浅析大型孤石发育地层地连墙快速成槽施工技术

侯雷 秦赠安 罗光财 张立 罗新中

摘  要：本文依托深圳地铁13号线白芒站项目地连墙施工，主要从机械设备选型及技术措施两方面讨论大型孤石发育地层地下连续墙成槽施工技术，提高孤石发育地层地下连续墙成槽工效及施工质量，成功解决遇到因周边环境及地质复杂造成的成槽困难，具有一定的借鉴及推广价值。

关键词：大型孤石发育;地下连续墙;快速成槽

中图分类号：TU753   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）03-0000-00

0引言

近年来随着地下工程建设规模的不断扩大，地连墙施工技术得到广泛应用。在地连墙施工过程中，在残积土或风化花岗岩地层中常常会遇到孤石，由于孤石形状各异、大小不一、强度高、发育不明等，因此采用传统冲桩机工艺施工效率低，钻具损耗大，易出现卡钻、掉钻、塌孔等现象，严重影响施工进度及质量。如何处理地连墙成槽施工所遇到的大型孤石，是当前面临的主要技术难题。

以深圳地铁13号线白芒站地连墙施工过程中遇到的大型孤石问题及采用的对策为研究对象，从机械设备选型及技术措施两方面讨论大型孤石发育地层地下连续墙成槽施工技术，提高孤石发育地层地下连续墙成槽工效及施工质量，为相关工程提供参考。

1 工程概况

深圳市地铁13号线白芒站位于深圳市南山区，车站全长693m，基坑标准段宽21.3～22.3m，基坑深17.3～26.9m，采用明挖顺筑法施工。车站围护结构为800mm地连墙，共256幅，标准幅宽6m，深度最大为33.7m。嵌固深度：土层、全风化中取6.5～7m，土状强风化6～6.5m，块状强风化5～5.5m，中风化岩层取2.5m，微风化岩层取1.5m。场地范围内从上至下穿越地层主要为素填土、填碎石土、杂填土、有机质土、可塑粉质黏土、砾砂、可塑砾质黏性土、硬塑砾质黏性土、全风化黑云母花岗岩、强风化黑云母花岗岩、中风化黑云母花岗岩、微风化黑云母花岗岩，其中软土层中夹杂高强度不规则孤石，因此其地质条件较复杂。经补勘：大型孤石发育，孤石强度约为80～100MPa。

2 工程难点

（1）孤石分布范围广，埋深无规律。将近80%地连墙均遇到孤石。孤石埋深无规律，大部分在砾质黏性土及全、强风化层中，埋深较深，无法从地表挖出换填。

（2）孤石尺寸大、强度高，成槽难度大。孤石形状各异、大小不一，最大8.2m，普遍2～6m，无法采用成槽机抓取。孤石强度高达80～100MPa，处理困难，效率低，施工周期长。

（3）冲锤施工易偏孔，处理难度较大。采用传统冲桩机工艺，冲锤施工易偏孔。Ⅰ期槽段施工9个主孔，靠Ⅱ期槽段接头处主孔进入Ⅱ期槽段30～40cm，Ⅱ期槽段接头处半软半硬，接头冲孔易滑移，处理难度较大，周期较长，因此影响Ⅱ期槽段成槽及接头质量。

3 主要成槽方式

深圳地铁13号线白芒站地连墙施工过程中，从机械设备选型及技术措施两方面讨论大型孤石发育地层多种地下连续墙成槽施工技术。土层、全风化岩层及土状强风化岩层采用成槽机直接成槽，对存在的孤石、基岩突起项目首先采用传统冲桩机“往返冲击破碎法”进行处理。根据项目前期施工情况发现，冲桩机对深度大、强度高的硬岩施工效率低，因此，在使用冲桩机破碎前增加使用旋挖钻、潜孔锤引孔等多种处理工艺，探讨多种硬岩（大型孤石）地层地连墙组合成槽方式。

3.1 成槽机+冲桩机成槽

针对软土–常规无坡面硬岩采用成槽机+冲桩机组合成槽施工，其单纯采用冲桩机成槽施工效率可提高1.5倍。先使用成槽機对地连墙上部软弱土层进行开挖，待开挖至硬岩时，成槽机无法直接抓槽，采用冲桩机冲孔成槽。冲桩机按主副孔顺序成孔，冲孔完成后利用方锤修孔。以6米标准槽段为例，冲孔布置方式如图1所示。

（1）成槽机抓取上部软土。采用“三抓成槽”工艺，先抓两侧，后抓中间，保证抓斗两侧受力均匀。

（2）冲孔成槽施工。到达岩面后，换用冲桩机进行成槽。冲桩机采用Ф820mm圆锤，标准6mⅠ期槽段设置9个锤位，主副孔间隔设置，1#、3#、5#、7#、9#为主孔位置（1#、9#锤位超出分幅线外0.4m）。施工时，先冲主孔，后冲副孔，为保证槽段净宽，副孔施工时要适当走锤。

（3）方锤冼槽施工。所有孔位冲孔完成后，采用冲桩机配备方形冲锤修孔冼槽，方锤一般为整体铸钢，平面尺寸为0.8m×1.8m，重量在钻机牵引功能限制下尽量选用重锤。对一个槽段，平面上从一端冲到另一端，冲槽至设计槽底标高下0.1m。

（4）清槽施工。成槽完成后，为控制槽底沉渣，需对槽底进行清槽。当槽底沉渣较厚时，可先用抓斗进行抓除，随后采用气举反循环进行清槽（即利用压缩空气在导管下端的气室处形成一个负压，将沉渣吸入导管内，从管口喷出）。在清槽过程中，应不断向槽内泵送优质泥浆，以保持液面高度，防止塌孔。直至槽底沉渣厚度≤10cm，槽内泥浆各项指标符合要求后，方可进入下一步施工。

3.2 成槽机+旋挖钻+冲桩机成槽

针对软土-较大坡面硬岩地层的地连墙采用成槽机+旋挖钻+冲桩机组合成槽施工。先使用成槽机对上部软土进行抓取成槽，待成槽至孤石或硬岩时使用旋挖钻进行钻孔，对于块状强风化混合花岗岩、中风化混合花岗岩可采用普通钻筒进行钻孔，对于微风化混合花岗岩采用牙轮钻筒进行钻孔。旋挖钻钻头直径800～820mm，其成槽冲孔布置与冲桩机成槽方式布孔相似，具体如图2 所示。

旋挖钻将1、3、5、7、9号主孔施工至设计槽深后，再使用旋挖钻施工2、4、6、8号副孔，主副孔间残留岩块采用旋挖钻或冲桩机圆锤冲孔，然后使用方锤修孔，最后用接头箱沿槽段摆动及超声波槽壁检测仪复核槽段宽度、沉渣等，若沉渣较厚再用旋挖钻机清理、气举反循环进行二次清槽，旋挖钻钻头详图3所示。

3.3 成槽機+潜孔锤+冲桩机成槽

针对范围广、强度高的硬岩地层地连墙采用成槽机+潜孔锤+冲桩机组合成槽施工。先使用成槽机对上部软土进行抓取成槽，待成槽至孤石或硬岩时使用潜孔锤进行钻孔，全护筒跟进，护筒直径800mm，潜孔锤锤头直径750mm，其成槽施工如图4、5、6所示。

4几种成槽问题的处理方法及工作效率

4.1高强度大型孤石处理方法

在B-05幅地连墙成槽至11.6m时遇到一块高约10m的孤石，强度达90MPa，采用潜孔锤施工，每个孔位均为主孔，可不跳孔施工，采用全护筒跟进，提高护壁能力、减少塌孔的可能性，同时沉渣利用高压空气通过套管与钻杆的空隙排出孔外，彻底清除孔内沉渣，成孔与清孔同步进行。

4.2中、微风化混合花岗岩层处理方法

岩层上部地质为砾质粘性土、全风化混合花岗岩层，采用旋挖钻配牙轮钻头进行主、副孔钻孔，每天进尺达约6m;部分入岩较多或强度高的，更换为潜孔锤进行主孔施工，每天可进尺36m，较旋挖钻效率提升约8倍。

4.3斜岩处理方法

基岩表面为斜面，旋挖钻机钻孔取芯时，容易出现钻头崩尺、打滑偏孔现象。现场处理为：（1）向槽段内填充块石与斜岩上部大致齐平，采用冲桩机将岩面冲平，一般往下冲孔1m左右，然后采用旋挖钻进行下部平整岩面钻孔;（2）当采用旋挖钻在钻进过程中发现已偏孔，且偏孔较严重时，停止钻孔，向偏孔部位灌注高强度水下混凝土至偏孔上方，待混凝土达到强度后，先用冲桩机试冲，确认混凝土强度及岩面平整度后，继续用旋挖钻进行钻孔，每日进尺仅4m左右;（3）采用潜孔锤钻孔，全护筒同步跟进，能有效克服石块的塌落卡钻、垂直度偏斜等难题，且施工效率有保障，每日进尺可达20m。

4.4岩层接头孔处理方法

入岩的Ⅱ期槽段接头孔一部分为Ⅰ期槽段施工回填砂袋，大部分为原状岩层，孔两侧软硬不均，部分槽段因岩层处理扩孔、塌孔、砂带回填不实等原因，导致Ⅱ期槽段接头孔部位有较多砼绕流。地连墙采用工字钢板接头，工字钢板基坑内外两侧焊接50cm防绕流铁皮，Ⅰ期槽段施工时，一般槽段两侧均比设计槽段宽40cm左右（半个孔位），Ⅱ期槽段处采用接头箱，单节接头箱长12m、宽0.6m、厚0.2m，背后空隙回填砂袋。一般岩层上部绕流砼及时用冲桩机或旋挖钻处理，岩层以下部分采用同中微风化岩层成槽方法，加快接头处理，确保接头处理质量。

4.5工效一览

地连墙成槽因地质情况（孤石、基岩突起）采用不同的工艺、设备选型、施工组织安排、接头处理等，同时，不同工艺在不同地层成槽效率也不同，本工程中各种工艺工效具体如表1所示。

5 结语

（1）孤石发育地层提前补勘处理，进行针对性设备选型。孤石发育地层，应根据地质勘察资料，编制补勘方案，补勘布孔原则为地下连续墙补充勘察勘探点按连续墙的中心点位置布设，结合地质勘察勘探点，一般间距宜为6～10m，当相邻勘探点揭露的主要地层层位变化较大，应适当加密勘探点（孤石范围一般按间隔2m设一个补勘孔）。补勘孔钻探深度要求入中分化岩3～5m或微风化岩1～3m，或设计槽底以下5m。

（2）设备选型应根据地质情况、工期要求、成本要求、环保要求、场地布置等多方面进行综合考虑，做到“利益最大化”。通过现场实际施工工效对比可以发现，使用潜孔锤对基岩、孤石进行处理具有较高的施工效率，其成本亦同样提升数倍，但对斜岩处理工效相差不是很大。

（3）孔间岩块处理需反复冲孔或钻孔，减少成槽后地连墙钢筋笼下放时卡笼及后期基坑侧地连墙面不平整，提高地下工程防水基面施工质量。

参考文献

[1]李志.地下连续墙快速穿越不规则孤石及斜坡岩地层的施工技术[J].土木工程，2019，8（3）.

[2]梁锋亮.地连墙施工中的机械组合应用[J].大科技，2015（36）.

[3]张文新，牛占威，牛紫龙.软土-孤石-风化花岗岩复杂地质条件下连续墙成槽施工技术[J].施工技术.2018，47（6）.587-591.

[4]赵康林，王光伟，李志军，周兆勇.地下入岩连续墙施工技术研究[J].隧道建设， 2013，33（2）.156-159.

收稿日期：2019-05-15

作者简介：侯雷（1987—），男，河南驻马店人，本科，中级工程师，研究方向：土木工程。

Construction Technology of Rapid Grooving of Ground Wall in Large Isolated Rock Formation

HOU Lei， QIN Zengan， LUO Guangcai， ZHANG Li， LUO Xinzhong

（1.China construction No.5 Engineering Bureau Co.， LTD.， Changsha Hunan 410004;

2.Shenzhen Metro Group Co.， LTD.， Shenzhen  Guangdong  518000）

Abstract： In this paper， based on shenzhen metro line 13 white mans station project to connect wall construction， mainly from two aspects of mechanical equipment selection and technical measures to discuss the large boulder formation underground continuous wall into the construction technology development， improve the development of boulder formation underground continuous wall into working efficiency and quality of construction， successfully solve encountered because of the complex peripheral environment and geological into groove is difficult， promotion has certain reference value.

Key words： large solitary stone development; Underground diaphragm wall; Quickly into a groove