泥质粉砂岩层地下连续墙成槽工艺与设备的选择

2022-10-29莫劲

建筑与装饰 2022年20期

莫劲

广州市盾建建设有限公司广东广州 511400

引言

广州地区软岩岩层主要为泥质砂岩或泥质粉砂岩，在软岩地层的地连墙施工中，该岩层既因为含泥质有一定塑性，又在一定深度中风化岩层具有较硬的强度，在连续墙施工机械越来越丰富的今天，如何在冲孔桩、旋挖钻、液压抓斗和双轮铣槽机之间选择和配置并采用适当的成槽工艺，提高连续墙的成槽效率，是一个值得研究的课题。

广州市轨道交通十八号线沙溪站北端左线盾构井、沙溪站～石榴岗站1#盾构井，位于番禺区沙溪大道与桥东路交叉口西北侧，左线盾构始发井总长度130.3m，基坑深度29.8m；右线1#盾构井总长130m，标准段基坑深度约29.2m；围护结构采用1200厚连续墙，平均深度约33.5m，共110幅。

为达到工程工期目标，尽快提供盾构始发条件，加快围护结构施工速度和工效，本工程采用了多种成槽设备，计有双轮铣、旋挖钻、液压抓斗、冲孔桩机等，其中双轮铣有土力SC135和徐工XTC8055两种型号，液压抓斗有中车TG50、徐工XG600D两种型号，旋挖钻有宝峨BG38、徐工XR360、中联ZR360、三一SR405四种型号。根据配置的设备采用了多种的成槽工艺，并且根据不同型号的性能参数进行了不同成槽工艺的各种尝试，取得了一定的现场成槽施工实际数据，对广州地区软岩地层连续墙成槽的设备选型和工艺选择有一定的参考意义。

1 地质情况

本工程地貌属于珠江三角洲冲积平原（滨海沉积区），地势低平，地下水位较高。地层结构主要有杂填土、淤泥质土，粉细砂和中粗砂，基岩为粉砂质泥岩。其中粉细砂层、中粗砂层平均厚度约为7m，深度为9～17m范围，泥质粉砂岩中风化岩面线平均深度为22m，连续墙平均入岩厚度为11m。

泥质粉砂岩地质特征如下：

中风化层：岩体呈块状结构，泥质及钙质胶结，岩芯块状～短柱状，局部为长柱状状，岩质较软，锤击易碎。近似RQD为15%～30%，岩石饱和抗压强度标准值达13.3Mpa，岩体完整性指数为0.71，为较完整岩体[1]。

微风化层：层状构造，泥质、钙质胶结，节理裂隙发育，岩芯多呈短柱状，部分为长柱状，岩质较软，该岩体近似RQD约为60～90%，岩体较完整。岩石饱和抗压强度标准值达21Mpa，属软岩，基本质量等级为Ⅳ类。

2 不同机械组合的成槽工艺实施情况

2.1 抓铣结合成槽工艺实施效果

本工程沙溪站北端左线盾构井采用了液压抓斗+双轮铣的抓铣结合成槽工艺，液压抓斗型号中车TG50，双轮铣型号土力SC135，最初配复合式双轮毂（标准截齿轮毂），后换叶片式轮毂。

根据双轮铣刀架和抓斗斗体尺寸和作业时的特性，我们在实际施工时，一序槽切割宽度为6.8m（2.8+1.2+2.8），钢筋笼工字钢中对中6.0m，一序槽工字钢外侧采用沙包回填，工字钢腹板到侧壁宽40cm。施工时，每一刀首先采用液压抓斗抓取⑦层以上的土层，进入⑦层以后，采用双轮铣槽机铣削成槽，最后利用双轮铣清孔。

抓斗施工在左线一般施工深度在17～21m，最深24m，平均每刀抓斗施工时间为3～4h。

在本工程施工中，淤泥质土层、粉砂质泥岩层特殊岩土特征对双轮铣成槽施工影响较大，表现在于两个方面：

一是粉砂质泥岩胶结颗粒细小，泥质、钙质含量大，浸水软化，在成槽过程中，岩层中的泥质、钙质易以胶体形态融入泥浆中，使泥浆黏度增加，筛分系统很难对高黏度泥浆进行有效筛分，从而使槽中循环的泥浆的比重和黏性大幅增加。

二是粉砂质泥岩为软岩，岩性表现为塑性，在双轮铣进行成槽铣削时，岩层很难以块状脱落，往往只是在岩层面形成一道道划痕，铣齿未铣削到的地方就会越来越高，最后将整个铣轮托住，致使铣轮无法进尺。随着泥浆的黏性增加，铣削下来的碎屑不能及时的分离出去，从而使整个铣轮逐渐的被粘泥糊住，最终铣轮失去对岩层的破碎功能。

采取措施有效减少在淤泥质土层、粉砂质泥岩层的糊轮机会，是提高双轮铣成槽工效的有效途径。

以下是沙溪站北端左线盾构井抓铣结合施工槽段用时记录：

表1 部分抓铣结合施工槽段用时记录

（续表）

综合以上数据：

2.1.1 适合泥岩等软岩地层的轮毂可以有效减少糊轮的次数。使用叶片式轮毂后糊轮概率比使用标准截齿轮毂减少了

2/3。

叶片式轮毂齿座较长，呈叶片式，铣齿前端配锥齿，既有利于对岩体的铣削，又使岩石碎屑在岩体与轮毂之间有较长的距离和较大的空间，减少了铣削后的岩屑在岩体和轮毂之间的挤压，增加了岩屑从轮毂脱落的机会，从而减少双轮铣在软岩中出现糊轮现象。

2.1.2 采用提拔力更大的液压抓斗，尽可能增加抓土成槽深度，减少双轮铣在强风化地层的作业层厚，也可以有效减少糊轮的次数。

根据实际施工记录，在进入真正中风化层后，双轮铣几乎没有存在糊轮现象，糊轮最频繁的时段是在全风化和强风化层。

2.1.3 要采取多种措施改善泥浆性能，降低泥浆黏度，以加速泥浆的沉淀。

可以采用加水稀释、在泥浆中添加絮凝剂、制备新浆时减少膨润土的百分比、必要时增加泥浆箱存储容量对泥浆粉细颗粒进行再次筛分等手段改善泥浆性能[2]。

2.2 旋挖钻+抓斗+双轮铣配合成槽

沙溪站北端右线1#盾构井采用了旋挖钻+液压抓斗+双轮铣结合成槽工艺，液压抓斗型号金泰SG60、徐工XG600D，旋挖钻有宝峨BG38、徐工XR360、三一SR405三种型号，双轮铣采用徐工XTC8055。

右线1#盾构井岩面稍浅，中风化岩面线平均深度为21m，连续墙平均入岩厚度为12m。在右线1#盾构井连续墙成槽做了3种方式的尝试：一是旋挖钻引孔，抓斗直接成槽，一序槽每个槽段四个孔，引孔中心间距2.0m，二序槽除接头孔外，槽段中间引一个孔，共3个孔，由于采用了提拔力更大的SG60抓斗，部分槽段抓斗直接施工到墙底成槽；二是部分槽段引孔后抓斗不能施工到底的，剩余部分采用徐工XTC8055成槽；三是旋挖钻密排引孔，最后用刷壁器修边成槽。

根据已完成的20幅连续墙统计，徐工XR360、中联ZR360旋挖钻引孔单孔32.5m平均10个小时，宝峨38旋挖钻单孔平均约6h，液压抓斗平均可以施工至29m，每刀有效作业时间用时7～8h，徐工XTC8055双轮铣平均每小时进尺0.8m，各种机械平均每个槽段总有效作业用时超80h。

旋挖钻+抓斗+双轮铣配合成槽存在以下影响成槽工效的因素：

2.2.1 旋挖钻引孔垂直度控制难度高，在20m以下往往存在偏孔，给液压抓斗施工增加了难度，抓斗和双轮铣每一刀纠偏用时都在5h以上。

2.2.2 利用宝峨BG38采用密排引孔直接成槽的方法做了一个试验槽段（E4），作业用时50h，随后采用刷壁器修边，但出现卡钻，没有成功，随后重新采用徐工XTC8055双轮铣修边。

2.2.3 徐工XTC8055双轮铣最初采用标准截齿轮毂施工一个槽段，抓斗施工至16m，但16m以下双轮铣施工糊轮严重，平均每小时提刀架清理泥饼一次，最高频率达一个台班16次，平均每30min一次，该槽段总耗时8d，且垂直度偏差较大，回填后重新采用冲孔桩机成槽。后其他槽段采用板齿轮毂，大大减少了糊轮几率。平均每个槽段糊轮次数不到1次，有一半的槽段自始至终都没有出现糊轮。

2.3 冲抓结合成槽

沙溪站北端左线盾构井采用抓铣结合完成一序槽段，二序槽段采用了冲抓结合的成槽方法，利用冲孔桩机处理工字钢接头孔，再于中间位置引一个主孔，主孔完成后，利用徐工SG600D抓斗成槽，直至抓不动，再利用冲孔桩机成孔，抓斗修边。部分槽段利用冲孔桩机冲主副孔直接成槽。

综合冲孔桩引孔工效，在17m以上部分，每小时进尺0.6m～0.8m，17m以下部分，每小时进尺0.2～0.3m。一幅6.0m标准连续墙，配置两台冲孔桩机和一台徐工SG600D液压抓斗，抓斗平均施工29m，平均施工时长约20h，冲孔桩机约60h，一个槽段有效作业时间80h。

在泥质粉砂岩地层冲抓结合成槽影响成槽工效的最主要因素在于泥质地层的塑性和泥浆的质量。

泥质粉砂岩胶结含丰富泥质和钙质，在冲锤冲击破裂后，浸水软化，在泥浆浓度和黏度较高的情况下，泥浆携带的颗粒难以及时沉淀分离，高浓度的泥浆又不能为碎屑及时提供水分软化稀释，致使冲击破碎后的岩屑不能及时通过泥浆循环带离接触面，经反复冲击挤压后，形成具有一定弹性的胶体，冲锤与岩面之间由于这部分胶体的缓冲，会大大降低冲锤对岩石的破碎能力，犹如弹簧，致使冲击成孔进尺缓慢。增加泥浆分离设备、及时加水稀释改善泥浆性能，有助于增加成孔的效率[3]。