气举反循环成槽工艺在广渠路工程中的应用

方 言 张雷洁 张艳松

（北京城建集团有限责任公司，北京 100088）

0 引言

在地下连续墙施工中，管线改移一直是个困扰工程技术人员的难题，由于没有路由，往往会延误工期。如果遇到燃气、军缆、国防光缆等管线，改移申请流程就十分繁琐。而气举反循环成槽工艺可以在不进行管线改移的情况下进行地下连续墙的施工中，在工程中得到了广泛应用。本文将气举反循环成槽工艺应用在广渠路项目中的工艺施工流程及技术要点进行分析介绍，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

《北京城市总体规划（2016年—2035年）》中明确提出，要建设“一核一主一副、两轴多点一区”的城市空间结构；其中，通州区作为北京城市副中心的核心位置，是城市建设规范工作开展的关键性城市。广渠路工程是通州区城市建设的重点工程项目之一，该项目隧道主要采用明挖法施工（交叉路口采用盖挖顺作法），隧道主体结构采用四孔闭合框架结构，单孔结构最大内轮廓净宽13.75m，净高6.8m（车行断面）。标准单幅横断面结构全宽30.50m，全高13.80m。明挖段隧道基坑支护采用“钢筋混凝土地下连续墙+内支撑”体系，地下连续墙墙厚0.8m，墙深度27m，单元槽长6m；地下连续墙全长3050m，其中正常施工长度2970m，采用气举反循环施工工艺施工的长度80m。

2 施工原理及设备

2.1 气举反循环工作理论

气举反循环施工建设的理论基础是组合液举固体运动理论以及气体浮举液体运动理论。所谓反循环施工就是以气体为动力介质，以液流体为延升载运介质携带固体传输到上方位置。通过此过程，可将钻孔内的一些由于机械钻进所产生的废弃物排出管道外部。这些废弃物主要包括土质碎屑、沉积碎屑以及岩石碎屑等，具有很大的安全风险，因此，碎屑的及时排出至关重要。

2.2 设备的选用及性能

在设备的运用过程中，需要根据所施工区域的实际情况进行设备的选择，其中，重点应该考虑的是当地的水文条件、地质条件以及施工现场的土质条件，同时，也要考虑现场作业团队的专业能力和施工能力。专业能力较高的团队可选择相对复杂的机械设备，例如选用自主研发的特制回转式泵吸反循环钻机。在转盘旋转的作用下，将钻杆带动起来，将所得的传导力量，传递到机械的钻具上面完成施工。同时，钻杆设备所传递的压力也能进一步促进钻具设备施压，使钻具在最短的时间内推动到所设计的管孔位置上，在此过程中，需要根据施工区域的大小不断更换钻头的大小，以更好地推进施工进展。其次，在施工设备的选用中，还应根据所在区域地质条件的变化，更换不同型号的钻具。再次，设备在选用时，应先根据设备的生产厂家所提供的质检报告，确保设备的安全性，且设备的配套工具的种类应齐全，且性能符合实际的工程施工需要。最好选用一机多用的设备，此类设备在运输的环节中更为省时省力，在一些复杂地质条件下，无法一次运输多个设备，若此时能选用多用设备，则设备的搬运问题将迎刃而解。气举反循环钻进技术配套主要设备机具包括：钻架、动力头、滑移横梁、钻具（包括钻杆、钻头）、底盘、操作台、钻杆起吊回转装置、空气压缩机、泥浆箱等。

3 主要施工工艺

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

3.2 施工流程和方法

3.2.1 地下管线查勘

先查明工程施工范围内所有地下管线的位置、种类、直径（宽度）、走向和埋深，重点把采用此工艺施工的地连墙穿越管线详细情况调查清楚，并在平面图上标明。现场采用此工艺施工的地连墙涉及有电力、燃气、上水、电信等各种管线。

3.2.2 导墙施工及地下管线的槽口保护

当工人将管线完全开挖出来后，根据管线直径大小与斜交角，采用3cm厚的钢板，焊接成大小合适的U型保护盒子对管线进行包裹保护。U型保护盒两侧宽出管线10cm作为保护；在导墙两侧增加膨胀螺栓固定；U形保护盒长度应与导墙之间宽度相同；保护盒垂直深度比管线位置深30cm，以保证施工过程中不与管线碰撞，如图2、图3所示。

图2 U形保护盒位置示意

3.2.3 抓槽作业

抓槽作业前，导沟开挖必须采用人工挖土，只有当管线已充分探明并已外露的情况下，才能采用机械挖土。

先用地连墙成槽机或旋挖钻机对管线两边进行施工，当施工达到设计标高后，采用气举反循环钻机对管线下土体进行抓槽。钻进过程中转盘带动钻杆和钻头，由钻头转动切削孔内土层，夹带钻渣的泥浆经钻头、空心钻杆、胶管进入泥浆泵，再从泥浆泵排入泥浆池中，泥浆经沉淀后流向孔内，依次循环成孔。

钻机需从管线两边已成槽位置下放，然后向管线一步步推进，直至钻机贴近管线保护钢板。按照同样步骤从另一边下钻机向管线推进成槽，直至两边交叉成槽，确保管线下面土体全部挖出，形成一个整体槽段，且任一位置的槽段面均满足设计尺寸要求。

因成槽时间长，成槽泥浆比重大，在下放钢筋笼前，需对整个槽段清槽换浆，使沉渣厚度及泥浆比重符合设计施工要求。

3.2.4 钢筋骨架吊装（拼装）

根据地下连续墙墙体配筋图和管线所处位置，将每幅钢筋笼制作成3片承插式拼幅钢筋笼（图4），并根据管线保护盒的大小和位置，分别在钢筋笼的对应位置预留出合适的管线孔洞。孔洞大小一般比保护盒横截面的上、下、左、右面各大出20～30cm，以确保钢筋笼的顺利拼接。制作钢筋笼时，注意确保钢筋的位置、间距及根数正确，特别是承插式接头“公头”、“母头”钢筋的精度，保证接头质量。要特别注意在吊点及架立筋处加强，提高刚度，避免在运输和起吊过程中发生较大变形，造成吊装时无法完全闭合。

图4 子母钢筋笼示意

钢筋笼的吊装：先吊装承插式“母头”钢筋笼入槽，根据点位精确定位后，再吊装承插式“公头”钢筋笼，通过左右调整钢筋笼水平位置实现承插接口完美对接。拉拖时要平稳、缓慢，避免碰壁，安放过程中严禁墩放钢筋笼。

3.2.5 混凝土灌筑

因钢筋笼采用特殊形式拼接下放，为保证混凝土质量，须根据槽段宽度，增加1~2根导管，并同时灌筑混凝土，使此槽段形成完整的一片墙。

3 施工控制要点

3.1 导墙施工

导墙施工时保证包裹管线的钢板深入导墙100mm；应保证保护钢板与导墙浇筑在一起，避免错动。

3.2 成槽施工

当导墙施工完成后，根据横穿管线位置，对原设计地下连续墙分幅线进行调整。分幅以管线保护幅为地连墙首开幅，向两端进行地下连续墙分幅线调整。当整个管线U型保护盒焊接（满焊）完成后，需用软质填充物将钢板保护盒内壁与管线之间的空隙填充密实，确保后期无水渗漏风险。

成槽时，钻机要与管线保持一定的安全距离，特别是管线下面，保证土体挖空且不触碰管线。

钻机就位时使转盘中心与孔位中心重合，再用水平尺调整好钻机的水平度。钻机就位后，应做到平整、稳固，确保施工时不发生倾斜、移位。开始钻进时，进尺要适当控制，在导墙底部处，应低档慢速钻进，使此处有坚韧的泥皮护壁。然后再用与地连墙厚度相同的钻头继续钻进。在正常钻进施工中，现场人员应根据场地地质情况控制好进尺速度，以防止缩颈、塌孔等现象发生；如遇到软硬夹层，要控制转速及钻进速度，防止孔斜，确保成槽的垂直度。

因成槽时间长，成槽泥浆比重大，在下放钢筋笼前，需对整个槽段清槽换浆，使沉渣厚度及泥浆比重符合设计施工要求。

3.3 钢筋笼吊装

钢筋笼下放时，需要人机配合默契，钢筋笼位置准确。钢筋笼在设计时需与管线（左、右、下）有不小于100cm的空隙。用两台履带吊车（视钢筋笼的重量确定吊车吨位）将钢筋笼多点吊起、运输至施工部位，将钢筋笼缓缓下放入槽，避免碰撞槽壁。

由于吊具尺寸较大，下放钢筋笼时需下沉一定深度作为工作量，故应根据管线埋深情况对槽段整体进行一定的超挖。

3.4 施工监测

施工时应加强对被保护管线变形或变位的监测工作，管线监测的项目主要包括沉降观测和位移观测，施工过程中观测频率为每天早、中、晚各1次，工后观测频率为每天1次。沉降观测按照沉降速率大于2mm/d或累计沉降大于50mm 进行控制，位移观测按照位移速率大于2mm/d或累计位移大于20mm进行控制。

4 工程应用

在广渠路项目地下连续墙施工中，经过勘察，共发现8处不可改移的管线，其中燃气管线3处，通讯光缆2处，国防电缆2处，国防光缆1处。燃气管线改移至少需要4个月，国防电缆和国防光缆不允许改移，通讯光缆改移费用需30万。经过研讨，项目决定采用气举反循环成槽工艺进行地下连续墙施工。8幅地连墙由两套设备同时施工，从成槽到混凝土浇筑共用时10天。采用气举反循环成槽工艺取得了良好的使用效果，既为项目节约了成本，又保证了施工进度。

5 结束语

将气举反循环成槽工艺应用在广渠路东延道路工程地下连续墙施工中，有效节约了工期；由于不需要对管线进行拆改移，节约了施工成本。此种成槽工艺具有适应各种尺寸、弧形及折线平面地连墙的施工，泥浆置换及沉渣清除彻底、垂直度高、墙面平整、接缝严密等优点。更重要的是成槽过程中钻机一直处于地下管线下方作业，对地下管线不构成危险，确保了施工过程中管线的安全。