CN112252332A - 超深竖井地下连续墙成槽施工方法 - Google Patents

超深竖井地下连续墙成槽施工方法 Download PDF

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CN112252332A CN202011083246.1A CN202011083246A CN112252332A CN 112252332 A CN112252332 A CN 112252332A CN 202011083246 A CN202011083246 A CN 202011083246A CN 112252332 A CN112252332 A CN 112252332A
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鹿俊豪
吕鹏洲
刘进进
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Abstract

本发明公开了一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法，旨在解决超深竖井地下连续墙成槽施工速率慢的技术问题。该方法包括以下步骤：（1）测量放样；（2）采用旋挖钻机引孔至墙底，每铣次引两个孔；（3）然后采用液压成槽机开挖软弱土层及全风化岩层；（4）剩余槽身采用双轮铣槽机成槽。本发明针对超深竖井地下连续墙成槽关键技术进行创新优化，对地下连续墙成槽机械进行组合比选，选择最优成槽工法，提高竖井成槽施工效率，降低安全风险，节约工期，具有较高的社会效益。

Description

超深竖井地下连续墙成槽施工方法
技术领域
本发明涉及超深竖井施工技术领域，具体涉及一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法。
背景技术
近年来，随着经济和社会的发展，我国修建的地下隧道工程数量越来越多，地下近地表可利用空间越来越少，近期出现较多因施工造成的地面沉降、突陷的事故，因此接下来深埋隧道、甚至超深埋隧道将成为未来施工主流方向。
超深地下连续墙一般深度都超过40m，施工穿越的土层可能达密实的砂土层或砾石层，当遇较硬土层时施工速度会很慢，甚至根本无法施工，施工的垂直度也无法控制。目前常用的解决方法是：上部软土层部分采用液压抓斗直接成槽，当遇下部硬土层或砾石层改用铣槽机成槽。此种方法可以保证垂直度，但施工工序较多，工期长，造价高，而且技术要求高。
超深埋隧道的施工与超深竖井施工紧密相连，随着竖井深度的增加，其安全风险极其严峻，对其围护结构地下连续墙要求将更高，能否快速安全的完成地下连续墙成槽施工，在地下连续墙槽段稳定的情况浇筑混凝土至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法，以解决超深竖井地下连续墙成槽施工速率慢的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法，包括以下步骤：
(1)测量放样：使用全站仪将地下连续墙各槽段分界线放样在导墙上，使用手持砂轮切割机将分界线使用割槽切缝的形式反应于导墙上；后续施工根据需要经各铣次的位置及钢筋笼的吊放位置进行翻样，使用相同方式进行标记；
(2)采用旋挖钻机引孔至墙底，每铣次引两个孔；所述旋挖机引孔的方法为：先采用截齿砂斗钻进土层，再采用加长旋挖机桶钻，然后采用截齿钻头捞砂，反复施工直至设计墙底；
(3)然后采用液压成槽机开挖软弱土层及全风化岩层；所述液压成槽机成槽的方法为：按槽段成槽划分，分幅施工，每幅连续墙施工时，先抓两侧土体，后抓中心土体，反复开挖直至岩层标高为止；
(4)剩余槽身采用双轮铣槽机成槽；所述双轮铣槽机采用切割轮内的切齿切削岩石，并使之与膨润土悬浮液相混合，利用紧挨所述切割轮的离心泵将碎块悬浮液一同抽吸出开挖槽。
优选的，在所述步骤(2)中，所述加长旋挖机桶钻的钻头底部安装有铣轮刀齿，用于提升钻头钻进能力及导向孔垂直度。
优选的，所述加长旋挖机桶钻的钻头和所述截齿钻头均采用金刚石合金钻头。
优选的，在所述步骤(3)中，挖槽施工前先调整好所述液压成槽机的位置，使得所述液压成槽机的主钢丝绳与所述槽段的中心重合。
优选的，用全站仪双向监控钢丝绳和导杆的垂直度，确保挖完槽后成槽垂直度≤1/300。
优选的，在所述步骤(3)中，挖槽时不断向槽内注入新鲜泥浆，保持距泥浆面在导墙顶面以下0.3m，且高出地下水位0.5m。
优选的，在所述步骤(4)中，所述离心泵不断把泥土和土液混合物抽出并送到泥浆筛分站，将泥土和杂质从泥浆中分离出来，利用泥浆给进泵将重新生成的泥浆液泵回开挖槽内，由此而形成一个封闭回路。
优选的，槽孔终孔时，采用超声波测壁仪检测成槽垂直度，若垂直度偏差＞1/300，则应按要求进行纠偏，直至成槽垂直度偏差≤1/300。
优选的，还包括泥浆制备的步骤，制备方法为：泥浆搅拌前先将水加至搅拌筒1/3后开动搅拌机，在定量水箱不断加水同时，加入膨润土并搅拌后，加入外加剂液继续搅拌；搅拌好的泥浆静置24h后即得。
优选的，所述泥浆原料初定配合比为：膨润土8％～10％、纯碱0.1％、CMC0.25％。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：
1.本发明针对超深竖井地下连续墙成槽关键技术进行创新优化，对地下连续墙成槽机械进行组合比选，选择最优成槽工法，提高竖井成槽施工效率，降低安全风险，节约工期，具有较高的社会效益。
2.本发明采用旋挖钻机、液压成槽机、双轮铣槽机进行成槽工序搭配，形成流水循环作业，发挥各设备的最大功能优势，加快成槽速率，降低了成槽时间过长导致的缩孔、坍孔风险，节约工期。
附图说明
图1为本发明一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法的工艺原理图。
图2为本发明一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法的工艺流程图。
图3为本发明一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法中泥浆重复利用循环流程图。
图4为本发明一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法中旋挖钻机引孔位置示意图。
图5为本发明成槽验收时槽段超声波测壁仪检测结果输出图谱。
以上图中，1为土岩分界，2为旋挖引孔，3为淤泥砂层，4为风化岩层，5为液压成槽机成槽部分，6为双轮铣槽机成槽部分，7为引孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例一：一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法，参见图1和2，超深竖井地下连续墙成槽采用“旋+抓+铣”成槽组合，先使用旋挖钻机引孔至墙底，每铣次引2个孔，然后采用液压成槽机开挖软弱土层及全风化岩层，剩余槽身采用双轮铣槽机成槽。该方法适用于深度超过40m的竖井、入岩深度超过10m的竖井和入岩岩层强度超过30MPa的竖井。具体包括以下步骤：
(1)施工准备：施工场地已完成平整硬化，承载力满足各成槽设备施工需要；施工用水、用电已安装到位，道路已畅通；槽壁加固已完成并各方检测合格；泥浆制备需用的膨润土已到位；施工人员已完成技术交底及安全交底培训。
(2)测量放样：使用全站仪将地下连续墙各槽段分界线放样在导墙上，使用手持砂轮切割机将分界线使用割槽切缝的形式反应于导墙上。后续施工根据需要经各铣次的位置及钢筋笼的吊放位置进行翻样，使用相同方式进行标记。
(3)设备组装：旋挖钻机、液压成槽机、双轮铣槽机已按要求组装，并调试完成，能够正常工作；双轮铣槽机配套设备、管路已组装调试完成；制浆设备已组装调试完成。
(4)泥浆制备与贮存
新泥浆采用膨润土、纯碱、高浓度CMC和自来水作原材料，通过清浆冲拌和混合搅拌拌合而成。根据计算和以往经验，初定配合比为：膨润土8％～10％、纯碱0.1％、CMC0.25％。
泥浆配合比经试验验证后，按照性能指标配制。其性能指标如下表1。
表1泥浆性能指标表
Figure BDA0002718693580000041
按照护壁泥浆性能指标，通过实验确定泥浆配比。泥浆制备设备包括磅称、定量水箱、泥浆搅拌机、药剂贮液桶等。泥浆搅拌前先将水加至搅拌筒1/3后开动搅拌机，在定量水箱不断加水同时，加入膨润土，搅拌3min后，加入外加剂液继续搅拌。搅拌好的泥浆应静置24h后使用。
泥浆贮存采用现场制作的泥浆循环池贮存。
泥浆循环流程参见图3。例如，可根据现场情况采用3kW型泥浆泵在泥浆池内循环，7.5kW型泥浆泵输送，15kW泥浆泵回收。为节约用浆及减少泥浆的排放量，必须对浇灌混凝土时顶托出较好的泥浆进行回收，对性能达不到重复使用要求而又不属废浆的泥浆，经净化和机械处理后，可以重复使用。尽可能提高二次利用率，减少废浆排放量，将环境保护放在重要位置，防止泥浆污染。
泥浆使用一个循环之后，利用泥水处理系统对泥浆进行净化并补充新制泥浆，以提高泥浆的重复使用率。补充泥浆成分的方法是向净化泥浆中补充膨润土等，使净化泥浆基本上恢复原有的护壁性能。泥浆质量控制参见下表2。
表2泥浆检验时间、位置及试验项目表
Figure BDA0002718693580000042
Figure BDA0002718693580000051
(5)旋挖钻机引孔。旋挖钻机承担槽段内引孔任务，减少槽段内渣土数量，并为双轮铣槽机铣轮提供临空工作面。每槽段成槽前使用旋挖机引孔，引孔位置参见图4。先采用截齿砂斗钻进土层，再采用加长旋挖机桶钻(钻头底部焊接安装铣轮刀齿，提升钻头钻进能力及导向孔垂直度)，再采用截齿钻头捞砂，反复施工直至设计墙底，钻头均采用金刚石合金钻头。
(6)液压成槽机成槽。槽段内引孔完成后，液压成槽机承担槽段上部(30m左右)淤泥、砂层、全风化岩层，减少双轮铣槽机铣槽工作量。
按槽段成槽划分，分幅施工，采用液压成槽机三抓成槽法开挖成槽，即每幅连续墙施工时，先抓两侧土体，后抓中心土体，防止抓斗两侧受力不均而影响槽壁垂直度，如此反复开挖直至岩层标高为止。
挖槽施工前，应先调整好成槽机的位置，成槽机的主钢丝绳必须与槽段的中心重合。成槽机掘进时，必须做到稳、准、轻放、慢提，并用全站仪双向监控钢丝绳、导杆的垂直度。挖完槽后用超声波测壁仪进行检测，确保成槽垂直度≤1/300。
挖槽时，应不断向槽内注入新鲜泥浆，保持距泥浆面在导墙顶面以下0.3m，且高出地下水位0.5m。随时检查泥浆质量，及时调整泥浆符合上述指标并满足特殊地层的要求。在成槽施工过程中，若发现槽内泥浆液面降低或浓渡变稀，要立即查明是否因为地下水流入或泥浆随地下水流走所致，并采取相应措施纠正，以确保成槽继续正常进行。
(7)双轮铣槽机铣槽。双轮铣槽机承担槽段超过30米部分成槽施工，主要针对弱风化岩层、花岗岩等岩层。在施工前根据地质勘测情况，确定根据岩层强度选择轮毂、切齿类型，避免因切齿选择不当导致的成槽效率低下。
岩层采用双轮铣槽机成槽施工，双轮铣槽机采用切割轮内的切齿切削岩石，并使之与膨润土悬浮液相混合，利用切齿可以将岩石碴土切割成70～80mm或更小的碎块，利用紧挨切割轮的离心泵将碎块悬浮液一同抽吸出开挖槽。离心泵不断把泥土和土液混合物抽出并送到泥浆筛分站，泥浆处理车间包括除砂器和砾石分离器，将泥土和杂质从泥浆中分离出来，利用泥浆给进泵将重新生成的泥浆液泵回开挖槽内，由此而形成一个封闭回路。
(8)成槽验收
槽孔终孔时，经检查合格后，报告现场监理工程师进行孔位、孔深及孔形全面检查验收；按照设计和规范要求，采用UDM100超声波测壁仪检测成槽垂直度，其输出的检测结果样式参见图5。若垂直度偏差＞1/300，则应按要求进行纠偏，直至成槽垂直度偏差≤1/300。终孔验收合格以后，转入清孔换浆工序。
图5中，X轴方向代表槽段左右方向，纠偏可通过调整两个铣轮的转速及两侧四块侧纠偏板，保证X轴向槽段的垂直度。Y轴方向代表槽段基坑内外方向，纠偏可通过调整前后四块纠偏板及铣轮的摆动角度，保证槽壁垂直度。
清孔质量检查验收在清孔结束后进行，用测绳检测各单槽的孔底淤积厚度，同时用泥浆取样器取孔底泥浆样品进行泥浆三项指标检测。泥浆样品从距离孔底1m处采取。清孔换浆后达到如下标准：槽底沉渣厚度≤10cm；槽内泥浆密度＜1.15g/cm3；清孔验收合格，由现场监理工程师签发清孔验收合格证后，再进行下道工序施工。
质量控制的标准和规范：《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)；《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)；《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)；《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)；《混凝土结构工程施工规范》(GB50666-2011)；《水工混凝土施工规范》(SL677-2014)；《建筑地基工程施工质量验收标准》(GB50202-2018)；《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)；《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准-地基处理与基础工程》(SL633-2012)；《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准-混凝土工程》(SL632-2012)。质量要求如下：
(1)终孔清孔后泥浆性能指标参见下表3。
表3终孔清孔后泥浆性能指标
Figure BDA0002718693580000071
(2)地下连续墙成槽质量检验标准参见下表4。
表4地下连续墙成槽质量检验标准表
Figure BDA0002718693580000072
安全质量方面的有益效果：
1.采用先进机械设备，摒弃原始冲锤造孔，刷壁机成槽，提升成槽效率。
2.减少成槽设备数量投入，原始冲锤造孔，以设备数量取胜，开设较多工作面交叉作业，存在很大安全隐患；且冲锤宜脱落掉入井内，风险很大。
3.冲锤成孔垂直度控制全靠人力，难度较大，容易出现偏差，采用先进设备，数字显示，及时纠偏，确保成槽质量。
4.冲锤冲孔全靠冲锤自重及冲程完成，对周边扰动较大，宜造成坍孔。
5.双轮铣槽机铣槽期间时刻将槽段内泥浆进行循环，保证泥浆护壁效果。
6.原始方法成槽后，需进行长时间清孔换浆，在钢筋笼下放后仍需二次清孔，不能保证水下混凝土浇筑质量，宜夹泥夹渣。
7.缩短清孔换浆时间，避免槽孔长时间留置出现缩孔、坍孔现象。
工期方面的有益效果：
1.原始冲锤造孔随着槽段深度加深效率越来越低，甚至超出其施工极限深度。成槽时间较长。
2.缩短清孔换浆时间，加快终孔速率。
3.本发明集众设备之长，突破单一设备的施工局限，缩短成槽时间，降低工期压力，有较高工期效益。
社会方面的有益效果：
1.使用先进的泥浆循环系统，避免重复新制泥浆，造成材料浪费。
2.减少泥浆外运量，利于环保、水保生态管理。
3.原始成槽机械，如冲锤会产生较大的噪音，污染严重。
4.本发明的施工方法摒弃原始成槽工艺，有利于泥浆池、泥浆管路区域化管理，避免施工场地内肮脏、凌乱、泥浆横流的现象。对于场地文明施工有较大的社会效益。
实施例二：珠江三角洲水资源配置工程土建施工B3标项目概况：珠江三角洲水资源配置工程横跨佛山市、广州市、东莞市、深圳市。由西江水系鲤鱼洲取水口取水，向东延伸经高新沙水库、松木山水库、罗田水库至终点公明水库。主要供水目标是广州市南沙区、深圳市和东莞市的缺水地区。输水线路总长度113.2km。珠江三角洲水资源配置工程B3标段为输水干线高新沙水库至沙溪高位水池的一部分。起点为广州市南沙区黄阁镇的GS04#工作井，线路自西向东布置，从南侧穿过庆盛自贸区，在广深港客运专线狮子洋隧道以北、南沙大桥南侧穿过莲花山水道和狮子洋，在东莞市沙田镇虎门港北侧进入东莞市沙田镇GS08#工作井。
珠江三角洲水资源配置工程土建施工B3标主要工程数量详见表5所示。
表5珠江三角洲水资源配置工程土建施工B3标主要工程数量统计表
Figure BDA0002718693580000081
Figure BDA0002718693580000091
珠江三角洲水资源配置工程土建施工B3标GS05#工作井地下连续墙具体采用实施例1中的施工方法完成施工。
GS05#工作井地下连续墙，墙厚1.2m，导墙顶标高为2.6m，墙顶标高+0.6m，墙底标高-54.12m，地连墙成槽深度为56.72m。
GS05#工作井地下连续墙分为18幅施工，I序槽和II序槽各9幅，I序槽段采用三铣成槽。GS05#工作井沿槽段外边线，边槽长2.314m，中间槽长1.828m，槽段共长6.456m；II序槽长2.8m。
GS05#工作井布置在莲花山水道右岸，根据钻孔揭露：井身上部为淤质黏土层、淤质粉细砂层、泥质含砾粗砂层、砂卵石层，下部为泥质砂岩及泥质粉砂岩，其中全风化较薄，约2m，顶面高程-23.64m，强风化厚度为8.8m，顶面高程-27.54m，揭露弱风化厚24m，未揭穿，顶面高程-34.04m。30m以下岩层强度30MPa～50MPa。
旋挖钻机在淤泥砂层每小时成孔8～10m，在强风化泥岩每小时成孔3m左右，在中风化、强风化岩层每小时成孔1.2m左右。旋挖引孔可以提前进行，不占成槽时间主线。
双轮铣槽机铣槽时间统计详见下表6。
表6 GS05#工作井地下连续墙双轮铣铣槽时间统计
Figure BDA0002718693580000101
I序槽每铣槽平均耗时51.6h，3铣共计约80m岩层，平均1.55m/h；
II序槽每铣槽平均耗时45h，每槽段56.7m，平均1.26m/h。(II序槽槽段两侧各铣20cm左右厚C30混凝土)。
实施例三：珠江三角洲水资源配置工程土建施工B3标GS07#工作井地下连续墙采用实施例1中的施工方法完成施工。
GS07#工作井地下连续墙，墙厚1.2m，导墙顶标高为3.7m，墙顶标高+0.82m，墙底标高-59.24m，地连墙成槽深度为61.06m。
GS07#工作井地下连续墙分为18幅施工，I序槽和II序槽各9幅，I序槽段采用三铣成槽。GS07#工作井沿槽段外边线，边槽长2.270m，中间槽长1.741m，槽段共长6.281m；II序槽长2.8m。
GS07#工作井布置在狮子洋水道左岸，根据钻孔揭露：井身上部分位于冲积层内，厚34.1m，包括有淤质黏土层、砾砂层，其下为泥质粉砂岩，全风化缺失，强风化厚度为4.3m，顶面高程-31.1m，弱风化为未揭穿，顶面高程-35.4m。31m以下岩层强度50MPa～90MPa。
旋挖钻机在淤泥砂层每小时成孔8～10m，在强风化泥岩每小时成孔3m左右，在中风化、强风化岩层每小时成孔1.2m左右。旋挖引孔可以提前进行，不占成槽时间主线。
GS07#工作井地下连续墙槽段上部30m软弱土层使用液压成槽机抓槽，三抓用时5小时。
双轮铣槽机铣槽时间统计详见表7。
表7 GS05#工作井地下连续墙双轮铣铣槽时间统计
Figure BDA0002718693580000111
I序槽每铣槽平均耗时143.54h，3铣共计约95m岩层，平均0.66m/h；
II序槽每铣槽平均耗时88.18h，每槽段61.06m，平均0.69m/h。(II序槽槽段两侧各铣20cm左右厚C30混凝土)。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关设备、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）测量放样：使用全站仪将地下连续墙各槽段分界线放样在导墙上，使用手持砂轮切割机将分界线使用割槽切缝的形式反应于导墙上；后续施工根据需要经各铣次的位置及钢筋笼的吊放位置进行翻样，使用相同方式进行标记；
（2）采用旋挖钻机引孔至墙底，每铣次引两个孔；所述旋挖机引孔的方法为：先采用截齿砂斗钻进土层，再采用加长旋挖机桶钻，然后采用截齿钻头捞砂，反复施工直至设计墙底；
（3）然后采用液压成槽机开挖软弱土层及全风化岩层；所述液压成槽机成槽的方法为：按槽段成槽划分，分幅施工，每幅连续墙施工时，先抓两侧土体，后抓中心土体，反复开挖直至岩层标高为止；
（4）剩余槽身采用双轮铣槽机成槽；所述双轮铣槽机采用切割轮内的切齿切削岩石，并使之与膨润土悬浮液相混合，利用紧挨所述切割轮的离心泵将碎块悬浮液一同抽吸出开挖槽。
2.根据权利要求1所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述加长旋挖机桶钻的钻头底部安装有铣轮刀齿，用于提升钻头钻进能力及导向孔垂直度。
3.根据权利要求2所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，所述加长旋挖机桶钻的钻头和所述截齿钻头均采用金刚石合金钻头。
4.根据权利要求1所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，挖槽施工前先调整好所述液压成槽机的位置，使得所述液压成槽机的主钢丝绳与所述槽段的中心重合。
5.根据权利要求4所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，用全站仪双向监控钢丝绳和导杆的垂直度，确保挖完槽后成槽垂直度≤1/300。
6.根据权利要求1所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，挖槽时不断向槽内注入新鲜泥浆，且保持距泥浆面在导墙顶面以下0.3m，高出地下水位0.5m。
7.根据权利要求1所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，以离心泵不断把泥土和土液混合物抽出并送到泥浆筛分站，将泥土和杂质从泥浆中分离出来，利用泥浆给进泵将重新生成的泥浆液泵回开挖槽内，由此而形成一个封闭回路。
8.根据权利要求1所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，槽孔终孔时，采用超声波测壁仪检测成槽垂直度，若垂直度偏差＞1/300，则应按要求进行纠偏，直至成槽垂直度偏差≤1/300。
9.根据权利要求1所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，还包括泥浆制备的步骤：泥浆搅拌前先将水加至搅拌筒1/3后开动搅拌机，在定量水箱不断加水同时，加入膨润土并搅拌后，加入外加剂液继续搅拌；搅拌好的泥浆静置24h后即得。
10.根据权利要求9所述的超深竖井地下连续墙成槽施工方法，其特征在于，所述泥浆原料初定配合比为：膨润土 8%～10％、纯碱 0.1%、CMC 0.25%。
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