硬岩地下连续墙潜孔锤跟管咬合引孔成槽施工技术

邹俊峰，雷 斌，尚增弟

(深圳市工勘岩土集团有限公司，广东 深圳 518063)

0 引言

地下连续墙成槽施工遇到深厚岩层时，一般采用旋挖钻机分序取芯引孔，或采用冲孔桩机十字锤冲击引孔，再采用冲击方锤修孔。旋挖或冲击引孔存在二序孔垂直度控制难，偏孔处理时间长；引孔数量少或引孔偏斜，给方锤冲击修孔带来更大的困难，总体表现为施工进度慢，综合成本高；尤其冲击引孔速度慢，为保持施工进度，一般一幅槽内会开动2台冲击钻机同时引孔或修孔，交叉作业带来较大的安全隐患。

1 工程概况

深圳市城市轨道交通13号线13101标段(白芒站)项目围护结构地下连续墙共12幅，设计墙厚800mm、墙深24m，导墙宽850mm，标准幅宽6m，场地地层埋深12m之上为填土、砂层、砂质黏土，埋深12m之下为中、微风化花岗岩层，地下连续墙成槽需穿越12m的岩层。为克服上述深厚硬岩地下连续墙成槽施工过程中引孔出现的困难，发挥潜孔锤破岩的优势，利用大直径潜孔锤采用超设计桩径、小间距、全套管跟管、分序、咬合式引孔，引孔完成后直接采用抓斗清槽，避免了通常需要用方锤修孔的工序，达到引孔破岩效率高、成槽速度快、综合成本低、安全环保、绿色施工的效果。

2 工艺原理

本技术工艺原理主要是利用潜孔锤的高效破岩能力和优势，结合现场深厚硬岩分布情况，创新采用潜孔锤超设计桩径、分序孔小间距、全套管跟管、咬合式引孔，引孔完成后设计槽段范围内残留的岩质齿边少，采用带截齿的抓斗完成修槽、清槽。

2.1 一序孔潜孔锤套管护壁引孔

1)一序引孔拟采用上部土层段全套管护壁，大直径潜孔锤钻进工艺。

2)套管外径816mm、长12m、采用振动锤下入，套管底部下沉至岩层顶。

3)潜孔锤钻头采用高频直锤，直径760mm，配置3台空压机，自孔口向下钻进引孔，穿越硬岩至孔深24.000m设计标高。

4)引孔终孔后，拔出套管再进行相邻另外一序孔引孔；一序孔的孔间距200mm,重复以上工序操作，完成一幅槽内的7个引孔。

一序孔标准槽宽引孔平面、剖面布设如图1，2所示，潜孔锤引孔如图3所示。

图1 潜孔锤一序孔钻进引孔平面布置

图2 潜孔锤一序孔引孔剖面布置

图3 潜孔锤一序孔钻进示意

2.2 二序孔全套管跟管钻进引孔

1)二序孔在槽段内一序孔全部引孔结束后进行。

2)二序孔拟采用潜孔锤咬合引孔，为确保二序孔的垂直度，采用潜孔锤全套管跟管钻进二序孔引孔，二序孔位置定位于2个一序孔孔间中心位置处，引孔平面布置如图4所示。

图4 潜孔锤二序孔全套管跟管钻进引孔平面布置

3)跟管套管外径816mm、长24m，单节套管长12m，采用孔口焊接连接，满足套管下沉至设计标高；套管底部设置有管靴结构，其独特凸出结构设计，使套管底部直径小于潜孔锤钻头顶部直径，确保潜孔锤钻头引孔时与套管同步钻进。套管管靴与潜孔锤钻进配合如图5，6所示。

图5 管靴结构与跟管潜孔锤示意

图6 管靴结构与跟管潜孔锤

4)潜孔锤钻头采用跟管钻头，钻头直径760mm，配置3台空压机；钻进前潜孔锤携套管同步就位，启动空压机后，潜孔锤跟管钻头底部4个滑块受高风压向外的冲击力作用，沿钻头底部的滑动面滑出，形成直径约850mm钻孔钻进断面，外扩超出套管直径，在实现槽段大面积破岩的同时，套管顺利跟管钻进，直至钻进24m孔深位置。潜孔锤跟管滑块钻头、钻头与套管配合钻进情况如图7所示。

图7 钢护筒搭配管靴结构与潜孔锤连接

5)二序孔引孔终孔后，拔出套管再进行相邻孔引孔，重复以上工序操作，完成一幅槽内的5个孔和槽段间另2个孔引孔。二序孔引孔剖面如图8所示，完成后平面效果如图9所示。

图8 潜孔锤二序孔全套管跟管钻进引孔剖面

图9 潜孔锤二序孔全套管跟管钻进引孔平面

2.3 采用改进液压抓斗修槽、清槽

1)潜孔锤二序孔引孔后，由于采用的是大直径潜孔锤钻头、小间距咬合引孔，因此在设计幅宽的槽壁上残留的硬岩齿边少，无需采用冲击方锤修槽，此时采用一种改进式的液压抓斗修整槽壁残留齿边，使全断面达到设计尺寸成槽要求，确保槽段钢筋网片顺利安放到位。

2)带截齿的地下连续墙成槽机液压抓斗是将旋挖钻具切割硬岩的截齿镶嵌在液压抓斗四周，发挥其截齿破岩的能力，通过镶嵌在抓斗上的截齿对槽壁的残留齿边进行破除和抓取，大大提升了修槽效率，取得显著的清槽效果。带截齿的地下连续墙成槽机液压抓斗如图10，11所示。

图10 带截齿的液压抓斗设计

图11 带截齿的成槽机液压抓斗修槽示意

3 施工工艺流程和操作要点

地下连续墙硬岩潜孔锤跟管咬合引孔成槽施工工艺流程如图12所示。

图12 深厚硬岩地下连续墙潜孔锤跟管咬合引孔成槽施工工艺流程

3.1 测量定位、修筑导墙

1)根据业主提供的基点、导线和水准点，在场地内设立施工用的测量控制网和水准点；专业测量工程师按施工图设计将地连墙轴线测量定位，两侧墙净距中心线与地下连续墙中心线重合。

2)导墙用钢筋混凝土浇筑而成，导墙断面为“┓┍”形，厚度150～200mm，宽度为0.85m，深度1.5～2.0m，其顶面高出施工地面100mm。

3)导墙沿轴线开挖，采用机械和人工进行；验槽后绑扎钢筋、支模、浇筑导墙混凝土。

3.2 一序孔套管护壁潜孔锤引孔

1)一序孔采用钢套管护壁，套管直径816mm，壁厚14mm,长度约12～14m，采用450单夹持振动锤沉入。

2)振动锤按各一序孔中心点定位套管中心，利用共振原理，使套管的强迫振动频率与土层颗粒的振动频率一致，土层颗粒产生共振，足够的振动速度和加速度迅速破坏桩和土层间的黏合力，使桩身与土层从压紧状态过渡到瞬间分离状态，沉桩阻力尤其侧面阻力迅速减小，护壁套管在自重作用下得以下沉到位。

3)每根套管连续振动下沉至基岩顶面，不可中途停顿或有较长时间的间歇；可采用一次性沉入多个一序孔的套管，以加快施工进度。

4)一序孔钢套管到位后，采用潜孔锤引孔钻进；潜孔锤钻机采用改制的SH180履带式大直径潜孔锤钻机，潜孔锤钻头采用直炮锤头，潜孔锤直径760mm。

5)先将钻具提入套管内，再将潜孔锤钻头上提20～30cm，开动空压机和钻具上方的回转电机，风压正常后将钻具轻轻放至地面处，开始潜孔锤钻进作业；现场配备3台大风量空压机，每台空压机压力调至1.8MPa，3台空压机总排气量达82m3/min，以有效保证稳定、持续的气压和足够的供风量，为钻头提供稳定的动力。

6)潜孔锤硬岩钻进时，注意在操作平台控制面板进行垂直度自动调节，确保引孔效果；潜孔锤引孔钻进过程中，空压机超大风压将钻渣携出；控制桩身垂直度以防止渣土、粉尘污染，在潜孔锤钻具设置有专门的串筒式伸缩降尘防护罩。

7)待潜孔锤钻进至设计深度后，提出潜孔锤钻具，移动钻机至下一孔位进行成孔作业；待该幅槽段所有一序孔成孔完毕后，用振动锤将套管拔出。

3.3 二序孔潜孔锤跟管钻进引孔至设计深度

1)二序孔采用潜孔锤咬合跟管引孔，其定位中心点为2个一序孔之间的中心点。

2)潜孔锤跟管引孔采用了管靴结构，管靴与套管焊接连接，焊接前预先采用管道切割机对套管进行切割处理，以保证管靴与护筒处于同心圆；切割形成的坡口，可使管靴对接焊接时焊缝填埋饱满。

3)潜孔锤钻头采用滑块式跟管钻头，吊放入套管前进行锤头表面清理，确保套管管靴结构与钻头的有效作用。

4)移动钻机对准二序孔位，并再次对桩位、护筒垂直度进行检验，合格后即可开始钻进作业；潜孔锤启动后，先将潜孔锤钻具提离导槽底20～30cm，开动空压机，待高风压正常后开始潜孔锤钻进作业；潜孔锤底部4个均布的钻齿滑块外扩并超出护筒直径，随着破碎的渣土或岩屑吹出孔外，套管紧随潜孔锤跟管下沉，并进行有效护壁。

5)当套管跟管钻进下沉至孔口约1.0m左右时，需将钻杆和套管接长；此时，将钻机与潜孔锤钻杆分离，钻机稍稍让出孔口，先将钻杆接长，钻杆接头采用六方键槽套接连接，当上下2节钻杆套接到位后，再插入定位销固定；钻杆接长后，将下一节套管吊起置于已接长的钻杆外前一节套管处，将上下两节套管对接平齐、焊接好，并加焊加强块。

6)潜孔锤钻进至设计墙底标高位置后，即停止钻进，提出潜孔锤钻具，再采用450单夹持振动锤起拔套管；当起拔套管至对接位置时，采用氧焊切割焊缝，再采用振动锤起拔套管。

3.4 带截齿抓斗成槽、修槽、清槽

1)地下连续墙经分序引孔后，槽壁上残留少量硬岩齿边，为此采用带截齿的抓斗抓槽，并同时修槽，成槽采用德国宝峨GB80S抓斗机。

2)将液压抓斗原有的抓土结构卸除，以4cm钢板作为截齿镶嵌胎体，镶嵌角度36°，制作成带截齿的地下连续墙成槽机液压抓斗。

3)在抓斗抓槽、修槽过程中，调整好泥浆密度和黏度，保持槽壁稳定；同时，通过成槽机操作室观察成槽机可视化数字显示屏，控制垂直度，确保抓槽、修槽质量。

3.5 钢筋网片制安、灌注导管安装

1)地下连续墙的钢筋网片按设计图纸加工制作，制作场地硬地化处理，主筋采用套筒连接，接头采用工字钢，钢筋网片一次性制作完成；钢筋网片制作完成后，检查所有钢筋型号及尺寸、预埋钢筋、预埋件、连接器等的规格、数量及位置，并报监理工程师验收。

2)钢筋网片采用汽车式起重机下入，最大吊装量超过30t，吊装前编制专项吊装方案，报专家评审通过后实施。现场吊装采用1台150t、1台80t履带式起重机多吊点配合同时起吊，吊离地面后卸下80t汽车式起重机吊索，采用150t汽车式起重机下放入槽。

3)钢筋网片安放后，及时下入灌注导管；灌注按要求下入2套导管同时灌注，以满足水下混凝土扩散要求，保证灌注质量；灌注导管下放前，对其进行泌水性试验，确保导管不发生渗漏；导管安装下入密封圈，严格控制底部位置。

3.6 气举反循环清理槽底沉渣

1)在灌注混凝土前，测量槽底沉渣，如沉渣厚度超过设计要求，采用气举反循环进行二次清孔。

2)导管下放至距沉渣面300～400mm，高压风管下放深度以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比(0.55～0.65)来确定。开始送风时先向孔内送浆，清孔过程中注意补浆量，严防因补浆不足(水头损失)而造成塌孔。当孔底沉渣较厚、块度较大或沉淀板结时，可适当加大送风量，并摇动导管，以利排渣。随着沉渣的排出，槽底沉渣较少，导管同步下沉跟进，控制好管底口与沉渣面的距离，提高清渣效果。

3)在清渣过程中，同时进行槽段换浆工作，保证泥浆的指标和沉渣满足设计要求；清渣完成后，检测槽段深度、厚度、槽底沉渣硬度、泥浆性能等，并报监理工程师现场验收。

3.7 水下灌注混凝土成槽

1)为保证做好初始灌注达到0.5～1.0m的埋管深度，开始灌注前在导管内放置隔水球胆，并在灌注料斗底口设置隔水盖板；当料斗内混凝土放满时，打开盖板，通过混凝土自重和隔水球胆将导管内泥浆排净，同时连续浇筑混凝土。

2)灌注时，两根导管同时下料，并保证导管处的混凝土表面高差≤0.3m。

3)灌注混凝土过程中，始终保持连续进行；每次导管拆除提升前，采用测绳测量混凝土面高度，确保导管在混凝土的最小埋深≥2m。

4 工艺特点

4.1 成槽速度快

针对超厚硬岩，采用大直径潜孔锤钻进引孔成槽，根据施工现场应用，潜孔锤在中风化岩层中单孔每小时可钻进3～6m，在微风化岩层中单孔每小时可钻进2～3m，且引孔后无需再采用冲击方锤修孔，减少了工序操作，大大提升施工进度。

4.2 成槽质量好

采用超设计桩径、分序孔小间距、全套管跟管、咬合式引孔，引孔后直径与设计桩径基本一致，跟管钻进确保了钻孔的垂直度，二序钻孔采用咬合引孔使得孔壁残留零星锯齿状硬岩较少，采用抓斗直接清槽即可满足成槽技术要求，相比旋挖取芯和冲击破岩引孔成槽质量更有保证。

4.3 安全可靠

采用潜孔锤钻进引孔作业，无需泥浆循环系统布置、泥浆制作和外运，现场临时道路、设备摆放更加有序，减少了大量的冲孔桩机作业，现场管理环节得到极大简化，避免了安全隐患，提升了现场安全文明水平。

4.4 综合成本低

采用新颖的超设计桩径、小间距大咬合、套管跟管潜孔锤钻进引孔，破岩效率高、引孔速度快，加快了成槽进度；减少了大量机械设备投入，无需再配置泥浆循环系统，减少了泥浆制作和废弃泥渣的外运，总体施工综合成本低。

5 结语

地下连续墙成槽施工遇到深厚岩层时，旋挖或冲击引孔存在二序孔垂直度控制难、偏孔处理时间长、引孔数量少或引孔偏斜、方锤冲击修孔困难和施工安全隐患大等问题，本技术利用大直径潜孔锤采用超设计桩径、小间距、全套管跟管、分序、咬合式引孔，引孔完成后直接采用抓斗清槽，达到了引孔破岩效率高、成槽速度快、综合成本低、安全环保绿色施工的效果，具有广泛的指导意义。