徐州地鐵學院東路站復雜地質(zhì)條件下多機械組合地連墻施工技術

徐州地鐵學院東路站復雜地質(zhì)條件下多機械組合地連墻施工技術徐州地鐵學院東路站復雜地質(zhì)條件下多機械組合地連墻施工技術

1.項目概況

徐州地鐵1號線一期項目學院東路站處于徐州市云龍區(qū)和平大道與學院路交叉口西側(cè)綠地內(nèi)，沿和平大道與三八河之間綠化帶東西向布置，為地下兩層〔下穿三道中河處一層〕島式車站，站臺寬度11m，車站有效站臺中心里程：DK17+728.800。車站主體結(jié)構(gòu)外包尺寸為：長262.2m，寬26.5m〔站臺中心處〕；車站頂板覆土約2.1m，車站規(guī)范段基坑深度約為15.7～16.4m，西端頭井基坑深度約為17.9m，東端頭井基坑深度約為18.4m。

根據(jù)項目地質(zhì)和水文情況，結(jié)合學院東路站周邊環(huán)境，經(jīng)過經(jīng)濟技術比選，地下連續(xù)墻墻底入巖3～5m，基坑分段及地下連續(xù)墻設計參數(shù)詳見下表：

該車站主體圍護結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土撐持、鋼撐持圍護體系，明挖順作法，共101幅墻，分A〔17幅〕、B〔52幅〕、C〔18幅〕、D〔3幅〕、E〔11幅〕型四種墻。地下連續(xù)墻接頭形式采用H型鋼剛性接頭，地下墻混凝土設計強度等級為C35〔水下〕，主筋愛護層厚度70mm；鋼筋采用HRB400。圖1為學院東路站平面布置圖。

2.項目地質(zhì)及水文情況

學院東路站主要地質(zhì)為老黏土與石灰?guī)r。據(jù)現(xiàn)場實際勘探情況，0-3米為雜填土，3-6米為粉質(zhì)粘土，6-9米為可塑狀態(tài)老黏土，9-15米為硬塑狀態(tài)老黏土，15-24米為中風化石灰?guī)r；地下水位埋深1.4--3.2m，主要為潛水和承壓水，受外界和三八河水補給。圖2為本車站地質(zhì)剖面圖。

3.特殊地質(zhì)

根據(jù)勘探數(shù)據(jù)顯示大局部巖層有溶洞、暗流間隙，尤其車站西北側(cè)溶洞夾泥表現(xiàn)較明顯，為確保后期成槽質(zhì)量及施工機械平安，采用注漿加固措施。由詳勘報告中得知，巖石最大飽和抗壓強度為51.83Mpa，現(xiàn)場實地巖溶勘查三道中河以東飽和抗壓強度平均值為82MPa，最大到達105Mpa，三道中河以西巖石抗壓強度最大為53Mpa。圖3為溶洞布置示意圖及檢測報告。

4.成槽的不利因素

4.1雜填土

該層強度低，壓縮性高，結(jié)構(gòu)渙散，物理力學性質(zhì)差，滲透性大，自穩(wěn)性差，對基坑開挖、支護及止水影響較大。如果采用沖孔樁機施工，易發(fā)生偏孔現(xiàn)象；假設采用成槽機成槽，那么開挖時可能會發(fā)生地面沉降、導墻變形，導墻下部塌槽，甚至可能卡斗、成槽偏位等嚴重質(zhì)量事故，且成孔工效極為遲緩，在工期較短的情況下，進度無法得到保障。

4.2中風化石灰?guī)r層

該巖層部分飽和抗壓強度較高，平均值為82MPa，最大到達105Mpa。在該巖層中成槽施工，常規(guī)成槽機機械成槽速度遲緩，無法保證地下連續(xù)墻施工進度要求；又因該巖層裂隙較發(fā)育，部分有溶洞，其中有粘性土、碎石等填充，在地下連續(xù)墻施工過程中會引起槽段內(nèi)泥漿液面急劇下降，極易造成槽段內(nèi)上部土層塌方，導致成槽失敗、和平大道右車道路面大面積開裂、成槽機械傾斜、抓斗被埋等事故，極為不利于地連墻成槽。

5.巖溶勘察及其注漿處理情況

5.1巖溶勘察情況

學院東路站地下連續(xù)墻巖溶勘察鉆孔187孔，其中181孔存在溶洞、裂隙現(xiàn)象，見孔率為98.4%，鉆孔過程中存在漏水、漏漿甚至掉鉆情況。圖4為巖溶勘察及相關記錄情況。

5.2注漿情況統(tǒng)計及地連墻施工效果

巖溶勘察過程中181孔存在溶洞、裂隙，采用注水泥漿加固處理，個別特殊孔采用水泥水玻璃雙液漿進行處理。187孔總注漿量為1419m3，單孔最大注漿量為26.1m3，單孔注漿次數(shù)最大為5次。注漿后地下連續(xù)墻施工過程中未出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，注漿效果到達設計要求，保證了地下連續(xù)墻施工順利推進。圖5為注漿過程。

6.成槽機械的分析

現(xiàn)階段國內(nèi)應用于地下連續(xù)墻成槽的施工機械大多為沖擊鉆、液壓抓斗成槽機、雙輪銑槽機、旋挖機等，下列結(jié)合學院東路站常規(guī)成槽機械的單一施工情況對這些機械的施工性能進行分析。

6.1單一成槽機械的應用及工效分析

〔1〕沖擊鉆樁機應用情況

〔2〕旋挖機應用情況

〔3〕液壓抓斗成槽機應用情況

〔4〕雙輪銑槽機應用情況

6.2多種機械組合施工工藝及工效分析

由于前期沖擊鉆機成槽效率不理想，工期滯后。經(jīng)工期、本錢綜合考慮，后采用上海金泰SG46液壓抓斗成槽機+沖擊鉆機和SG46液壓抓斗成槽機+XTC80雙輪銑槽機配合施工，多種機械組合施工的成槽方式，形成流水施工作業(yè)面，頂峰期上沖擊鉆機達20臺，最終按期完本錢站地下連續(xù)墻的施工。

6.2.1多種機械組合施工成槽工藝

〔1〕組合成槽施工

a、液壓抓斗成槽機先抓土層，快到巖層時〔預留1-2米粘土有利于沖擊鉆糾偏〕，更換兩臺沖擊鉆機同時沖擊巖層成槽。以沖擊鉆機為主，成槽機為輔，同時用于不同槽段沖擊巖層，使之形成流水施工作業(yè)面。

b、液壓抓斗成槽機直接抓到巖層，立即更換XTC80雙輪銑槽機銑削巖層。

〔2〕成槽機開挖軟土層

成槽機施工時，通過抓斗對強度相對較弱的土層抓土，每一單元槽分三抓成槽，采用跳挖的形式，按先兩側(cè)后中間的順序，直至槽段內(nèi)巖層上1-2m處停止抓槽。成槽示意圖如下：〔3〕銑槽機銑削巖層

在上層軟土層用液壓抓斗成槽機抓至巖層后，再使用雙輪銑槽機銑削下部巖層。雙輪銑槽機參數(shù)如下表所示：

根據(jù)銑槽機參數(shù)，每一單元槽分三銑成槽，采用跳挖的形式，按先兩側(cè)后中間的順序，直至槽段整體到達設計深度。銑槽過程中示意圖如下：

銑槽機施工過程中，機身的垂直度應與槽段軸線一致，并由兩個獨立的測斜儀監(jiān)測，其數(shù)據(jù)由駕駛室內(nèi)的電腦處理并顯示在液晶屏上，從而駕駛員可隨時監(jiān)控并通過改變銑槽機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對銑槽機垂直度的調(diào)整。

6.2.2多種機械組合施工工效分析

采用多種機械組合施工使用的情況下，一幅墻的成槽速率為：使用成槽機施工，平均抓土量約48m3，約須1.62個工時，工效237.11m3/臺班；使用銑槽機施工，平均挖巖量約20m3，約需4個工時，工效=40m3/臺班；使用沖孔樁機施工，平均沖巖量15m3，約需工時16個工時，工效7.5m3/臺班。那么單幅墻成槽時間為46.12個工時，工效為31.2m3/臺班。通過多幅地下連續(xù)墻的流水施工作業(yè)，最快可實現(xiàn)單幅墻成槽僅需28個小時的高效率施工。

6.2.3多種機械組合施工考前須知

多種機械組合成槽技術主要用于地質(zhì)條件復雜的地下連續(xù)墻施工，為真正做到各種機械優(yōu)勢互補、提高工效等方面的優(yōu)勢，還須注意下列幾點：

〔1〕現(xiàn)場施工人員應充沛考慮各種機械施工效率，周密部署、組織協(xié)調(diào)、及時調(diào)度，以確保流水作業(yè)的可持續(xù)性，防止窩工、停滯造成人材機等費用的損失；

〔2〕須提前全盤考慮到各種機械對作業(yè)面的要求，做好前期準備工作，防止“一機一平整〞，將時間浪費在作業(yè)面的準備上；

〔3〕須提前考慮到機械維修的問題，做好前期準備工作，尤其是雙輪銑槽機此類國際先進的機械，須提前考慮到其零部件的維修和更換，做到隨壞隨換。

7.地下連續(xù)墻施工技術控制要點

7.1地下連續(xù)墻施工工藝

7.2泥漿制備與管理

7.2.1泥漿制備指標

7.2.2泥漿的循環(huán)和別離凈化

〔1〕泥漿循環(huán)：現(xiàn)場東西兩端各修筑一個泥漿池，兩個泥漿池利用泥漿管構(gòu)成循環(huán)回路，供應槽段泥漿由西段泥漿池出，槽段內(nèi)漿液回抽至東側(cè)泥漿池，經(jīng)沉淀池沉淀，合乎要求的泥漿泵送至西段泥漿池循環(huán)池內(nèi)供使用，不合乎要求的泥漿那么排入廢漿池，統(tǒng)一外棄。

〔2〕別離凈化：泥漿別離采用泥砂別離器在槽段口處利用空壓機進行反循環(huán)處理，防止了高濃度泥漿〔含巖屑等〕回路長所造成的堵管事故。槽內(nèi)泥漿通過泥砂別離篩、旋流處渣器、雙層震動篩等多級別離凈化，清除巖屑等雜質(zhì)。

〔3〕槽段泥漿置換：經(jīng)泥砂別離后，槽段內(nèi)漿液一般泥漿比重較大，需從西側(cè)循環(huán)池抽漿至槽內(nèi)，通過反循環(huán)將比重較大的泥漿抽排至東側(cè)沉淀池內(nèi)。

7.2.3泥漿質(zhì)量管理控制要點

〔1〕新拌制的泥漿應寄存24h以上，并不斷用泵攪拌，使粘土或膨潤土充沛水化前方可使用；

〔2〕施工過程中抽檢泥漿指標，如果泥漿指標不合乎要求，需對泥漿進行處理或直接排至廢漿池，進行外棄；

〔3〕對嚴重污染及超比重的泥漿作廢漿處理，按徐州地方要求用全封閉運漿車運到指定地點排放，保證城市環(huán)境清潔。

下列圖為對泥漿性能指標進行檢測時的情況：

7.3成槽質(zhì)量控制

多種機械組合施工的成槽質(zhì)量，成槽完成后須通過超聲波的伎倆對槽段深度、槽壁垂直度和接頭垂直度等進行檢測，合乎要求前方可進行后續(xù)工序施工。從檢測結(jié)果來看，但凡用沖擊鉆成槽的槽段出現(xiàn)大大小小不同程度的“大肚子〞現(xiàn)象，給后期施工帶來影響；用雙輪銑槽機成槽的槽段，其垂直度都比擬好，滿足設計及標準要求，下列圖為超聲波檢測情況：

7.4先行幅接頭刷壁

H型鋼接頭槽壁采用特制附著式組合型刷壁器〔鋼刷和毛刷〕進行刷洗，先用鋼刷把H型鋼接頭上的泥土刮刷干凈，然后再用鋼絲毛刷刮刷鋼刷未到的部位。為提高接頭處的抗?jié)B及抗剪性能，對地連墻接頭處反復刷動至少20次，直到刷壁器上無泥為止，保證砼澆筑后密實不滲漏。下列圖為附著式刷壁器刷壁情況：

7.5清底換漿

成槽至設計標高且經(jīng)驗收合格后，采用底部抽吸、頂部補漿的辦法〔氣舉反循環(huán)〕進行置換和清底。確保地連墻墻底沉渣厚度不大于100mm，清孔后槽內(nèi)泥漿性能指標合乎標準及設計要求。下列圖為清底換漿時情況：

7.6鋼筋籠制作及其吊裝控制

7.6.1鋼筋籠制作

施工流程：

搭建制作平臺→工字鋼焊接→鋪設下層水平筋→鋪設下層主筋→放置橫向和豎向桁架筋→鋪設上層水平筋→鋪設上層主筋→放置拉結(jié)筋→放置預埋件及定位墊塊

考前須知：

〔1〕必須按照設計要求配筋，保證鋼筋長度和鋼筋型號的正確。

〔2〕鋼筋采用機械連接，套筒和加工絲扣應合乎標準要求，主筋與水平筋相交處，需點焊。

〔3〕鋼筋籠中應預埋壓頂梁鋼筋接駁器，接駁器應質(zhì)量可靠，絲扣涂油后加蓋密封。

7.6.2鋼筋籠驗收

鋼筋籠驗收分6步驗收：a、鋼筋成品；b、下排鋼筋；c、桁架鋼筋；d、上排鋼筋；e、預埋插筋；f、鋼筋籠整體。嚴格按照設計及標準要求驗收，上圖為鋼筋籠驗收情況：

7.6.3鋼筋籠吊裝

〔1〕吊裝前必須檢查鋼筋籠編號和尺寸是否與槽段對應，檢查預埋管件是否安裝到位；

〔2〕槽段通過驗收后，簽發(fā)吊裝令進行起吊；

〔3〕吊裝過程必須有監(jiān)理和施工管理人員旁站；

〔4〕吊放鋼筋籠必須垂直對準槽中心，吊放速度要慢，不得強行壓入槽內(nèi)，發(fā)現(xiàn)受阻，應及時吊起，經(jīng)處理后重新吊放。下列圖為鋼筋籠吊裝過程情況：

7.7混凝土澆筑質(zhì)量控制

7.7.1澆筑前備

〔1〕鋼筋籠下放完成后，工字鋼外側(cè)下部填筑砂袋，保證填沙袋密實，上部安裝鎖口箱；

〔2〕安裝澆筑混凝土架及導管。

7.7.2混凝土澆筑

〔1〕檢查泥漿指標以及導管離槽底的距離是否合乎標準要求；

〔2〕澆筑混凝土前先放置球塞于導管口，球塞封閉導管，防止混凝土與泥漿結(jié)合，隨混凝土從導管底部返出，并浮至槽頂；現(xiàn)場混凝土罐車必須到達6車以上方可開始澆筑，首灌砼必須連續(xù)澆筑，保證混凝土導管埋深，且兩個導管必須同時澆筑混凝土，使得兩個導管混凝土面標高差不超過50cm，以確?；炷翝仓|(zhì)量；

〔3〕混凝土塌落度控制在200±20mm，并及時留置混凝土試件；

〔4〕在混凝土灌注過程中，每澆筑一定量的混凝土要及時測量一次混凝土面標高，計算導管埋深，澆筑混凝土過程中要確保導管埋深2-6m，嚴禁將導管底端提出混凝土面；填寫好混凝土灌注記錄；

〔5〕控制最后一次混凝土的灌注量，保證混凝土澆筑至要求標高以上。

7.8施工過程中出現(xiàn)的問題及應對措施

〔1〕工字鋼翼板〔10mm〕和腹板〔8mm〕太薄，焊接分布筋過程中工字鋼發(fā)生變形。

原因分析：是焊接時H型鋼受熱集中產(chǎn)生變形，加上腹板較薄。應對措施：采用跳焊，分層焊，防止H型鋼集中受熱產(chǎn)生變形。

〔2〕導管通道處拉鉤筋無法安裝

應對措施：與設計溝通，設計回答可以不安裝。

〔3〕預埋件處鋼筋與導管通道重合

應對措施：與設計溝通，鋼筋彎錨，打拐焊接。

〔4〕焊接方式問題

應對措施：召開專題會議討論，會議決定分布筋及行架筋等采用二保焊，其余吊點及受力部位采用電弧焊。

〔5〕為加強上層分布筋與工字鋼焊接質(zhì)量，上層分布筋布置于工字鋼外側(cè)，腹板降低2cm。

〔6〕壓頂梁預埋鋼筋與導管通道重合局部打拐預埋。

8.結(jié)束語

從學院東路站的地下連續(xù)墻施工情況可以看出，在復雜地質(zhì)條件下〔巖溶裂隙較發(fā)育、分布不均勻、部分巖層較硬等〕施工地下連續(xù)墻，做好施工前的地質(zhì)處理以及施工過程中成槽機械設備的優(yōu)化組合是一種最正確選擇。多種機械組合地下連續(xù)墻施工技術降低了地質(zhì)條件對機械的施工影響，通過組織協(xié)調(diào)，合理安頓施工方案，躲避了單一機械施工對地質(zhì)的適應性要求，在地下連續(xù)墻成槽的整