TRD工法在复杂地层中的应用

上海智平基础工程有限公司 上海 200060

1 工程概述

武汉长航中心大厦暨民生路长航小区扩建工程基坑围护采用地下连续墙和TRD工法止水帷幕，基坑开挖深度18.9～22 m，局部开挖深度28.9 m。TRD工法设计深度是目前国内最深（58.6 m），要穿过厚近20 m的铁板砂层、厚3～4 m的中细砂卵砾层、厚逾2 m的强风化岩层后，进入中风化岩层不小于0.2 m，在上述地层的切削过程中，TRD工法施工效率低、极易使链锯崩裂破坏。

过改进施工工艺及刀排配置，成功完成了该工程TRD工法的施工。

1.1 周边环境

拟建场区位于武汉市江岸区沿江大道以西、民生路以南、黄陂街以东、南临长航大厦等建筑。周边环境复杂。

本工程东侧地下室结构退红线8 m，红线外为沿江大道，沿江大道路宽约40 m，东侧为长江。本工程地下室边线距离长江堤岸最近处仅约60 m，已经进入堤防保护线5～6.5 m；

沿江大道下分布有大量的管线，主要为电力、光纤、电信、路灯、给排水等。

红线内场地西北侧分布1 幢14～16 层保留居民楼，距离本工程地下室10～14 m，在基坑1 倍开挖深度范围内，采用的预制桩桩端标高7.40 m（相对本工程±0.00为－18.70 m），本工程基坑普遍开挖深度－18.30 m，开挖面位于其桩端上400 mm。

1.2 工程地质条件

本工程坑底以下③1细砂层开始均为承压水层，含水层厚近40 m，较深的范围内均为细砂或中细砂，且与长江有一定的水力联系，水位较高，且随汛期变化幅度较大。

1.3 本工程的重难点分析

本工程难点一是墙体超深，二是地层复杂。地质报告揭示第③2层为厚近20 m的铁板砂、第④层中细砂夹卵砾石层厚3～4 m，中风化泥岩单轴抗压强度达9.5 MPa，故难点是需切割的地层复杂，施工难度大。

2 设备选型

根据设计和地质勘查情况，选用了TRD-E型工法设备及成套的BW450供浆泵。

3 TRD止水帷幕施工[1-4]

3.1 试成墙施工及结果分析

3.1.1 试成墙

本项目试成墙从2013年1月31日14：30开始采用出厂原装链锯和刀头及其组合形式先行挖掘，至2013年3月8日13：28累计切削11 m并第一次喷浆6 m，历时8 d，平均切割速度约17.36 h/m。切削速度缓慢，期间还发生过切割箱连接螺丝断裂、链条脱轨、链条定位架掉落。其中因链条脱落被迫起拔一次切割箱。

3.1.2 试成墙结果分析

试成墙检测报告称，水泥土搅拌墙TRD芯样抗压强度介于1.0～1.16 MPa之间，均大于1.0 MPa，满足设计要求。水泥土搅拌墙TRD芯样渗透系数介于6.85×10-8～8.79×10-8cm/s之间，均小于1.0×10-7cm/s，满足设计要求。从钻孔底钻取的岩芯判断，TRD墙已进入中风化泥岩层。

从检测报告的结论中可以看出：由TRD工法施工的防渗墙体抗压强度在本工程浅层粉质黏土中墙身强度超过1.0 MPa，深层砂性土中墙身强度可达到2.0 MPa，渗透系数均达到10-8。满足设计对TRD工法防渗性能的要求。

本工程地层含砂量较高，采用TRD工法施工能够保证墙体搅拌均匀，且抗压强度由于水泥与砂性土的搅拌形成了类水泥砂浆，比普通的水泥土搅拌桩高出许多。故TRD工法十分适用于砂性较重的土层中。

出厂原配的TRD工法主机、链锯及刀排虽标称仅可在单轴抗压强度≤5 MPa的泥岩中进行施工，然由于本工程TRD工法超深，故切割箱自重亦较大。凭借着切割箱较大的自重，虽然进尺较为困难，磨损也相当严重，但也可以在强度达到9.5 MPa的泥岩中进行施工。

3.1.3 针对试成墙施工的总结

（a）本工程杂填土层较厚，TRD工法机械不仅存在初次下切困难的问题，且由于杂填土层的松软而造成TRD工法机械在下沉时，地下的切割箱向面外变形，从而在切割箱上产生异常应力，不仅施工精度受到影响，还发生了链条脱落的情况，通过及时提拔切割箱才避免了可能的更严重情况的发生，正式施工前必须采取措施对杂填土层进行合理的加固处理方可避免类似事件再次发生。

（b）从试成墙的施工结果来看，TRD-E工法原装刀具可以勉强在单轴抗压强度达9.5 MPa的中风化泥岩中施工，但施工效率低、施工损耗的加剧及施工意外情况的发生都较以往在软岩地层（单轴抗压强度≤5 MPa）中的施工表现得更为突出。故必须在正式施工前拿出切实有效的解决方案以保证上述几点得以在今后的施工过程中有效地解决。

3.2 拟定的TRD施工方案

3.2.1 浅部杂填土的处理

（a）对于埋深在1.5 m以内的地下障碍物，直接利用挖掘机开挖、清除，并及时回填素土并分层夯实。

（b）对于埋深超过1.5 m的地下障碍物，拟采用挖掘机（加长臂挖掘机）进行简易放坡开挖、清除；清障结束后产生较大的空洞，采用10%的水泥掺入素土分层夯实、整平，以确保地基承载力满足大型施工机械稳定行走的要求。

（c）TRD工法横向行走时在行走机构下方铺设走道钢板，以保证将接地压力分散到地基土中，确保地基本身的支撑能力。

（d）由于转角处TRD工法设备须进行切割箱整体提拔的作业，届时地基将承载含履带吊及切割箱整体的质量，若地基土不稳定，将可能导致履带吊侧翻酿成事故，故拟对届时切割箱提拔时履带吊停泊位置下方采取水泥土搅拌桩加固的措施，加固施工在杂填土换填之后进行。

3.2.2 施工方法的改进

针对本工程须切削单轴抗压强度达9.5 MPa的中风化泥岩的情况，根据试成墙的经验，我公司在常规施工方案的基础上作适当改进，即将原有施工方法调整为如下的施工方法（图1）：

图1 拟在工程墙施工期间改进的施工方法

第一步，凭借TRD工法切割箱的自重，操作设备以垂直方向成3°角下钻切割箱至入中风化泥岩不小于200 mm；

第二步，提拔切割箱底部至出中风化泥岩表面；

第三步，通过TRD工法水平液压油缸横向切削推进切割箱一定距离，并保证与已切割区段必要的搭接宽度。

第四步，凭借TRD工法切割箱的自重，将切割箱底部由中风化泥岩表面以垂直方向成3°角下钻切割箱至入中风化泥岩不小于设计深度。

第五步，重复第二步至第四步，直至同一直线区段的TRD工法墙体施工完成。

3.2.3 刀排配置的改进

拟按照3.2.2中所述的改进后的施工方法进行施工，则切削用刀排加工及排列组合方式亦需进行相对应的改进。

根据传统的岩石破碎理论，当刀头附近存在有自由面时，侵入时产生侧旁的破碎，将有利于碎岩。TRD工法特制的刀头和合理的刀头布置间距相互配合，为创造自由面从而碎岩创造了条件。具体配置如下：

（a）1#刀排的主刀头由原来120 mm高度改为170 mm高度，后续跟进刀头的高度也相应增加。主要考虑两方面的原因：当刀头高度增加后，配合刀头间距的加大，相邻两刀头间的动作幅度加大，能够产生更大的切削冲击功，从而使冲击效率提高；加高的1#刀排能够加大后续刀排切割时的自由面，从而一方面加快切削速度，一方面对减少后续刀排磨损也是有利的；

（b）刀排与刀排间距的改变。将原有的刀排间距由406.4 mm（2 组链齿）调整为812.8 mm（4 组链齿），主要考虑两方面的原因：当刀排间距增大后，配合着刀头高度的增加，能够产生更大的切削冲击功。刀排间距加大后相应的切割箱上下运动幅度也加大，从而能提供更大的下压动能，为更快的切削提供保证。

4 结语

施工实践证明，在转角处进行了水泥土加固之后，原杂填土区域的地基承载力大大提高，可承受履带吊和起吊切割箱的整体受力。

TRD工法在应对类似于本项目墙体须进入单轴抗压强度达9.5 MPa的中风化泥岩，方可隔断基坑地下水与长江水力联系的情况下，采取对刀具的适当改进和改变刀排间的排列方式，可有效解决其在类似地层中施工进尺缓慢且磨损极为严重的情况。

对于杂填土厚度较厚的情况，除须对待施工TRD工法区域的杂填土挖除换填之外，由于履带吊、TRD工法机均在坑内行走，对转角处（基坑内为阳角）的土体变形影响很大，须采用水泥土搅拌桩加固的方式予以加固处理，建议加固深度超过杂填土层底的深度，且进入原状土不小于1 m。