沿海地区上软下硬复杂地层地下连续墙成槽技术研究

彭明刚

随着城市建设的高速发展，全国大中型城市的城市轨道交通工程也在不断增加，作为围护结构的地下连续墙因具有刚度大、抗渗漏性能好、施工振动小、噪声小等众多优点，经常被用在基坑工程中。文章针对福建沿海地区特殊的上软下硬且承压水位较高的复杂地层，结合福州地铁6号线壶井站采取不同设备的组合优化来提高特殊条件下地下连续墙施工成槽技术，为破解上软下硬地层地下连续墙施工难题，提供了一种新的施工方法，可供同类工程参考。

一、前言

福州地铁6号线壶井站施工里程为SK29+727.852～SK29+939.852，车站明挖主体部分全长212m，地下连续墙厚80cm，共计83幅（6m/幅，共计460.6m），平均深度28.5m，连续墙趾进入中风化和微风化花岗岩岩层，局部入微风化花岗岩岩层达到19m。在地下连续墙施工中，针对上软下硬的复杂地层中在填土层、强风化岩基以上部分采用了“成槽机+乌卡斯冲击钻”的成槽施工工艺，快速、有效地使软弱土层成槽；对强风化以下的入岩部分采用“牙轮旋挖钻+乌卡斯冲击钻”组合方式进行主孔部分的“强钻”，反循环泥浆滤除岩屑，待主孔成孔后，“岩墙”采用冲击钻自制“冲击钻方锤”进行“修孔”，最终完成地下连续墙成槽。该施工方法最大限度地利用了多种设备的组合优化，提高了机械的机械使用率，加快了连续墙的成槽速度，经过四个月全部完成了壶井站的地下连续墙施工，取得了较好的社会效益和经济效益。

二、地质条件

车站自场平标高下主要地层概述如下：

第四系全新统素填土、耕植土、粉质粘土、粉细砂、中细砂、中粗砂、第四系上更新统硬塑状残积砂质粘性土。

全风化花岗岩：灰黄色，含大量中粗粒石英颗粒、白云母片及长石，岩石风化剧烈，原岩组织结构已风化破坏，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易崩解。

强风化花岗岩（砂土状）：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，母岩为花岗岩。

强风化花岗岩（碎块状）：灰黄色、灰色等，岩芯主要呈碎块状，岩块敲击易碎。岩石坚硬程度属较软岩，岩体完整性等级属极破碎，岩体基本质量等级分类属Ⅴ类。

中微风化花岗岩：灰白色、灰色等，块状构造，岩芯破碎多呈块状-短柱状，部分为长柱状，原岩结构清晰可辨，岩性主要为粗粒花岗岩，中等风化夹微风化岩块。岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整性等级属较完整，岩石抗压强度为110～144MPa。

三、成槽施工技术

我公司针对不同地质情况，连续墙成槽采用不同的施工工艺方法，即表层素填土及部分全风化岩层采用成槽机直接成槽，成槽机无法抓动部分采用旋挖钻冲孔，之后采用乌卡斯冲击钻修孔；对深入中微风化花岗岩槽段，采用旋挖钻机配以“圆筒型”钻头施钻，为提高入岩效率，圆筒钻头上分别焊接“牙轮钻头”，该钻头钻岩效率较高，但需保证钻头和圆筒的焊接质量。旋挖钻机可自身控制并调整钻孔的垂直度，能有效保证成孔精度。旋挖钻机施钻应根据岩面情况合理调整钻孔间距，之后对孔位之间无法施作的月牙状部分“隔墙”采用乌卡斯冲击钻进行修孔到位。

下面以壶井站典型槽段E8-22地下连续墙为例，该槽段深入强风化岩层、中微风化岩层及部分微风化岩层，总槽深为25.3m，其中砂土层13.5m、强风化岩层7.5m、中微风化岩层4.3m。考虑基底岩层为斜面岩，单纯采用乌卡斯冲击钻或牙轮旋挖钻成槽效率低且易产生孔位偏斜。在施工过程中采用3套设备组合衔接配合作业，第一阶段对沙土层采用液压抓斗作业；第二阶段强风化岩层采用乌卡斯冲击钻快速冲击钻进；第三阶段采用牙轮钻头旋挖钻机施工硬岩，提高整体施工效率。

1.第一阶段：素填土和全风化地层成槽施工

对于不入岩的槽段或槽段上层部分，施工直线型槽段采用SG60型液压抓斗成槽机“三抓”开挖，即先挖两端最后挖中间，使抓斗两侧受力均匀，主要步骤如图 1 所示；在转角处部分槽段因一斗无法完全挖尽时或一斗能挖尽但无法保证抓斗两侧受力均匀时，根据现场实际情况在抓斗的一侧下放特制钢支架来平衡另一侧的阻力，防止抓斗因受力不匀导致槽壁左右倾斜。优质膨润土泥浆护壁，并始终保持槽内泥浆面不低于导墙顶面以下0.5m及地下水位0.5m以上。液压抓斗仅仅可以抓取软弱土体，表层土体成槽后进入下层强风化岩层，抓斗抓取改岩层困难，随即用CZ-8A乌卡斯冲击钻进行冲孔施工。

图1 成槽机“三抓”工艺示意图

2.第二阶段：强风化花岗岩地层成槽施工

进入强风化岩层后，地连墙施工机械为乌卡斯冲击钻机（乌卡斯冲击钻机型号为CZ-8A）。施工工艺采用乌卡斯冲击钻施工9个孔。在遇到斜面微风化岩时，为防止槽孔偏斜，采用边回填石料边冲击的做法来保证垂直度。为防止在入岩过程中造孔时间过长产生塌孔，采用优质钠基膨润土制备泥浆护壁来维持上部粉细砂、（含泥）细中砂、硬塑状残积粘性土层的稳定，防止上部槽孔坍塌。使用乌卡斯冲击钻施工在保证一定施工效率的同时在斜面岩施工过程中可保证成孔的垂直度，对整体槽段的成槽质量有一定保证。乌卡斯冲击钻设备施工完成强风化岩层后，由于中风化岩层的强度较高，乌卡斯冲击钻施工效率降低较多，故选择入岩牙轮旋挖钻机进行施工。

3.第三阶段：中微风化花岗岩地层成槽施工

进入中微风化岩层后，地连墙机械配置组合为旋挖钻机（旋挖钻机型号为XR360）+乌卡斯冲击钻机（乌卡斯冲击钻型号为CZ-8A）。施工工艺采用旋挖钻施工成孔，乌卡斯冲击钻配置方锤进行修孔成槽。旋挖钻钻头配置针对硬岩的牙轮钻以提高成孔效率。冲击钻施钻至中微风化花岗岩后效率明显降低，此时用旋挖钻机钻孔，钻孔间距为1.2m，则中间会形成至少0.2m的岩石“隔墙”，最终隔墙用方锤修槽后完成该幅地连墙的成槽施工，详见图2所示。

图2 槽段施工示意图

四、结语

该施工技术较适宜于上软下硬地质情况下地下连续墙施工，包括砂层、全风化岩层、强风化岩层、中微风化岩层及以上各种地质的互生岩层的成槽施工。在福州地铁6号线3标壶井站明挖站围护结构地下连续墙施工中，合理利用成槽机、牙轮旋挖钻机、乌卡斯冲击钻机的相互组合，充分发挥在各类地质情况施工的优势性能，在上软下硬复杂地连墙施工中进行优化组合，很好地解决成槽入岩难的问题。