TRD工艺在深大基坑事故抢险施工中的应用

赖 欣

上海智平基础工程有限公司 上海 200072

南京某基坑支护工程，采取钻孔灌注桩和混凝土支撑支护，支护桩外采用单排三轴深搅桩挡水，钻孔桩设置在地下结构外墙外1 300 mm，由于三轴搅拌桩止水施工质量问题，导致止水帷幕失效，造成基坑开挖漏水。为解决该问题，建议施工现场采用如下方案[1-2]：

方案1：地下连续墙与TRD结合。

1）由于南侧土体已扰动，若采用地下连续墙施工，埋斗、坍孔风险极高，建议采用TRD施工，南侧共计212 m。

2）东、北、西三侧止水帷幕采用地下连续墙工艺（素混凝土），止水帷幕穿过承压水层进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm，普遍深度62～64 m（实际深度按照地质状况而定），厚800 mm，东侧距离原围护体系外轮廓8 m，北侧距离原围护体系外轮廓10 m，西侧距离原围护体系外轮廓4 m，共计444 m。

3）地下连续墙接缝处理：③2粉细砂层以下至墙底采用φ2 400 mm的MJS，长度38.30 m。

方案2：采用TRD工艺。

1）止水帷幕穿过承压水层进入⑥1强风化粉砂质泥岩不少于500 mm，普遍深度60 m以上（实际深度按照地质状况而定），厚800 mm，南侧距离原围护体系外轮廓15 m，东侧距离原围护体系外轮廓8 m，北侧距离原围护体系外轮廓10 m，西侧距离原围护体系外轮廓4 m，共计660 m。

2）止水帷幕穿过承压水层进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm，普遍深度62 m以上（实际深度按照地质状况而定）。

根据项目施工情况，采用方案2，TRD施工深度根据试成墙结果而定。

1 工程概况

1.1 一般概况

本项目地点位于南京市浦口区，采取钻孔灌注桩和混凝土支撑支护，支护桩外采用单排三轴深搅桩挡水，钻孔桩设置在地下结构外墙外1 300 mm，基坑开挖深度15.4～16.3 m。

1.2 工程重难点分析

1）墙体超深，一般施工深度均在50 m以内，施工深度超过60 m范围在国内外均少见，因深度较大，一般设备能力有限，TRD在含砂层中施工容易埋钻。

2）地层复杂。TRD穿过⑥1强风化粉砂质泥岩（厚度2～2.8 m），进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm，TRD设备在⑥1层到⑥2层之间施工速度慢，埋钻风险增加，设备的滑轮栓、滑动支架、前支架栓、大船支撑油缸内压等部位易出现承载力不足问题，存在较大风险，需通过试成墙确定最合适的施工技术参数和切割刀具。

3）基坑南侧地层可能存在空洞。根据本工程前期施工情况，TRD施工时基坑南侧地层可能存在既有裂隙空洞，给施工带来影响。

4）800 mm厚TRD穿过标贯值大于20的④2粉细砂、⑤含砾中粗砂层，进入标贯值近70的⑥1强风化粉砂质泥岩不少于500 mm，进入⑥2中风化粉砂质泥岩不少于500 mm。⑤层卵砾石大小8 cm，常规卵砾石大小为2～5 cm，根据以往经验，TRD在穿过本工程⑤层含砾中粗砂层时易出现卡链条风险，且在厚实砂层中施工时链条磨损严重甚至破坏，铣削困难，一旦切割箱被埋，处理耗时较长，严重影响施工速度。

2 施工设备改进

针对该项目，本公司与设备供应商日本KGF公司共同探讨了在超过60 m深度挖掘时，施工设备的适应性问题。

由于前端切割箱沿着地基移动，大深度时切割箱受到很大的力。因此TRD施工超过60 m深度会增加挖掘部和切割箱法兰面破坏的可能性。设备的滑轮栓、滑动支架、前支架栓、大船支撑油缸内压等部位易出现承载力不足的问题（图1）。

图1 易出问题的机械部分

根据本工程地质特点，施工设备采用铣削能力强、施工精度高的日本进口TRD-E型工法设备施工，并在此基础上对设备切割箱、链条进行改进（图2）。

图2 原法兰（左）与改进后法兰（右）

3 试成墙施工

3.1 试成墙施工参数

1）正式施工前在场地西南角、东北角进行试成墙施工，累计切削11 m并第1次喷浆6 m，历时7 d，工艺技术要求如下：

① 采用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，建议水泥掺量不小于35%，建议水灰比为1.2～2.0。

② 建议掺入50～100 kg膨润土在每立方被搅土体挖掘液中。

③ TRD采用三工序成墙施工工艺。

2）在距离试成墙2、3、5 m位置布设3个地表沉降监测点、6个土体测斜监测点、6个深层土体分层沉降监测点，监测点应处于试成墙中心，且垂直于墙体。监测点平面布置如图3所示。

图3 试成墙监测孔布置

3）引孔措施。

① 根据工程实际情况，为保证工程能够按时完工，试成墙采用GPS-18以上机型或旋挖钻机（TRD方案1采用BG25C钻机、TRD方案2采用BG26或金泰360钻机）成孔，引孔的孔径为800 mm，间距2～3 m，深度与TRD深度相同。

② 成槽机挖槽引孔，成槽长度每次约2.9 m，深度与TRD深度相同。引孔完成对槽内进行回填后再进行TRD施工。

通过引孔，对原砂层、岩层整体强度进行削减，同时有利于TRD切割箱“吃入”岩层，确保了TRD顺利施工。

3.2 试成墙施工结果分析

1）从试成墙的施工结果来看，TRD需穿过含砾中粗砂等硬质土层，TRD切割箱在该层中下沉阻力大，工效下降显著。与GPS-18钻机相比，成槽机、旋挖机在引孔的同时可以取出⑤层中部分卵砾石，避免石块卡入TRD链条。成槽机与TRD施工保持的距离过长，会导致表层的障碍物塌落沟槽中，影响TRD施工。因此，在正式施工时，TRD与成槽机施工应保持相对的距离（一般控制在TRD单日完成量1.5倍左右），反之将影响TRD切割效果或引起沟槽塌方，不利于TRD施工。

2）试成墙三循环工序。

① 先行挖掘。下沉过程切割箱的油泵压力在150～250 kN之间，当切割箱下沉至强风化岩层顶面，开始水平挖掘，速度90～100 min/m，当切割箱下沉至中风化岩层顶面，几乎无法继续下沉。为了使切割箱继续切割，采用加密刀排间距的方式，增加1倍的刀排，水平挖掘速度150～ 165 min/m。根据当地土层特性，每1 m3掺入100 kg钠基膨润土的挖掘液来确保槽壁稳定性，流动度控制在17 s左右。

② 回撤挖掘。回撤挖掘在水平掘进段满足设计要求长度后进行，TRD入⑥1强风化粉砂质泥岩回撤速度为10～15 min/m，TRD入⑥2中风化粉砂质泥岩回撤速度为50～60 min/m。

③ 成墙施工。成墙搅拌水灰比为1.5，水泥浆相对密度1.35。TRD入⑥1强风化粉砂质泥岩成墙施工平均前进速度70～75 min/m。TRD入⑥2中风化粉砂质泥岩平均前进速度80～85 min/m。从施工风险及设备能力角度考虑，TRD施工入⑥2中风化粉砂质泥岩风险较大，施工工效极慢，费用更高。

3）由地表沉降变动曲线（图4）可知，从2019年6月5日成墙开始至2019年6月8日上午成墙完毕，地表处于向上变形中，其中DB1、DB2测点变形比较明显，成槽结束后的24 h内地面变形复原最快，36 h内地面变形不大，随后逐渐稳定。

图4 地表沉降变动曲线

由土体测斜监测成果可知，CX1、CX4测点深度在35～60 m的位移较大，由此可说明距离槽段越近，变形幅度会越大，成墙结束24 h内，恢复最快变形发生在CX1测点深度43 m的位置，最大位移达10.2 mm；成墙完毕24 h后，位移逐步趋于稳定。

由土体分层沉降监测曲线（图5）可知，土体分层沉降在成槽阶段为向上变形，变形显著位置为离槽段较近处，其中FC1-6累计向上变形达7.1 mm。试成墙完毕后，FC1-3监测点最大累计下沉达8.5 mm。

图5 FC1土体分层沉降曲线

4 TRD施工

4.1 施工方案的确定

通过分析试成墙结果，对正式施工拟定了如下方案：

1）重型设施对场地承载力要求比较高，在施工场地铺设钢板等措施，确保机械的稳定性。

2）TRD施工入⑥2中风化粉砂质泥岩风险较大，施工工效极慢，费用高，从经济性、适用性考虑，TRD施工入⑥1强风化粉砂质泥岩可满足项目施工要求。

3）根据试成墙结果，采用成槽机引孔。

4.2 施工参数的确定

1）墙厚800 mm，墙深为入⑥1强风化粉砂质泥岩不少于500 mm，大于60 m。

2）水泥掺量35%，即每立方米被搅拌土体掺入630 kg水泥，水灰比1.5。

3）挖掘液配比：水1 000 kg，设计膨润土掺量50～100 kg/m3，实际膨润土掺量100 kg/m3，1.03≤相对密度≤1.17。

4）固化液配比：水1 000 kg，水泥1 500 kg（水泥掺量35%），相对密度1.35，水灰比1.5。

5 成墙质量分析

1）钻孔取芯强度检测。TRD施工完成后，根据规范要求进行钻孔取芯，沿TRD中心线共取7处，每个取芯孔从上到下分别取5组试块，结果从芯样上看，色泽均匀一致，连续性好，较为完整。等厚度水泥土搅拌墙在硬质土层中的强度为0.95～1.02 MPa，满足28 d无侧限抗压强度标准值不小于0.8 MPa的设计要求。

2）渗透性检测。取4#、6#取芯孔，每个孔自上而下每个土层取3组芯样，处理后芯样达到饱和状态，进行28 d室内渗透性试验，整个试验测得的渗透系数都在一个数量级内，均满足墙体渗透系数不大于10－7cm/s的设计要求，墙体整体渗透性良好，具有一定的止水效果。

3）水位下降情况。经过现场抽水试验，在原围护结构外围增加一圈TRD后，外侧的承压水观测井和潜水观测井平均降深达到1 m，确保了基坑的整体安全，说明TRD的止水效果和施工质量达到了预期效果。

6 结语

针对TRD在含砾中粗砂等硬质土层中打入较困难、工效明显下降等问题，可采用工程钻机、旋挖机、成槽机引孔的方式，对原砂层、岩层整体强度进行削减，同时引孔有利于TRD切割箱“吃入”岩层，确保TRD施工顺利进行。与GPS-18钻机相比，成槽机、旋挖机在引孔的同时可以取出⑤层中部分卵砾石，避免石块卡入TRD链条，在含砾中粗砂等硬质土层中，采用成槽机引孔尽管施工成本高、场地要求高，但在复杂地层中适应性更强。实践证明，TRD应与成槽机施工保持相对的距离，一般控制在TRD单日完成量1.5倍左右，因为成槽施工与TRD施工保持的距离过长，会导致表层的障碍物塌落至沟槽中，影响TRD施工。