城市地铁明挖基坑地下连续墙TRD施工技术

王雅晋

(中铁十二局第二工程有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

随着我国基础设施建设的快速发展，对影响明挖基坑结构安全有重要影响的水文地质情况越来越受到各方的重视[1]。在基坑开挖过程中，各种基岩裂隙水、地表及地下补给水通过基岩裂隙进入施工作业面，以渗漏水形式流出，给隧道施工和运营安全带来不利影响。随着地下空间开发规模向大、深、紧、复杂多变发展，深基坑工程支护结构要满足“深、快、强”的标准，封堵或部分封堵地下水系与深基坑初支面的水系联通，如何确保有效规避坑内降水造成的地表沉降风险，维护基坑及其周边环境的体系安全，特别是上软下硬地质工程下确保岩土交界面地质有效实现改良和止水(隔水)，这给传统的地下连续梁墙、搅喷桩+围护桩的隔水施工带来了难题。

本文以青岛地铁1号线庙头站、胜利桥站的车站主体明挖基坑止水围护结构为例，对上软下硬(富水)工况下的围护止水施工方案进行了研究。

1 工程概况

庙头站为青岛地铁1号线第35座车站。车站主体采用明挖顺做结构施工法，钻孔桩+钢支撑+850 mm等厚的水泥土搅拌墙(TRD工法)作为基坑止水帷幕，深度25～27 m。基坑开挖地质由上而下依次为素填土、粉质黏土、砂层、黏土、粗砾砂，区域地层属于中等～强透水层，富水好，水量较大，地下水位为地下6～10 m，车站采用明挖法施工，选用水泥搅拌墙，设计墙厚为850 mm；胜利桥站为青岛地铁1号线的第24个车站，位于四流南路与郑州路交口西侧，紧邻李村河，采用桩+内支撑支护体系，止水帷幕采用TRD水泥搅拌墙施工，基坑开挖地质由上而下地层基本上分别为素填土、粉质黏土、砂层、强风化花岗岩、中～微风化花岗岩，地下水位较高，紧邻李村河。

2 施工方法的选择

2.1 原设计方案的局限性

(1)传统搅喷桩对人员技术水平操作要求严格，对复杂多变地质适应性差，成桩质量不易控制，特别是深度越深，成桩质量越差。

(2)桩间咬合质量较差，特别是岩土分界面处，渗漏水处理效果差，无法真正实现基坑的全封闭防水效果，施工风险较高。

(3)施工工效低，对环境污染大，现场文明施工管理难度高，无法实现绿色施工。

2.2 选用TRD的优越性

(1)对地层较硬的(砂砾、泥岩等)均具有较强的切割能力，切削地层的过程中，可以自动排除地下的障碍物，适用性较强，可真正实现软硬围岩交界面处岩体的改良，实现彻底止水。

(2)TRD机的重心设计较低，整机的地上高度不超过12 m，通过建造墙体时经常性地将切削体插入地中，使设备具有良好的稳定性，可实现安全施工。

(3)成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好，直线性、垂直度极佳，止水性优良，可实现高精度、高质量施工。

(4)施工进度快、效率高、成本低。

(5)噪声、振动小，对环境污染少，可实现绿色、低碳化施工。

3 TRD施工工法

3.1 工法简介

TRD工法是为了在施工对象的原位置地层，建造具有抗渗性能优良的地下连续墙体而开发的工法(图1)。与传统的地下墙不同之处是，用地基中原位置经过改良的地层建造地下连续墙体，这是本工法的最大特点。其主要原理是把插入地基中的链锯式切割箱与主机连接，在地面上向地下插入链刀及切割箱体至设计成墙深度，链刀沿切割箱体竖直方向回转运动，主机沿成墙方向横向移动，带动切割机构横向切割地层形成槽段，切割及灌注水泥浆，向槽段内注入固化液并使之与切割后的土体搅拌混合，在槽内形成对流，进行混合、搅拌、固结原来位置上的泥土，用地基中原位置经过改良的地层建造地下连续墙体，构筑一道地下水泥土墙体，从而形成等厚水泥土地下连续墙。

图1 工艺演示图

3.2 工艺流程

TRD工法工艺流程主要由自行打入切割箱挖掘、建造搅拌墙(水泥土)工序、拔除并分解切割箱三工序构成，建造搅拌墙(水泥土)又由垂直向下挖掘、回撤向上挖掘、搅拌固化造墙3个循环构成[3]。主要工艺流程如图2所示。

图2 工艺流程

3.3 施工步骤

(1)实地勘察。确认施工环境，确定机械器具及材料的运输路径、作业地基、作业空间、埋设物及地上障碍物、周边空间及临处状况等，并对土层构成、土质、地下水等水文地质情况进行调查以确定针对性的施工方案。

(2)机械进场。根据现场施工需要，配置挖掘机、空压机、履带起重机、泥浆泵等主要设备，并根据工程施工进展及进度要求，适当增加、补充相应所需设备。

(3)场地平整、机械拼装及后台布置。迁改施工影响范围内地下管线，按施工平整标高清理现场遗留的垃圾、大块建筑障碍物及废料等,完成场地平整，并合理规划场区的排水走向；场地平整压实完毕后，及时完成施工地面的硬化和道路施工，并同步完成施工机械的拼装和后台布置。

(4)测量放线。施工前，先根据设计图纸在施工现场将TRD工法止水帷幕(试成墙)中心线角点坐标定位，并做好护桩。

(5)开挖导向槽，吊放预埋箱。

①开挖导向槽。测量放线后，根据现场地质及设备自重，采用预铺钢板等方式对施工场地进行加固，确保地基承载力满足机械设备自重要求，保证设备自身稳定，同时，沿成墙中心线平行方向采用挖掘机开挖导向槽，槽宽约1.0 m，槽深约1.0 m，如图3所示。

图3 开挖导向槽

②预埋箱吊运及安放。首先开挖预埋穴，预埋穴深度4.9 m、长度2 m、宽度1 m，采用挖机开挖；将预埋箱利用吊车放入预埋穴内,如图4所示。

图4 预埋箱吊运机安放

(6)就位桩机，定位线设置。专人指挥就位桩机，移动前看清周边情况，及时清除障碍物，完成后及时检查确认定位效果并及时调整，使桩机整体稳定。

(7)切割箱的自行打入挖掘工序。施工时，当首节切削箱达到切割深度后，TRD主机与其断开连接，同时将下一段切割箱通过吊车吊放入预埋穴内，并固定在支撑台上；接着，移动TRD主机至预埋穴位置连接并提起第二节切割箱；之后，移动主机至预定施工位置并连接首节切割箱，完成后继续向下切削，并同步在预埋穴内放置下一节切割箱。反复循环此安装工序，按设计尺寸，将切削箱体分段连接并垂直向下切削，直至箱体达到所定深度，如图5所示。

图5 切割箱组装图

(8)测斜仪的安装。测斜仪的安装应在切割箱打入到设计深度后，测斜仪采用多段式，对墙体的垂直精度进行管理，确保墙体精度控制在1/250以内。

(9)成墙工序:

①起动、原位置转动切削。当日作业完成后，应将切削箱体停放在设置的退避位置进行养护。本日作业开始前，先行起动切削箱体,在原位置转动切削后，方可开始作业。

原位转动切削完成后，即可回复正常顺序作业。对于可能会出现非正常作业的大深度施工或沙砾地质，应及时进行切削液配合比的调整，确保顺利进行原位置转动切削。

②返回横行。切削箱体的开启、原位置转动切削完成后，返回切削箱体到前日完成建造处，开始施工之初要尽可能地控制并降低消液的吐出量，降低对泥土产生量的影响。

③搭接段的切削。搭接段的切削，为削掉30 cm左右前日建造的水泥加固土墙体，其可有效提高墙体的连续性和整体性。

④建造(成墙)。一边注入所定水平长度范围内的计划量的固化液，一边使高链条速旋转，横行进行切削箱体施工范围内的混合和搅拌。

⑤芯材插入。切削箱体横行到不影响芯材插入的位置后，设置、固定插入芯材的工装卡具进行芯材插入作业。此时使用经纬仪测量确认两方向的垂直精度。

主机与切割箱连接前确保测斜仪安装完毕，在切割箱底部注入挖掘液前，预先切割土层一段距离，然后后撤至原处，挖掘液混合泥浆与注入的固化液强制混合搅拌，建造出搅拌连续的等厚水泥土墙。挖掘液注浆压力控制在1～1.5 MPa，固化液注浆压力为2 MPa。

(10)处理置换土。设置统一的废弃泥浆池，晾干后集中外运处置。

(11)切割箱拔出。各阶段施工结束后，切割箱分段利用吊车拔出，转移设备至下一工作面继续施工。

4 施工质量控制措施

连续墙施工前应进行试成墙，分析明确各项施工技术参数、施工工艺和关键步骤。

TRD工法进行切割箱自行打入期间，要精确控制箱体垂直度，挖掘液的注入量做到最小控制，保证混合泥浆始终处于高浓度、黏度形态；进行TRD工法先行挖掘，当遇到深度大且砂石地层为主体的工程时，切割箱的启动及切边不顺利，应迅速对挖掘液的水灰比、流动度进行调整，以便切割箱能够顺利启动。

先行挖掘和回撤挖掘的被加固土体已经被松动，在成墙搅拌过程中，应以较快的横行速度推进，并持续提供与速度相匹配的水泥浆液，避免发生切割箱体水泥浆附着层不断增厚造成切割箱推进阻力不断增加的问题。

TRD工法成墙搅拌结束或转角时，起拔切割箱时间应控制在4h以内，将切割箱分割成2～3段拔出，边拔除边分解。拔出切割箱过程中，向槽内回灌浆量要能够补充切割箱拔出的体积，以防止槽内混合泥浆液面下降。

5 结 论

本工法可确保连续梁墙结构的整体性，实现了墙体的高精度、质量均质和高度连续性，达到了抗渗性能优良。施工100 m所用时间控制在10 d左右，相对传统的旋喷桩+钻孔灌注桩施工少17 d左右。青岛地铁1号线庙头站、胜利桥站、春阳路站及区间竖井采用TRD施工，均顺利完成了水泥土搅拌墙的施工，既确保了施工质量和安全，实现了绿色施工，也极大地提高了施工进度，创造了较好的经济价值，并实现了具体的管理目标。