双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的应用

□文/郑习羽 于永广

双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的应用

□文/郑习羽 于永广

文章首先对双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（CSM）工法概念、发展、工艺流程及性能特点进行介绍，再通过对天津地铁建设中对双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙工法的应用实例情况的介绍，提出了天津地铁将来更好的应用双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙工法的前景。

双轮铣；深层搅拌；水泥土；地下连续墙；地铁；CSM

面对天津地区多水、复杂的地质条件，超大、超深地下工程仍采用传统施工工艺和技术设备已无法满足安全高效的要求，所以必须寻求更好的施工工法。

1　双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（CSM）工法

1.1概念

双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙（简称CSM）工法是一种创新性深层搅拌施工方法，是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。即通过两个铣轮绕水平轴旋转切削破碎原位土体，注入水泥浆液充分搅拌形成均匀的水泥土墙体，可用作防渗墙、挡土墙或对地层进行加固处理。与传统深层搅拌工法的不同之处在于以两组铣轮绕水平轴向旋转搅拌方式，形成矩形加固墙体，而非以单轴或多轴搅拌头绕竖直轴旋转，形成圆柱形的咬合加固墙体。

1.2工艺流程

1）CSM工法墙定位放样。

2）预挖导沟，一般导沟宽1.0～1.5m，深0.8～1.0m。

3）CSM工法设备就位，铣头与槽段位置对正。

4）铣轮下沉注水切铣原位土体至设计深度。

5）铣轮提升注水泥浆同步搅拌成墙。

6）钻杆清洗，废泥浆收集，集中外运。

7）移动至下一槽段位置，重复上述6个步骤。

1.3性能特点

1）具有高削掘性能，地层适应性强。双轮铣深层搅拌铣头具有高达100kN·m的扭矩，导杆采用卷扬加压系统，铣头的刀具采用合金材料，400 kW的动力保障，可以削掘卵砾石、密实的粉土、砂土等硬地层，也可切削强度在15 MPa以下软岩及各种土层。天津地区（除蓟县山区）50m埋深以内地层强度仅需发挥双轮铣深搅系统约1/10的切削性能，其针对天津地区“铁板砂层”的切削功效较传统设备高5～8倍（双轮铣深搅800mm厚墙体，单槽截面积为2.08～2.16m2，切削下沉速度为15～20cm/min），切削粘性土层时高2～4倍（确保均匀度，切削下沉速度为55～100cm/min）。

2）施工期间对周边环境影响小，不会引起周边地面沉降。

3）掘削深度、掘削速度、铣轮旋转速度、水泥浆液的注入量和压力、垂直度等数据通过铣头内部的传感器实时采集，显示在操作室的监视面板上且采集的数据可以存储在电脑内。通过对其分析可对施工过程和参数进行控制和管理，确保施工质量，提高管理效率。尤其是可以有效解决天津地区48.5m范围内承压、微承压水的止水问题。

4）高搅拌性能。双轮铣深层搅拌铣头由多排刀具组成，土体通过铣轮高速旋转被削掘，同时削掘过程中注入高压空气，使其具有非常优良的搅拌混合性能。

5）高削掘精度，确保成墙连续、无缝。双轮铣深层搅拌铣头内部安装垂直度监测装置，可以实时采集数据并输出至操作室的监视器上，操作人员通过对其分析可以进行实时修正，确保成墙连续、无缝，形成超深连续无缝水泥土墙。

6）可完成较大深度的施工。目前，导杆式双轮铣深层搅拌设备可以削掘搅拌深度达48.50m，悬吊式双轮铣深层搅拌设备削掘搅拌深度可达65m。

7）可任意设定插入劲性材料的间距。双轮铣深层搅拌工法形成的水泥土地下连续墙为等厚连续墙，作为挡土结构应根据受力需要插入相关材料，如型钢、钢柱、钢筋混凝土桩、组合结构等，其间隔可根据需要任意设置，使受力和止水统筹兼顾。

8）分槽段精确咬合连接，可沿折线施工，具有较强灵活性。在拥挤的城市中，施工场地越来越局促。支护墙体的平面布置受到多种边界条件制约，往往轮廓很不规则。双轮铣深搅工法可较好地应用于此类施工场地，不仅灵活而且可靠。

9）可绕即有地下管线施工。目前，最大可绕直径为2000mm管线施工。

2　CSM在天津地铁的应用

2.1CSM工法在地铁基坑工程中作止水帷幕

天津地铁2号线长虹公园站4号出入口止水帷幕工程位于天津市南开区红旗路与黄河道交口，止水帷幕深度分别为38.6m和45.1m，基地位于51和61粉质粘土上。设计采用P.O42.5水泥，1.0水灰比。双轮铣切削注浆搅拌，在18m以下水泥掺入比为18%，18m以上8%；单槽段水泥土墙尺寸为2.8m×0.8m；槽段间套铣宽度为200mm；向下切铣速度＜1m/min；向上切铣速度＜2m/min；铣轮厚度（成墙厚度）800mm。

由于4号出入口止水帷幕工程深度大，超过了常用三轴搅拌桩的施工范围，原计划使用素地下连续墙（无钢筋笼）的形式，采用双轮铣深搅工法后，首次尝试了大深度使用水泥土搅拌墙做止水帷幕，收到了良好的预期效果。通过现场开挖验证水泥土连续墙整体性良好，止水效果优。现场抽芯水泥土强度试验结果显示（115d龄期），水泥掺量8%的水泥土平均强度为1.95 MPa，水泥掺量18%的水泥土平均强度为4.7 MPa。

2.2CSM工法作挡土止水墙及地下连续墙施工槽壁保护

地铁5号线津塘路站位于河东区红星路与前进街交口处、东风立交桥南侧，车站主体长176.3m，车站采用明挖法施工，为地下两层三跨矩形框架结构。车站基坑标准段开挖深度20.981～21.260m，小里程端头井处开挖深度约22.645～22.678m，大里程端头井处开挖深度约22.964～22.997m。基坑围护结构采用1.00m厚地下连续墙，靠近桥桩一侧采用1.2m厚地下连续墙，在紧邻东风立交桥一侧采用双轮铣深搅水泥土墙（CSM）内插H型钢形成双轮铣深搅隔离保护墙加固地下连续墙槽壁，内插型钢用于车站顶板施工的浅部基坑开挖支护，从而减少地下连续墙成槽施工引起东风立交桥的沉降变形。

场地埋深65.00m深度范围内，有杂填土、素填土、粉质粘土、粉土；涵盖潜水含水层、第一承压水层、第二承压水层。设计采用P.O42.5水泥，0.8水灰比。双轮铣切削注浆搅拌，水泥掺入比20%；单槽段水泥土墙尺寸为2.8m×0.8m；槽段间套铣宽度为200mm；向下切铣速度＜1.2m/min；向上切铣速度＜1.8m/min；铣轮厚度（成墙厚度）800mm；双轮铣深搅墙底埋深34.0m。内插12.0m长，H 700mm×300mm×13mm×24mm型钢，型钢中心距600mm。

在紧邻东风立交桥一侧采用双轮铣深搅水泥土墙（CSM）内插H型钢形成隔离保护墙，减小地下连续墙成槽施工对周边环境的影响程度。同时双轮铣深搅墙在地下连续墙成槽过程中亦起到垂直度导向作用。由于施工控制的好，双轮铣深搅墙垂直度偏差控制在1/500以内，型钢顺利插入，地下连续墙施工过程中，东风立交桥运营正常，没有产生变形。

在施工过程中，取得了不同墙体、不同深度的原位水泥土浆液试样并将试样置于水下进行养护28d后进行无侧限抗压强度试验，得到水泥掺入比为20%的墙体强度最小可达到3 MPa。双轮铣深搅水泥土墙体的强度在深度上无显著差异，可以忽略地层及深度因素对双轮铣深搅墙体强度的影响。

3　结语

1）双轮铣深搅在地铁基坑工程中作止水帷幕壳体。地铁站点宜整体考虑止水帷幕设计施工，将出入口、风道等附属设施与主体结构进行整体止水封闭，从而减少止水帷幕的衔接点，进而可大幅降低地下水渗漏风险。主体结构、附属结构等可在封闭的高质量止水帷幕“壳体”内施工。若因道路交通、管线切改、拆迁等原因需分期分段施工，可采用CSM工法实施止水“壳体”的无缝对接。

2）双轮铣深搅在地铁基坑工程中作进出洞加固。当地铁隧道埋深＞25m时，其进出洞加固工法采用常规方法的质量保障度及风险控制度相对大幅降低，采用一种可靠的工艺改善常规工法显得尤为重要，双轮铣深搅工艺可以解决此类问题。

3）双轮铣深搅在地铁工程中可作基坑临时支护结构或与主体结构一体化。双轮铣深搅工法具有施工期间对周边环境影响小、墙体无缝连续、施工速度快、绿色环保等特点。在双轮铣深搅地下连续墙内插入型钢或混凝土桩可作为基坑临时支护体系，甚至可以与内衬钢筋混凝土结构一起受力或单独作为主体结构的外墙参与受力。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.015

□于永广/天津城市基础设施建设投资集团有限公司。

□TU476+.3

□C

□1008-3197（2015）03-40-02

□2015-02-10

□郑习羽/女，1975年出生，高级工程师，硕士，天津轨道交通集团有限公司，从事技术管理工作。