CN110984132B - 复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法 - Google Patents

复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，通过地质勘察资料，建立三维地质模型，直观分析拟建地下连续墙各槽段的土层强度，结合各成槽施工机械在不同土层中施工工效，形成反映成槽机械施工进尺深度的三维可视化地层模型，合理选择成槽施工机械，提高施工效率；通过导出成槽机械进尺深度作业表单，直接用于指导现场成槽施工作业，预控槽孔终孔深度，在提高地下连续墙成槽效率的同时，保证成槽的施工质量；通过优化了地下连续墙的施工流水计划，合理提升了各成槽机械的台班利用率。

Description

复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法
技术领域
本发明涉及地下连续墙施工技术领域，特别是涉及复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法。
背景技术
在现代化高层建筑的地下支护结构选型当中大致可分为支护排桩或地下连续墙，辅以钢筋混凝土内支撑或预应力锚索；但由于华南沿海地区，地下水位普遍较高，且城市建筑密集，地下轨道交通发达，对地下结构及基坑的安全等级，防水要求也越来越高。因此，在城市建筑密集或地下轨道交通周边的工程项目中，常选用防水性能好，结构安全性更强的地下连续墙支护结构体系。
地下连续墙作为一种基坑支护技术，由于它具有刚度大、强度高、施工机械化程度高，劳动强度低等优点，正广泛应用于深基坑支护之中。
目前，地下连续墙有多种的成槽设备可进行成槽施工，有冲孔桩机成槽、液压抓斗成槽、双轮铣槽机标准齿成槽、双轮铣槽机锥形齿成槽、双轮铣槽机球齿成槽，在不同的地质条件下有不同的成槽优势。在复杂的多土层，如地质夹层(上下层为软土层，夹层为硬土层；或上下层为硬土层，夹层为软土层)的地质条件下，选择合适的成槽设备直接关系到地下连续墙施工的成败，选择了不合适的成槽设备，往往会造成施工效率低、质量差的工程问题。因此，如何选择最优的成槽机械，合理安排地下连续墙成槽机械与钻头的施工顺序，提高地下连续墙施工的成槽效率及质量，已成为现代高层建筑地下连续墙施工的重点和难点。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法。
复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，包括以下步骤，
步骤1：根据地质勘查资料，建立BIM三维地质模型，分析地下连续墙各槽段各土层厚度；
步骤2：分析各土层适用的成槽施工机械，并分析各成槽施工机械在各土层中的成槽工效，得出土层与对应的成槽机械的工效分析表，并根据工效分析表选择各土层的最优成槽机械；
步骤3：根据工效分析表，对各槽段的地质夹层的成槽施工机械进行优化选择；.
步骤4：根据BIM三维地质模型和各土层的最优成槽机械选择，形成反映成槽机械施工进尺深度的三维地层模型；
步骤5：形成各槽段各成槽施工机械的进尺深度作业表单；
步骤6：通过进尺深度作业表单结合成槽机械在各土层中的成槽工效，测算各槽段各成槽机械的台班损耗量，以及使用成槽机械的先后顺序；
步骤7：综合现场情况制定流水施工计划；
步骤8：成槽施工，安放钢筋笼，浇筑混凝土。
本发明所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，通过地质勘察资料，建立三维地质模型，直观分析拟建地下连续墙各槽段的土层强度，结合各成槽施工机械在不同土层中施工工效，形成反映成槽机械施工进尺深度的三维可视化地层模型，合理选择成槽施工机械，提高施工效率；通过导出成槽机械进尺深度作业表单，直接用于指导现场成槽施工作业，预控槽孔终孔深度，在提高地下连续墙成槽效率的同时，保证成槽的施工质量；通过优化了地下连续墙的施工流水计划，合理提升了各成槽机械的台班利用率。
进一步地，在步骤1中，根据地质勘查资料和BIM三维地质模型，在地下连续墙各槽段的位置设置剖切面，分析对应地下连续墙槽段的土层厚度与土体天然单轴抗压强度分布范围。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过分析对应地下连续墙槽段的土层厚度与土体天然单轴抗压强度分布范围，为成槽施工机械的选择提供更合理的依据。
进一步地，在步骤3中，通过比较各槽段的地质夹层的上下层最优成槽机械与夹层最优成槽机械在夹层中所需的成作业间，判断在各槽段的地质夹层中是否需要更换成槽机械，若夹层最优成槽机械在夹层中的作业时间大于上下层最优成槽机械在夹层中的作业时间，则在夹层施工中不需要更换成槽机械，公式如下：
Figure BDA0002333517980000021
Figure BDA0002333517980000022
其中，A为上下层最优成槽机械，B为夹层最优成槽机械。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过比较各槽段的地质夹层的上下层最优成槽机械与夹层最优成槽机械在夹层中所需的成作业间，判断在各槽段的地质夹层中是否需要更换成槽机械，预控最优成槽机械的选择，成槽施工衔接更顺畅，提高成槽施工的效率。
进一步地，在步骤8中，当使用抓斗机成槽时，对冲击钻主孔完成后的岩面以上位置进行挖掘，或者直接抓土，以及对岩面以下钻劈成槽的部位进行清孔成槽。
进一步地，当使用抓斗机成槽时，施工过程中通过液压抓斗纠偏系统调整抓斗的垂直度，以控制成槽精度。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过液压抓斗纠偏系统调整抓斗的垂直度，其工作性能稳定，能保证抓斗挖出的地槽的直线度和垂直度符合要求。
进一步地，当使用抓斗机成槽时，成槽的垂直度通过操控平台显示。
采用上述进一步方案的有益效果是，成槽的垂直度通过操控平台显示，可更直观地检查成槽的垂直度，可及时纠偏。
进一步地，当使用铣槽机成槽时，铣槽机成槽质量控制工序为：1)铣槽机开槽定位控制；2)垂直度控制；3)成槽速度控制。
进一步地，铣槽机开槽定位控制时，在铣槽机放入导墙前，先将铣槽机的铣轮齿最外边对准导墙顶的槽段施工放样线，铣轮两侧平行连续墙导墙面，待铣轮垂直放入导墙槽中再用液压固定架固定铣槽机导向架，固定架固定在导墙顶，确保铣刀架上部不产生偏移，保证铣槽垂直。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过铣槽机开槽定位控制，可确保铣刀架上部不产生偏移，保证铣槽垂直。
进一步地，在垂直度控制时，操作室操控平台电脑始终显示成槽的垂直度，保证成槽的垂直度在设计及有关规范以内，如有超出垂直度偏差的，可利用25t吊车对刀架单边吊放进行纠偏，直至修正到地连墙垂直度在允许范围之内。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过垂直度控制，保证了成槽的质量。
进一步地，在成槽速度控制时，为保证成槽的垂直度，在开槽及铣槽机导向架深度内，控制进尺稍慢，保证开槽的垂直度，在进入岩层时为防止同一铣刀范围内岩层高差较大，两边铣轮受力不同容易出现偏斜，更要控制好进尺，尽量控制进尺偏慢，保证成槽垂直度在设计及有关规范允许范围内。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法流程图；
图2为本发明的BIM三维地质模型示意图；
图3为本发明的地下连续墙槽段的土层厚度与土体天然单轴抗压强度分布图。
图中：11、杂填土层；12、淤泥层；13、粉砂细沙及全风化层；14、强风化层；15、中风化层。
具体实施方式
请参阅图1至图3，本实施例的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，包括以下步骤，
步骤1：根据地质勘查资料，建立BIM三维地质模型，分析地下连续墙各槽段各土层厚度；具体参阅图2，该图为BIM三维地质模型示意图，其包括杂填土层11、淤泥层12、粉砂细沙及全风化层13、强风化层14、和中风化层15；
进而，具体参阅图3，根据地质勘查资料和BIM三维地质模型，在地下连续墙各槽段的位置设置剖切面，分析对应地下连续墙槽段的土层厚度与土体天然单轴抗压强度分布范围，为成槽施工机械的选择提供更合理的依据。
步骤2：分析各土层适用的成槽施工机械，并分析各成槽施工机械在各土层中的成槽工效，得出土层与对应的成槽机械的工效分析表，参阅下表1，并根据工效分析表选择各土层的最优成槽机械；
Figure BDA0002333517980000041
表1土层与对应的成槽机械的工效分析表
根据土层与对应的成槽机械工效分析表，得出：
①杂填土层、淤泥层和粉砂细沙及全风化层部分，选择液压抓斗机成槽；
②强风化层(泥岩，约8～15Mpa)，选择标准齿铣槽机成槽；
③中风化层(泥岩，约15～25Mpa)和中风化层(砂岩，约25～60Mpa)，选择锥齿铣槽机成槽。
步骤3：根据工效分析表，对各槽段的地质夹层的成槽施工机械进行优化选择；
具体的，通过比较各槽段的地质夹层的上下层最优成槽机械与夹层最优成槽机械在夹层中所需的成作业间，判断在各槽段的地质夹层中是否需要更换成槽机械，若夹层最优成槽机械在夹层中的作业时间大于上下层最优成槽机械在夹层中的作业时间，则在夹层施工中不需要更换成槽机械，公式如下：
Figure BDA0002333517980000051
Figure BDA0002333517980000052
其中，A为上下层最优成槽机械，B为夹层最优成槽机械；
以“中风化”硬夹层为例，现场情况为：
①上层土为“强风化(泥岩，8～15Mpa)”，标准齿最优；
②夹层土为“中风化(泥岩，15～25Mpa)”，锥齿最优；
③下层土为“强风化(泥岩，8～15Mpa)”，标准齿最优；
④夹层土“中风化(泥岩，15～25Mpa)”的成槽机械工效分别为，标准齿0.25m/h，锥形齿0.30m/h。
⑤当中风化夹层“B成槽机作业时间(锥齿)”＜“A成槽机作业时间(标准齿)”时，建议更换锥齿铣轮成槽。
⑥现场铣槽机换铣轮时间需1.2h；
Figure BDA0002333517980000053
解得，当夹层土层(中风化)厚度h＞3.6m时，则选择换锥齿铣轮。
步骤4：根据BIM三维地质模型和各土层的最优成槽机械选择，形成反映成槽机械施工进尺深度的三维地层模型；
步骤5：形成各槽段各成槽施工机械的进尺深度作业表单，参阅下表2；
Figure BDA0002333517980000054
Figure BDA0002333517980000061
Figure BDA0002333517980000071
表2各成槽施工机械的进尺深度作业表单
步骤6：通过进尺深度作业表单结合成槽机械在各土层中的成槽工效，测算各槽段各成槽机械的台班损耗量，以及使用成槽机械的先后顺序；
步骤7：综合现场情况制定流水施工计划；
步骤8：成槽施工，安放钢筋笼，浇筑混凝土；
具体的，当使用抓斗机成槽时，对冲击钻主孔完成后的岩面以上位置进行挖掘，或者直接抓土，以及对岩面以下钻劈成槽的部位进行清孔成槽；施工过程中通过液压抓斗纠偏系统调整抓斗的垂直度，以控制成槽精度，成槽的垂直度通过操控平台显示；
具体的，当使用铣槽机成槽时，铣槽机成槽质量控制工序为：
1)铣槽机开槽定位控制；铣槽机开槽定位控制时，在铣槽机放入导墙前，先将铣槽机的铣轮齿最外边对准导墙顶的槽段施工放样线，铣轮两侧平行连续墙导墙面，待铣轮垂直放入导墙槽中再用液压固定架固定铣槽机导向架，固定架固定在导墙顶，确保铣刀架上部不产生偏移，保证铣槽垂直；
2)垂直度控制；在垂直度控制时，操作室操控平台电脑始终显示成槽的垂直度，保证成槽的垂直度在设计及有关规范以内，如有超出垂直度偏差的，可利用25t吊车对刀架单边吊放进行纠偏，直至修正到地连墙垂直度在允许范围之内；
3)成槽速度控制；在成槽速度控制时，为保证成槽的垂直度，在开槽及铣槽机导向架深度内，控制进尺稍慢，保证开槽的垂直度，在进入岩层时为防止同一铣刀范围内岩层高差较大，两边铣轮受力不同容易出现偏斜，更要控制好进尺，尽量控制进尺偏慢，保证成槽垂直度在设计及有关规范允许范围内。
相对于现有技术，本发明通过地质勘察资料，建立三维地质模型，直观分析拟建地下连续墙各槽段的土层强度，结合各成槽施工机械在不同土层中施工工效，形成反映成槽机械施工进尺深度的三维可视化地层模型，合理选择成槽施工机械，提高施工效率；通过导出成槽机械进尺深度作业表单，直接用于指导现场成槽施工作业，预控槽孔终孔深度，在提高地下连续墙成槽效率的同时，保证成槽的施工质量；通过优化了地下连续墙的施工流水计划，合理提升了各成槽机械的台班利用率。
另外，本发明通过比较各槽段的地质夹层的上下层最优成槽机械与夹层最优成槽机械在夹层中所需的成作业间，判断在各槽段的地质夹层中是否需要更换成槽机械，预控最优成槽机械的选择，成槽施工衔接更顺畅，提高成槽施工的效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1：根据地质勘查资料，建立BIM三维地质模型，分析地下连续墙各槽段各土层厚度；
步骤2：分析各土层适用的成槽施工机械，并分析各成槽施工机械在各土层中的成槽工效，得出土层与对应的成槽机械的工效分析表，并根据工效分析表选择各土层的最优成槽机械；
步骤3：根据工效分析表，对各槽段的地质夹层的成槽施工机械进行优化选择；.
步骤4：根据BIM三维地质模型和各土层的最优成槽机械选择，形成反映成槽机械施工进尺深度的三维地层模型；
步骤5：形成各槽段各成槽施工机械的进尺深度作业表单；
步骤6：通过进尺深度作业表单结合成槽机械在各土层中的成槽工效，测算各槽段各成槽机械的台班损耗量，以及使用成槽机械的先后顺序；
步骤7：综合现场情况制定流水施工计划；
步骤8：成槽施工，安放钢筋笼，浇筑混凝土。
2.根据权利要求1所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，在步骤1中，根据地质勘查资料和BIM三维地质模型，在地下连续墙各槽段的位置设置剖切面，分析对应地下连续墙槽段的土层厚度与土体天然单轴抗压强度分布范围。
3.根据权利要求1所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，在步骤3中，通过比较各槽段的地质夹层的上下层最优成槽机械与夹层最优成槽机械在夹层中所需的作业时间，判断在各槽段的地质夹层中是否需要更换成槽机械，若夹层最优成槽机械在夹层中的作业时间大于上下层最优成槽机械在夹层中的作业时间，则在夹层施工中不需要更换成槽机械，公式如下：
Figure FDA0002889780420000011
Figure FDA0002889780420000012
其中，A为上下层最优成槽机械，B为夹层最优成槽机械。
4.根据权利要求1所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，在步骤8中，当使用抓斗机成槽时，对冲击钻主孔完成后的岩面以上位置进行挖掘，或者直接抓土，以及对岩面以下钻劈成槽的部位进行清孔成槽。
5.根据权利要求4所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，当使用抓斗机成槽时，施工过程中通过液压抓斗纠偏系统调整抓斗的垂直度，以控制成槽精度。
6.根据权利要求5所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，当使用抓斗机成槽时，成槽的垂直度通过操控平台显示。
7.根据权利要求1所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，当使用铣槽机成槽时，铣槽机成槽质量控制工序为：1)铣槽机开槽定位控制；2)垂直度控制；3)成槽速度控制。
8.根据权利要求7所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，铣槽机开槽定位控制时，在铣槽机放入导墙前，先将铣槽机的铣轮齿最外边对准导墙顶的槽段施工放样线，铣轮两侧平行连续墙导墙面，待铣轮垂直放入导墙槽中再用液压固定架固定铣槽机导向架，固定架固定在导墙顶，确保铣刀架上部不产生偏移，保证铣槽垂直。
9.根据权利要求7所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，在垂直度控制时，操作室操控平台电脑始终显示成槽的垂直度，保证成槽的垂直度在设计及有关规范以内，如有超出垂直度偏差的，利用25t吊车对刀架单边吊放进行纠偏，直至修正到地连墙垂直度在允许范围之内。
10.根据权利要求7所述的复杂地质条件下地下连续墙成槽的施工方法，其特征在于，在成槽速度控制时，为保证成槽的垂直度，在开槽及铣槽机导向架深度内，控制进尺稍慢，保证开槽的垂直度，在进入岩层时为防止同一铣刀范围内岩层高差较大，两边铣轮受力不同容易出现偏斜，更要控制好进尺，尽量控制进尺偏慢，保证成槽垂直度在设计及有关规范允许范围内。
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