽（单位:mm）
根据地质情况，连续墙上部软土层及砂层采用成槽机，岩层采用双轮铣槽机施工，成槽共三抓成孔；成槽机抓至岩面，铣槽机抓挖至设计标高为止。抓斗成槽顺序如图12所示，铣槽成槽顺序如图13所示：
4 施工工艺效果
双轮铣槽机在本工程中应用的实际效果可参见表4：
表4铣槽机应用效果汇总表
六眼井站施工中，成槽机对于软土地层的成槽速度要大于铣槽机，成槽机在岩层的施工过程中需要其他的机械配合施工，施工效率远小于铣槽机的施工，“抓铣结合”充分利用两种机械各自的优势缩短了地连墙成槽整体的工期。
六眼井站共完成74幅地连墙，共计消耗90个工作日，将近达到日均1幅的效率。较单用成槽机施工节约了大量工期。
4.2 安全效益
根据统计，6m宽、30m深标准槽段单幅成槽时间为21小时，在及时完成后续刷壁、验槽、下放钢筋笼、浇筑混凝土的情况下，极大的减少了临近高层建筑一侧槽段的暴露时间，确保了地连墙施工期间周边建筑的安全。现场实测施工对周围建筑物影响甚微，几乎无影响。
4.3 质量效益
铣槽机有专门的一套泥浆循环处理系统。在成槽过程中利用铣槽机泥浆管将泥浆输送到泥砂分离系统中，通过泥浆分离系统将泥浆中的砂土筛除，再输送到泥浆池中，对分离后的泥浆进行指标检测，符合循环泥浆的进行循环使用；地连墙成孔后，采用铣槽机自带的泥浆泵与后台的泥浆分析系统进行清底与换浆。在清孔过程中，根据槽内浆面和泥浆性能状况，可加入适当数量的新浆以补充和改善孔内泥浆性能。铣槽机清孔过程中，采用铣槽机自带的泥浆泵，能够更彻底的清理槽底的沉渣，提高地下连续墙的承载力和抗渗能力，确保了成墙质量。
通过铣槽机内的电子偏微器，能够测量出铣槽过程中机器水平和垂直两个方向的偏离量，然后通过机械上的油压推板进行相应的调整，从而保证成槽的垂直度，确保了地连墙不倾斜。
4.4 社会效益
采用铣槽机进行下部岩层成槽施工作业极大的降低了施工噪音及震动，避免对周边住户生活造成额外困扰；铣槽机施工将渣土坑及成槽位置通过管道连接，便于场地文明施工整理。
5 结语
（1）对南昌地铁3号线六眼井地铁站地下连续墙工程三种成槽方案进行比选研究，其中“成槽机+旋挖钻”方案易形成地连墙成槽垂直度偏差，“成槽机+冲击钻”成槽效率过低且影响周边建筑安全，“成槽机+铣槽机”成槽效率高且能随时对地连墙垂直度进行纠偏，故而确定其为本工程地连墙成槽最佳施工方案。
（2）六眼井站地连墙采用德国BAUER（宝俄）铣槽机和SG60成槽机结合施工；并将平齿铣轮更换为锥齿铣轮进行铣轮优化。锥齿铣轮有效地解决了平齿铣轮的糊轮现象，不仅极大地缩短了工期，而且能够较好地保证成槽质量。
（3）在上部软土地层中采用成槽机抓斗“抓斗成槽”，在下部坚硬岩层中采用铣槽机“铣槽成槽”，优先选用德国宝俄BC40双轮铣槽机进行作业，成槽效果表明，上部土层“抓斗成槽”配合下部岩层“铣槽成槽”的“抓铣结合”工艺能够充分发挥成槽抓斗与铣槽机各自的有点，成槽效率显著。该施工工艺为上部土层+下部岩层结构的复合地层中的地下连续墙成槽技术提供了借鉴价值。
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[12]建筑工程容许振动标准,GB50868-2013.
论文作者:兰晓强,杨春勃
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/5
标签：泥浆论文; 地下论文; 岩层论文; 双轮论文; 地层论文; 抓斗论文; 进尺论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;