软土-花岗岩地质条件下地下连续墙施工技术

袁习奎，万魁元，吴善春，王贤洲

（广东长正建设有限公司 广东 珠海 519000）

0 引言

近年来随着我国城市建设发展，城市隧道项目逐年增加，特别是越来越多的隧道采用明挖法施工。城市明挖隧道施工风险也在不断增大，地下连续墙作为围护结构的一种型式，已经成为明挖隧道施工重要组成环节，影响着明挖隧道施工进度及基坑开挖的安全。地下连续墙已广泛应用于基坑围护结构，同时可作为主体结构。在地下连续施工中，孟陈详等人［1］对微风化岩层地下连续墙成槽采用双轮铣结合重锤破岩、成槽机取土、钠基泥浆护壁的成槽方法，有效确保进入微风化岩层的地下连续墙施工进度及质量。袁浩峦等人［2］和朱继红等人［3］对海域围岩内复杂地质条件下地下连续墙施工，总结出采用“成槽机+冲击锤+旋挖钻（牙轮钻）”施工工艺，实现地下连续墙施工效率的提升。李学聪［4］在复杂地质条件下地下连续墙施工中，提出槽壁应进行加固处理，有利于减小地表的沉降，保证槽壁的稳定性。

珠海隧道东岸工作井及挂锭角以西明挖段施工场地东侧为挂锭角山体，西侧为磨刀门水道。场地内上为流塑态淤泥层，并夹有砂层，下部主要为坚硬花岗岩层，最大强度达到151 MPa。岩面走向由东向西逐渐降低。施工前期，采用“成槽机+冲击钻”施工，无法满足成槽要求。如何保证施工工期、确保成槽质量，以及在无槽壁加固设计的情况下避免槽壁坍塌，是地下连续墙成槽施工的关键。

目前针对不同地层中地下连续墙施工，许多学者［5-9］提出不同的成槽工艺，但对于同时临山临水地域的复杂地质条件的施工方案的研究相对较少。本文以珠海隧道东岸工作井及挂锭角以西明挖段地下连续墙施工为背景，分析总结在上软下硬地层中地下连续成槽施工的设备选型、存在的问题及处理措施，以优化地下连续墙成槽施工工艺，保证施工效率，提高经济效益，为后期类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 工程概况

珠海隧道工程TJ1 标西起东岸工作井，以矿山法形式下穿挂锭角山体后，向北转向接入珠海大道主线。北线起点桩号LK3+799.944，终点桩号LK4+998.285，长度1 198.341 m；南线起点桩号RK3+800.00，终点桩号RK5+002.588，长度1 202.588 m。珠海隧道TJ1 标挂锭角西侧明挖段位于珠海市珠海大桥南侧，挂锭角山体西侧，临近磨刀门水道，如图1所示。

图1 项目位置平面Fig.1 Plan of the Project Location

珠海隧道东岸工作井采用1 200 mm 厚地下连续墙作为基坑围护结构；DA01-DA03节段采用1 000 mm厚地下连续墙作为基坑围护结构；DA04-DA05 节段采用钻孔灌注桩+旋喷桩作为支护结构，如表1所示。

表1 设计主要参数Tab.1 Main Design Parameters

1.2 工程地质

东岸场地属海陆交互相沉积地貌区，上部以第四系填土、冲海积淤泥、细中砂及含碎石粗砂为主，中部以花岗岩残积土为主，下部基岩为花岗岩。主要地层有①-1 素填土、①-2 杂填土、①-4 填砂、②-1 淤泥、②-5 细中砂、③-3 含碎石粗砂、⑤-3 砾砂、⑥-1 全风化花岗岩、⑥-2-2 碎块状强风化花岗岩、⑥-3-1 中风化花岗岩、⑥-3-2 中风化花岗岩、⑥-4 微风化花岗岩，如表2所示。

表2 主要工程地质特征Tab.2 Main Engineering Geological Characteristics

2 地下连续墙施工重难点

⑴ 前期根据地质详勘报告分析，采取了“成槽机＋冲击钻”的施工工艺，即一幅槽段先用冲击钻冲击成槽，成槽施工完毕后采用成槽机抓至槽底。但施工时发现，冲击钻成槽过程中，在入岩之后出现偏孔现象，需反复回填片石修整，施工工效较低，耗时40 d 依然无法成槽。

⑵场地内上层主要为淤泥，下层为中风化花岗岩及微风化花岗岩，岩层起伏变化较大。且基岩强度较高，基岩抗压强度最大值达151 MPa，如图2 所示。成槽困难，施工周期较长，无法保证施工进度。

图2 旋挖钻取出基岩芯样Fig.2 Take out Bedrock Core Sample with Rotary Drill

⑶地层上部主要为淤泥，设计无槽壁加固，地下连续墙成槽过程中对槽壁的扰动，造成槽壁塌孔。

3 地下连续墙成槽施工

采用“旋挖钻+双轮铣”成槽施工工艺，如图3所示。首选旋挖钻作主孔引孔，后采用双轮铣铣削成槽。

图3 地下连墙施工工艺流程Fig.3 Construction Process Flow Chart of Diaphragm Wall

首先一幅槽段布置5 个引孔，主孔间距1.5 m，引孔采用旋挖钻施工，引孔施工完成后，施工至入岩段后采用双轮铣施工，双轮铣的宽度均为2.8 m，一幅槽段分三刀，先两边后中间（见图4）。

图4 地下连续墙主副孔布置Fig.4 Layout of Main and Auxiliary Holes of Diaphragm Wall （mm）

4 存在问题及处理措施

4.1 基岩强度高，成槽周期较长

前期对工作井W6 槽段采用“成槽机+冲击钻”施工工艺成槽施工。2021 年1 月3 日W6 槽段开槽，2021年3月3日成槽。总成槽周期59 d，单幅成槽周期长。在W6 槽段成槽过程中，发生偏孔现象（见图5），且冲击钻钻孔磨损严重（见图6），并出现卡锤情况。针对偏孔，采取回填片石，重新冲击成孔，但发现孔位仍无法修正。对槽段采取回填C60 混凝土，采用双轮铣进行铣槽。

图5 W6槽段槽壁声波检测Fig.5 Acoustic Wave Detection of W6 Groove Wall

图6 冲击钻钻头磨损Fig.6 Impact Drill Bit Wear

针对基岩强度高，成槽周期较长，应采取以下措施：①施工前，应对地质进行补勘，探明地质情况，为地下连续墙成槽设备选型提供依据；②合理选择设备组合，优化施工工艺，采用“旋挖钻+双轮铣”施工工艺，单幅地下连续墙平均成槽周期为10 d，有效地提高施工进度，且保证成槽质量。

4.2 槽壁坍塌

原设计地下连续墙槽壁无加固，在S1槽段施工过程中检查发现导墙严重下沉变形，造成东岸工作井S1、S2、S3、Z1、Z3、Z5 槽段基坑内侧导墙垮塌，外侧重载道路下沉，泥浆上涌。主要是由于地层中上部13 m 主要为淤泥层，自稳性较差，双轮铣在进入中风化花岗岩及微风化花岗岩岩层中铣槽周期较长，对槽壁产生长时间扰动，造成槽壁在淤泥层出现塌孔。

针对发生槽壁坍塌的情况应采取以下措施：①施工前，针对深厚软弱地层应进行槽壁加固，以保证槽壁的稳定性。对东岸工作井S1、S2、S3、Z1、Z3、Z5 槽段槽壁采用φ600高压旋喷桩进行槽壁加固后进行成槽施工，未发生槽壁坍塌；②在成槽过程中，根据地质变化，适当增大泥浆密度和提高泥浆黏度。保证泥浆循环，定时检测泥浆性能指标是否满足要求。

4.3 双轮铣截齿磨损严重

双轮铣铣槽进入中风化花岗岩及微风化花岗岩岩层中，每45 min 就需要检查双轮铣截齿磨损情况，检查发现大量截齿存在磨损严重（见图7），需频繁更换截齿，造成施工工效降低。对地下连续墙成槽过程中双轮铣截齿的统计，单幅地下连续墙成槽平均消耗截齿1 200副，单幅地下连续成槽最高消耗截齿2 700副，造成施工成本增加。

图7 双轮铣截齿磨损Fig.7 Trench Cutters Pick Wear

针对这种情况，主要采取以下措施：①地下连续墙施工前，应在地连墙原位对地质情况进行补勘，探明地层分布，明确中风化花岗岩与微风化花岗岩岩层深度及其强度；②当双轮铣进入岩层后，针对不同的岩层，对截齿的选择进行优化，降低截齿消耗，降低施工成本。

4.4 斜岩处理

挂锭角施工场地位于挂锭角山体西侧，且紧邻挂锭角山体坡脚，磨刀门水道东侧。通过详勘报告及对地质进行补勘，岩层面走向为由东向西逐渐递减。通过补勘发现基岩岩面变化较大。

针对斜岩处理，采取的主要措施为采用旋挖钻配截齿桶钻对上部岩层切削。当钻进去中风化花岗岩层时，旋挖钻钻头更换为牙轮钻头（见图8）正常钻进。牙轮钻头能有效切削强度较高的岩层。

图8 旋挖钻配牙轮钻头Fig.8 Rotary Drill with Roller Bit

5 结语

⑴在深层软土地层中，当无槽壁加固设计时，应在施工前，对地层进行补勘，根据地层分布情况，增加槽壁加固设计，避免在施工过程中的槽壁坍塌，以保证施工安全及施工进度。

⑵在地下连续墙成槽过程中，泥浆性能直接影响槽壁的稳定性，在淤泥层中，可适当提高泥浆的密度和浆黏度，以保证槽壁的稳定性。

⑶在软土-坚硬花岗岩地质条件下，采用“旋挖钻+双轮铣”施工工艺，提高施工效率，保证地连墙成槽质量。

⑷在地下连续墙施工中，施工前，应充分了解地质情况，主要是探明岩层分布。根据地质情况，合理选择设备选型及设备组合。对基岩厚且强度较高的地下连续墙施工，应充分利用工作面，多点展开施工作业，同时需考虑钢筋笼制作，做好工序衔接，以保证施工进度。

⑸在进入岩层施工中，双轮铣截齿磨损严重，频繁更换，导致施工进度缓慢。应勤检查截齿的磨损情况，根据截齿的磨损情况，可选用强度更高的截齿。