地下连续墙成槽设备选型

蔡龙成，李建高

(1.江西交通职业技术学院 路桥工程系，南昌 330013;2.中铁隧道集团 第三工程处，广东 深圳 518052)

1 工程概况及成槽工艺

20世纪80年代初期，地下连续墙施工工艺引入我国，目前已被广泛应用于基础工程施工中，作为临时或者永久截水墙或挡土墙［1-2］。由于工程建设的需要，地连墙施工越来越深，墙厚越来越厚，遇到的工程地质条件越来越复杂。因此，选择合适的成槽设备直接关系到地连墙施工的成败。

目前，地下连续墙开挖主要设备大致可分为:抓斗、重锤以及液压双轮铣3种。其中，液压抓斗的闭斗力大，挖槽能力强，多设有纠偏装置，可以保证高效率、高质量地挖槽［3］。故而，土质地基中成槽通常选用液压抓斗成槽设备。

天津文化中心交通枢纽工程地铁Z1线为负三层三跨结构，基坑开挖深度26 m，宽度25.7 m，采用地连墙作围护结构。地连墙宽度1 m，最大墙深67 m。如此深度墙体施工在国内少见于相关研究文献中，并且存在大量的 Z型、T型、V型、L型、Y型等异型幅［4-5］。此外，由于施工工期紧，必须在严寒的冬季进行施工。基于此，在Z1线地连墙施工中先选取15幅试验槽段，槽深为65.5 m或67 m，分别采用利渤海尔HS855HD、上海金泰SG50及上海金泰SG40A等3种液压抓斗型设备各成槽5幅。通过全过程跟踪、全过程记录，取得各项施工参数和技术指标的第一手资料，为成槽设备选型提供实测依据。三种成槽设备的主要参数如表1所示。

表1 成槽设备主要参数

1.1 水文地质条件

Z1线地质情况如表2所示。水文地质极为复杂，基坑穿越粉土、黏性土和粉砂层，土体稳定性较差，地质分界线较杂乱，粉砂层最大厚度达18 m。地下水位高，潜水水位在地表以下0.5～1.0 m左右，并穿越两层承压水，根据现场抽水试验初步结果，两层承压水水头大沽高程分别为0和 －0.5 m。

表2 土层特征及分布情况

1.2 成槽工艺

1.2.1 初步方案

标准槽段砂层以上部分采取三序成槽，先挖两边，再挖中间，开挖顺序如图1所示。开挖过程中实测垂直度，并及时纠偏。当砂层段标贯值过大时，为提高成槽效率和缩短成槽时间，采用“两钻一抓”施工工艺。即先施工先导孔，先导孔由BG25型旋挖钻机成孔，确保垂直度控制在1/300以内，然后在引导孔中间采用液压抓斗成槽机抓土成槽。

图1 槽段开挖顺序

1.2.2 调整方案

在前两个试验槽段采用“两钻一抓”施工工艺中发现，先导孔垂直度难以满足要求，故在后续槽段中放弃该施工工艺。同时，根据施工经验，超深地连墙采用三序成槽，塌槽后抓斗被埋难以处理。所以，地质条件较差时用六次开挖成槽工艺，地质条件较好时为减少定位采用四次开挖成槽工艺，如图2所示。

图2 地下连续墙成槽工艺(单位:m)

2 技术性比较

2.1 成槽速度

一幅槽段利勃海尔成槽机总用时为66～72 h，金泰 SG50为75～90 h，金泰SG40A为85～100 h。在砂层中利勃海尔所需时间为4.8～8.0 h，金泰 SG50为6.3～10.0 h，金泰SG40A为11.0～15.8 h。故初步可知，在此类地层尤其是砂层中，利勃海尔成槽速度较快，金泰SG50次之。

2.2 成槽质量

经过KODEN超声波检测，各地连墙成槽垂直度均小于0.3%，三种成槽机成槽质量均能满足要求。经比较，成槽质量利勃海尔略好于金泰 SG50，而金泰SG40A最大偏差为0.27%，接近容许值0.30%。

3 经济性比较

3.1 成槽设备故障率

根据设备维修记录，利勃海尔在试验槽段施工期间油管爆裂1次，保养1次，保养费时约3 h。金泰SG50在试验槽段施工期间共维修2次，主要是冬季温度较低，油管容易爆裂。金泰SG40A施工过程中维修次数较多。从后续施工统计看，这三台成槽机正常保养维护一次周期均在250～500 h之间。同时，在严寒条件下，成槽机电缆与抓斗相连，经常进入槽内。当提升出地表卷入电缆槽内后，附着于电缆上的泥浆及水极易结冰，冰块将电缆牢牢黏结在一起。当抓斗重新下放时，电缆不能分离，极易发生折断。

3.2 成槽设备耗油量

根据油料供应数据，利勃海尔燃油量40 L/h比金泰燃油量33.3 L/h高，但由于成槽用时较短，所以耗油量并不是最高，而是与金泰SG50相当。

4 结语

通过以上对比分析，在严寒条件下，槽深60 m以上且需穿越大厚度粉砂层的地连墙采用利勃海尔HS855HD和金泰SG50成槽速度较快、质量较高、设备故障率较低、耗油量较小。因而，在后续槽段施工中，深槽选择利勃海尔HS855HD和金泰SG50成槽，浅槽选择金泰SG40A成槽，这种设备配置方案保证了地连墙工程的顺利完工，并对今后同类工程中成槽设备选型具有一定的参考意义。此外，还取得了以下结论:

1)“两钻一抓”施工工艺先导孔垂直度难以满足要求，在超深地连墙中采用六次开挖成槽工艺不易发生埋抓斗问题，效果较好。

2)冬季施工中，先期在桅杆顶部安装热风机，采用热风吹向电缆，但由于热风机的功率受限，同时电缆提升速度较快，效果不大理想。后改为在桅杆上设置了三处清洗泥浆的滚轴，进行清洗，当少量水结冰后，采用人工清除，一般2～4 h内清除一次，效果较好。

［1］胡春环，胡小锋，方晓瑞.液压双轮铣与液压抓斗的技术比较［J］.华北水利水电学院学报，2008，29(2):43-45.

［2］尉胜伟.复杂地质条件下超深基坑地连墙成槽施工技术研究［J］.铁道建筑，2010(12):51-54.

［3］陈怀伟.杭州地区地下连续墙施工工艺研究［D］.上海:同济大学，2008.

［4］田宪国.复杂条件下地铁车站深基坑开挖围护结构与施工技术研究［J］.铁道建筑，2010(6):61-63.

［5］李建高，王长虹.超深地下连续墙槽壁稳定性分析与施工措施［J］.隧道建设，2011，31(1):57-35.