TRD 工法施工对连续墙周边土体的影响研究

赵 乾

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，哈尔滨 150000）

TRD 工法也称为等厚度水泥土墙施工法[1-2]，该方法的原理是：在垂直的位置安装链锯式刀具，随着刀具的移动，会在垂直的位置上旋转，并在旋转的过程中，不断地把土体和水泥浆混合在一起，最终构建出满足要求的墙壁。近年来，TRD 技术已被广泛应用于各种场合，如在特殊的地质情况或复杂的外部环境中，能为地铁车站的深基坑提供防洪措施等。这种技术的优势在于，它的结构较为简单，并能够提供良好的抗震能力。在TRD 工法墙的建造过程中，由于切割机的运行和混凝土的流动，加上固化剂的添加和结硬所花费的时间，都可能引起土体的变形，从而给周围环境带来不利的影响[3-5]，为了减少这种不利的后果，应该加强对TRD 工法墙建设过程中影响机理的探索和分析。

经由吴国明、朱莉莉、谢兆良和王卫东等的研究[6-9]，对TRD 工法墙的施工周边环境的影响进行了详细地观察，并对其产生的变形进行了深入地研究，从而揭示出其中的规律性；此外，他们还运用有限元技术[9]，对TRD工法施工期间的土体侧向位移和地表沉降进行了仿真，其结论也基本一致。本文通过有限元模拟，研究了TRD工法墙建设工地的地面和地下空间的变化情况。通过有限元模拟和监测，探究该施工方法对周围土体的影响。

1 工程概况

杭州富阳区桂花西路站—秦望广场站连接通道预埋工程，出桂花西路站后沿金桥南路向南敷设，在秦望路与金桥南路交口折向东沿秦望路敷设至秦望广场站，隧道侧穿既有综合管廊、城市花园小区住宅及山水美庐小区住宅。区间采用盾构法施工，桂花西路站端区间顶覆土厚度为12.45 m，秦望广场站端区间顶覆土厚度为29.9 m。区间在秦望路与文教路交叉口左下方地块左右线各设置1 口盾构检查井，检查井施工保护措施为，在检查井外侧打设一圈800 mm TRD 加固止水。内侧采用Φ800@500 mm 三重管高压旋喷桩加固土体，加固深度至隧底以下3 m。区间隧道下穿既有市政通道，盾构穿越市政通道800 mm 地下连续墙。

2 施工方法

2.1 导向钢板布置

由于施工场地需要硬化道路，在场地硬化前先将止水帷幕的平面位置按照施工图纸上的坐标用全站仪放样出来并做好点位的保护，然后按照平面位置开挖沟槽。沟槽的宽度要比止水帷幕的宽度要宽，沟槽宽度和深度均为1 m。沟槽开挖完成后进行吊放预埋箱的位置开挖，吊放预埋箱开挖尺寸为深度3 m，长度2 m，宽度1 m。

2.2 机械设备安装

TRD 桩法机及配套设备进场后进行组装，组装前通知监理进行现场监督，TRD 桩法机由专业人员进行组装，组装完成后出具合格证书。组装完成后的桩机包含竖向导向架、横向门型框架、背部斜撑、操作室、链状刀具和刀具立柱。桩机组装完成后进行桩机的调试和后台设备的安装及调试。

2.3 浆液制作

浆液拌制采用全自动拌浆设备，可根据现场实际施工情况进行配合比的调整，以最佳的浆液质量进行施工。为预防水泥浆液产生离析现象，在拌制水泥浆时严格按照水灰比进行拌制，水泥浆液拌制使用检验合格的水泥及干净的水，水泥浆拌制时不得出现停顿拌浆要连续。压浆阶段输浆管道不能堵塞，不允许发生断浆现象，如由于机械故障出现断浆，应立即组织人员进行抢修，并及时对浆液加强搅拌，防止浆液离析，影响工程质量。浆液出现离析，必须立即分析原因并采取加强搅拌、加入添加剂等相应措施，如离析严重，经过处理后浆液仍然达不到相关要求时，该罐浆液必须废弃。

2.4 桩机挖掘

在硬化完成的路面上放样出止水帷幕的结构边线并做好标记及保护，并在TRD 主机行驶侧放置定位型钢。用吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴，利用支撑台固定。TRD 主机移动至预埋穴位置连接切割箱，在进行切割箱连接时将测斜仪安装在切割箱内。

桩机与切割箱连接直至带有随动轮的链状刀具节抵达止水帷幕地标高时，进行土体先行挖掘与切割。若开始切割位置有已完成的墙体，切割时需与墙体搭接30～50 cm。桩机沿沟槽方向横向移动，桩机移动速度控制在30～60 min/1.2 m。没有型钢位置最大移动长度不超过9.6 m，有型钢位置最大移动长度不超过7.2 m。在移动过程中根据现场情况选择向上或向下的切割方式，在切割过程中由刀具底部喷射切割液，浆液喷射压力控制在1～2 MPa 内。切割至指定位置后停止切割，然后进行后撤挖掘。

先行挖掘至指定位置时停止喷浆，然后按30～50 min/1.2 m的速度进行后撤切割搅拌，在后撤搅拌时不需要喷射切割液。后撤至先行切割位置后停止搅拌，然后进行固化液的注入。

2.5 搅拌成墙

后撤切割搅拌至先行挖掘处时停止切割搅拌，然后进行固化液的注入施工。在注入固化液前，对水泥浆液进行检测，满足要求后方可进行固化液注入搅拌成墙作业。固化液注入时桩机移动速度控制在34～69 min/1.2 m，喷浆时喷浆压力控制在8～10 MPa，喷浆速率控制在2.27～4.62 min/t，水泥施工过程中一旦出现冷缝则在接缝处对已成墙重新切割搅拌，切割搅拌搭接的长度不少于1 m 以确保止水效果。

2.6 切割箱拔出

切割箱拔出分为墙内拔出和墙外拔出，检查井TRD 加固第3 段、第7 段采用外拔，其余的采用内拔。链状刀具拔出过程中，要控制固化液的填充速度和链状刀具的上拔速度，保持固化液、混合泥浆液面平稳，避免液面下降或泥浆溢出。链状刀具拔出后用高压清洗机对刀具进行清洗。

3 有限元模拟

近年来，随着计算机科学的飞速进步，许多新的分析方法也被引入到了岩土领域。其中，有限元法是一个重要的分析方法，它不仅适合处理非线性、多样化的物理现象，而且还适合分析多样的边缘结构，因此，有限元法在岩土领域的研究中具有重要的意义。通过使用Abaqus 软件，可以通过模拟和实际测量来评估TRD 工法墙的施工所带来的土壤和地表的变化，从而更好地了解其如何影响到周围的环境。

3.1 本构模型选取

本研究旨在探讨TRD 工法墙施工过程中土体本构模型的应用，其中摩尔库伦模型、修正剑桥模型和Plaxis Harding Soil 模式均可作为有效的参考，为岩土工程中的土体变形研究提供有效的理论支撑。摩尔库伦断层理论认为，如果施加的应力大于特定位置的抗拉能力，那么这个位置将不可避免地受到损伤。Abaqus模拟采用了一种新的断层理论，基于传统的Mohr-Coulomb 断层理论，并考虑了黏结力的不均匀分布以及材料的弹塑性变形。

3.2 数值模拟

3.2.1 计算模型的建立

杭州富阳区桂花西路站—秦望广场站基坑TRD 工法墙的墙深10.5 m，墙厚0.85 m。根据工程现场的勘察资料可知，土层情况见表1，以粉土和粉质黏土为主。

表1 土层计算参数 m

1）有限元模型。如图1 所示，建立了一个60.85 m×50 m 的二维模型，其中竖直深度为50 m，沿墙厚方向取值为60.85 m×50 m，并且根据表1，将TRD 工法墙放置在模型的中心位置，以便更好地分析和研究土体结构。

图1 有限元模型图

2）有限元模型网格。有限元计算的准确性取决于网格的精确度，而精确度的选择又取决于网格的宽窄，若是太宽，则可能会影响结果的准确性，而太窄则可能增加计算成本，从而降低模拟的可靠性。为了更好地探索地质构造，应该将网格依据不同地质条件精确划分，以便更好地捕捉地质构造的特征。特别是，应该更加关注地质构造的中心部分，以及周边的地质构造。本文有限元模拟中使用了CPE8R 单元。在进行网格划分的过程中，从密集到稀疏，如图2 所示。

图2 网格划分图

3）始应力场的模拟。确立一个合理的初始应力值对于数值模拟分析至关重要，这样才能够有效地模拟出自然界中的地应力特征，包括由于地应力特征的作用，地表的变化和沉淀，还有地表的扭曲和变化，以减少由于地应力特征的作用，对于数值模拟分析的准确度和可信度造成的负面影响。因此，为了进行TRD 工艺的有限元模拟，必须首先进行地应力平衡，这可能包括使用重力来进行平衡。根据实际情况来调整地应力，并且可能会改变地面的位置。为了实现这一目标，使用Geostatic 进行地应力的平衡。

3.2.2 地表沉降结果及分析

为了与实测结果进行更好地比较，选取模型中距离距离墙体（槽段）1、3、5 m 处的地表沉降与对应沉降实测点DB1、DB2、DB3 的实测值对比，结果如图3 所示。

图3 地表沉降模拟与实测值对比曲线图

由图3 可知，由数值模拟得到的地表沉降与实测值的变化趋势基本相同，3 个点均是先隆起再逐渐回落，距离墙体（槽段）越远，地表隆起和回落越小。DB1、DB2、DB3 三个沉降实测点的最大隆起值分别为7.1、7.02、5.65mm，相对应的模拟值依次为3.06、1.74、1.64mm，由于在模拟过程中对部分条件进行简化，使得模拟地表沉降值总体上比实测值略小。

4 结论

本文简要介绍了TRD 工法墙的施工方法，并利用Abaqus 有限元软件模拟计算了TRD 工法墙施工引起的周边土体变形，进行了模拟值与实测值的对比分析。主要结论如下：

1）通过Abaqus 对TRD 施工过程模拟的结果分析，可以看出，体侧向位移和地表沉降的模拟值与实测值较为吻合，变化趋势基本相同，数值模拟能较为准确反映土体变形的规律，说明本次采用的计算模型是合理的，符合实际工程情况。

2）从整体数据看，深层土体水平位移的模拟值偏大，地表沉降的模拟值偏小，这是由于TRD 工法墙施工会受很多复杂因素的影响，数值模拟时一些条件进行了简化，因此会对模拟结果产生一定的影响。