超深超厚地连墙两钻一抓施工工法

超深超厚地连墙两钻一抓施工工法

中铁二局股份有限公司城通公司

余东洲

1.前言

地下连续墙开挖技术起源于欧洲，是在地面上，利用一些特种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的基槽，并在其内浇注适当的材料而形成的一道具有防渗、挡土和承重功能的连续的地下墙体。现阶段，随着科技的进步，地下连续墙朝着超深超厚的趋势发展，随着槽深的增加，下部土层、岩层的强度越来越高，单一成槽机在面对强度较高的地层时，成槽困难。土层较硬时，还会影响到地连墙成槽垂直度。“两钻一抓”地连墙成槽施工即先采用旋挖机引孔至设计深度，再利用成槽机成槽的方法开挖土体，本工法不仅能保证地连墙成槽的垂直度，还能保证施工效率。

2.工法特点

1、土层或岩层较坚硬时也可成槽，保证施工可能性。 2、旋挖机配合成槽时施工速度快，保证施工效率。

3、利用旋挖机引孔，可保证后续成槽时槽段垂直度达到设计要求。

3.适用范围

1、超深超厚地连墙的施工。

2、土层或岩层较坚硬，液压成槽机无法单独成槽的一般性地连墙。

4.工艺原理

先采用旋挖机破除成槽机抓斗宽度两侧的土体或岩体，形成圆孔状孔洞，使成槽机抓斗

两侧均能放在孔洞中，保证吃土阻力均匀，从而保证地连墙成槽质量，同时提高效率。

旋挖机引孔平面示意图如下：

图4.1 引孔平面示意图

图4.2 地连墙成槽示意图

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

导墙施工 泥浆系统建立 旋挖引孔

地连墙成槽 2

图5.1“两钻一抓”地连墙施工工艺流程图

5.2导墙施工

5.2.1 导墙的施工要点

导墙是控制地下连续墙各项指标的基准，它起着支护槽口土体，承受地面荷载和稳定泥浆液面的作用。

为了使导墙具有足够的刚度与良好的整体性，导墙采用现浇钢筋混凝土结构，导墙中线与地下连续墙中心线重叠，为了保证连续墙钢筋笼顺利下放，导墙宽度放宽5cm，导墙顶部高出地面10cm，厚度0.2m，深度为穿透杂填土层。

5.2.2导墙施工步骤 导墙施工步骤如下：

1、开挖：导墙开挖采用小型挖掘机开挖，人工配合清底。根据实际地质情况，开挖穿透杂填土层即可；

2、立模及浇砼：砼浇筑采用模板及钢管支撑，插入式振捣器振捣，混凝土采用分层、对称、平行浇筑顺序，以防止因砼浇筑不均导致导墙平移。

3、拆模及加撑：砼浇筑2-3天后可以拆模，同时在内墙上面分层支撑150×150mm方木，防止导墙向内挤压，方木水平间距2.0m，上下间距为2.0m。在导墙的砼达到设计强度前，禁止任何重型机械和运输设备在其旁边通过。

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5.3 泥浆护壁系统的建立

5.3.1 泥浆护壁系统的一般要求

制备泥浆时，应该严格把控制备泥浆的材料及投放比例。成槽作业过程中，槽内泥浆液面应保持在不致泥浆外溢的最高液位，泥浆面不应低于导墙顶面0.5m。

1、泥浆系统工艺流程 泥浆系统工艺流程图如下： 新鲜泥浆贮存 新鲜泥浆配置 施工槽段 回收槽内泥浆 调整泥浆的指标 沉淀池分离泥劣化泥浆废弃 劣化泥浆 泥浆净化装置 循环泥浆贮存 图5.3.1 泥浆系统工艺流程图

2 、泥浆配制

新鲜泥浆配合比如下：

表5.3.1 新鲜泥浆配合比表

泥浆材料 1m3(kg) 3.、泥浆储存

按照规范，现场泥浆储备量必须保证两幅地连墙的使用，假设槽宽为s，槽深为h，墙厚为m，泥浆液面低于槽顶30cm，计算得出泥浆的现场储备量Q为:

投料膨润土 80 纯碱 4.5 CMC 1 自来水 950 Qsm(h0.3)2（5.3.3）

式中 s—地连墙槽宽，单位m； m—地连墙墙厚，单位m；

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h—地连墙槽深，单位m；

Q—泥浆池的容积，单位m3。 4、泥浆循环

泥浆循环采用3kw型泥浆泵在泥浆池内循环，7.5Kw型泥浆泵输送，15Kw泥浆泵回收。泥浆循环方式挖槽时采用正循环，清槽时采用反循环。

5、泥浆的分离净化

泥浆使用一个循环之后，利用泥浆净化装置对泥浆进行分离净化并补充新制泥浆，以提高泥浆的重复使用率。

5.4 旋挖引孔

5.4.1 槽段划分

槽段长度划分的基本要求是尽量减少墙段接头，有利于快速、均衡和安全施工。实际长度的确定一般应考虑以下因素：

1、地质情况：地层很不稳定时，为防止沟槽壁面坍塌，应减小槽段长度以缩短造孔时间。地下水水位高、流速大的地段槽孔宜短，反之则可长；较密实地层中的槽孔宜长，疏松、漏失地层中的槽孔宜短；含漂石较多的地段造孔时间长、泥浆漏失量大，应采用较短的槽孔长度。

2、周围环境：假使近旁有高大建筑物或较大的地面荷载，为确保沟槽的稳定，应缩减槽段长度，缩短槽壁暴露时间。

3、工地具备的起重机能力：根据是否能方便地起吊钢筋笼等重物，决定槽段长度。 4、单位时间内供应混凝土的能力：通常可规定每槽段长度内全部混凝土量，须在4h内浇筑完毕。即

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槽段长度（m）4h内混凝土的最大浇筑量（5.4.1）

墙宽（m）墙深（m）5、工地所具备的泥浆槽容积：泥浆池容积一般应是每一槽段容积的2倍。 5.4.2 引孔位置定位

现场地连墙槽段分为首开幅、连接幅和闭合幅三种形式。根据槽段的形式、接头的形式和抓斗的宽度（一般取2.8m），确定旋挖机的引孔位置。

1、对于首开幅。槽段两侧均需要外放，根据规范，外放后槽段的总长度必须大于成槽机抓斗宽度的2倍+连接器的厚度。正常情况下，首开幅幅宽大于2倍抓斗宽度，此时首开幅需引孔4处。假设首开幅幅宽为w，厚度为h，则引孔平面位置按下图确定。图中红色线条表示地连墙钢筋笼位置。

槽段外放边线槽段外放边线图5.4.2-1 首开幅引孔位置

2、对于连接幅。槽段一侧需要外放一个接头箱的厚度,再考虑外放，以w宽、h厚的连接幅为例，由于首开幅一端已经引孔，连接幅需引孔两处，引孔平面位置按下图确定。图中红色线条表示地连墙钢筋笼位置。

先行幅引孔位置槽段外放边线

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图5.4.2-2 连接幅引孔位置

3、对于闭合幅。槽段不需要外放,以w宽、h厚的闭合幅为例。由于闭合幅两端均已引孔，闭合幅只需引孔一处，引孔平面位置按下图确定。图中红色线条表示地连墙钢筋笼位置。

先行幅引孔位置先行幅引孔位置

图5.4.2-3 闭合幅引孔位置

图5.4.2-4 现场旋挖引孔

5.4.3 旋挖钻机选型

1、钻杆的选择

根据地层及槽深，可供选择的旋挖机钻杆有摩阻杆和机锁杆两种。

摩阻杆旋挖钻机钻开始钻进属于自重钻进，不加压，摩阻式钻杆适用于普通软地层钻进。 机锁杆适应钻进硬地层。它在传递旋挖钻机钻进扭矩的同时还能传递足够的给进力。 根据岩层选择钻杆后，还需要选择与钻杆搭配的钻头，钻头类型及适用范围如下表：

表5.4.3-1 螺旋钻头分类表

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序号 钻头名称 类型 双头双螺旋 适用地质 坚硬基岩 中硬及硬基岩 风化基岩、卵石、含冰冻土等 砂土、胶结差的小直径砾石层 砂土、土层 胶结差的大直径卵石、粘性土及硬1 锥形螺旋钻头 双头单螺旋 单头单螺旋 双头双螺旋 双头单螺旋 2 斗齿直螺旋 单头单螺旋 胶泥 3 截齿直螺旋 双螺旋、三螺旋和四螺旋 双开门斗 中硬基岩或卵砾石 范围较宽的地层 大直径卵石层及硬胶泥地层 中硬基岩和卵砾石 坚硬基岩和大漂石 大漂石和坚硬基岩辅助钻进 4 旋挖钻斗 单开门斗 截齿筒钻 5 筒式取芯钻头 牙轮筒钻 6 冲击钻头

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图5.4.3-1 现场使用旋挖钻头

对于一般的土层或岩层，采用双头单螺旋钻头配合机锁杆即可，对于特殊土质或岩质，可根据工程特点以及经济效益选择合理的搭配。土的工程分类如下表：

表5.4.3-2 土的工程分类

土的分类 一类土I （松软土） 疏松的种植土、淤泥 粉质粘土；潮湿的黄土；夹二类土II （普通土） 种植土、填土 软及中等密实黏土；重粉质三类土III （坚土） 石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土 坚硬密实的粘性土或黄土；四类土IV （砂砾坚土） 或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩 硬质黏土；中密的页岩、泥五类土V～VI （软石） 软石灰及贝壳石灰石 灰岩、白奎土；胶结不紧的砾岩；1.5-4.0 1.1-2.7 含碎石卵石的中等密实的粘性土1.0-1.5 1.9 粘土、砾石土；干黄土、含有碎0.8-1.0 1.75-1.9 有碎石、卵石的砂；粉土混卵石；0.6-0.8 1.1-1.6 土的级别 土的名称 砂土、粉土、冲击砂土层、0.5-0.6 0.6-1.5 坚实系数f 密度(t/m3) 9

泥岩、砂岩、砾岩；坚实的六类土VII～IX （次坚石） 风化花岗岩、片麻岩及正长岩 大理石；辉绿岩；粉岩；粗、七类土X～XII （坚石） 岩、砾岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩 安山岩；玄武岩；花岗片麻八类土XIV～XVI （特坚石） 石英岩、辉长岩、辉绿岩、粉岩、角闪岩 上表中前三类土可采用摩阻杆旋挖机配合各种类型的钻头，对于后五类土，需采用机锁杆旋挖机配合各种类型的钻头。

5.4.4 钻机就位

钻机就位后，首先检查桩位是否准确，利用全站仪检查钻机的水平情况，一旦调试垂直后，及时将旋挖机垂直度显示仪器数据调零，便于及时检查旋挖垂直度，同时还应保证在钻进过程中钻机稳固和水平，不产生位移或沉陷。

5.4.5引孔

当钻机就位准确，垂直度良好，泥浆制备合格后即开始钻进。

值得注意的是，旋挖机引孔前，必须确保上部2～3m为软土，必须清除掉上部2～3m

岩；坚实的细粒花岗岩、闪长岩、18.0-25.0 2.7-3.3 中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂10.0-18.0 2.5-3.1 页岩、泥灰岩、密实的石灰岩；4.0-10.0 2.2-2.9 土层范围内的漂石，保证该范围内旋挖机能够垂直向下旋挖，起到固定旋挖机姿势的作用。

钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗

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要慢，特别是在槽口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正，而且必须保持一定高度的泥浆，以增加压力，保证护壁的质量。

图5.4.5 旋挖引孔

5.5地连墙成槽

5.5.1 成槽机选择

目前成槽机可分为抓斗、重锤以及液压双轮铣，其中液压抓斗闭合力大，挖槽能力强设有纠偏装置，可以保证高效率，高质量的挖槽，故通常采用液压抓斗成槽机。

5.5.2 成槽机就位

根据引孔桩位，合理调整成槽机的位置，让成槽机张开的斗齿能够放在孔位里，同时检查成槽机的垂直度显示仪和自动纠偏装置是否能正常工作

5.5.3成槽施工

1、成槽过程中成槽机垂直导墙中心线向下掘进，

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成槽过程中，利用成槽机上的垂直度仪表实时监测，以保证成槽垂直度，成槽垂直精度不得低于设计要求。

2、成槽时泥浆应随着出土量补入，以保证泥浆液面在规定的高度，在抓斗掘进时，不宜补入泥浆。

3、成槽机掘进速度严格控制，成槽时不宜快速掘进，以防槽壁失稳，当挖至槽底2～3m时，应用测绳测探,防止超挖和少挖。

4、成槽至标高后，应先进行铲壁后一次扫孔，扫孔时抓斗每次移开50cm左右，确保槽深符合设计要求，误差控制在规范要求内。扫孔结束后，用泵吸反循环法进行二次清孔。

5、清底置换结束后，对孔底泥浆及槽深（采用测绳）进行检测，如果测试指标及槽深达不到要求，必须再次进行清底置换，直至符合要求为止。 图5.5.3 成槽机成槽

如发现泥浆翻泡，大量流失或地面有下陷现象时，不准盲目掘进，待研究处理后再行施工。

5.6超声波仪器使用

对于地下连续墙垂直度控制采用双向控制的施工方法，一方面利用成槽机的垂直度显示仪和自动纠偏装置来控制成槽过程中的槽壁垂直度。挖槽中，每掘进10m采用超声波检测仪进行垂直度观测，如出现孔斜及塌孔情况，便于采取相应措施。

5.7 成槽注意事项

为保证槽壁的稳定性，减少塌方,采取以下措施： 1.成槽机必须轻提慢放，严格控制成槽速度。

2.成槽机以最大工作半径停机，成槽机履带下面应铺2～3cm厚钢板或路基箱。

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3.成槽护壁泥浆按施工的实际情况，随时进行相应的调整。 4.成槽过程中大型机械不得在槽段边缘频繁走动,以确保槽壁稳定。

5.对于首开幅及闭合幅，成槽时的第一抓的位置可根据现场需要选择，对于连接幅，成槽时必须先抓远离先行幅一侧的土方。若先抓靠近先行幅一侧土方。远离先行幅一侧的土方会向开挖侧倾倒，导致槽段底部槽宽变小，从而无法正常下放钢筋笼，连接幅开挖顺序如下图：

先行幅引孔位置第一抓范围图5.7 连接幅成槽顺序图

5.8劳动力组织

表5.8 劳动力组织情况表

序号 1 2 3 4 5 共计 类 别 泥浆工 成槽机司机 旋挖机司机 修理、电工 普工 人数 6 4 2 2 5 19 工 作 内 容 泥浆配制操作 机械操作 钢筋电焊操作 机械维修、用电操作 其它配合工作 13

6.材料与设备

采用的机具设备见表6。

表6主要设备使用表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 全站仪 泥浆泵 泥浆泵 泥浆泵 液压抓斗 旋挖钻机 灌浆泵 空压机 成槽机 型号 规格 TS11 2” R400 3kw 7.5kw 4PL-250型（15KW） 协幸LK150型 SH36 HB-80 P-0.8MPa，Q-6m3/min SG60 单位 台 台 台 个 台 台 台 台 台 数量 1 5 测量放线 5 2 3 1 2 2 1 成槽作业 用途 7.质量控制

7.1导墙施工质量检验

表7.1 导墙施工质量控制

项 目 内墙面与地墙纵轴线平行度 内外导墙间距 导墙内墙面垂直度 允许偏差 ±10mm ±10mm 5‰ 使用仪器 经纬仪 经纬仪 14

导墙内墙面平整度 导墙顶面平整度 3mm 5mm 靠尺 靠尺 7.2 泥浆质量检验

表7.2 成槽护壁泥浆性能指标要求

新配置泥浆 泥浆性能 粘性土 比重（g/cm3） 1.04~1.11 砂性土 1.06~1.15 粘性土 ＜1.15 砂性土 ＜1.2 粘性土 ＞1.3 砂性土 ＞1.35 泥浆比重计 500ml/700ml粘度（s） 20~25 25~35 ＜25 ＜35 ＞50 ＞60 漏斗法 洗砂瓶 PH试纸 重杯法 失水量仪 失水量仪 稳定性筒 循环泥浆 废弃泥浆 检测方法 含砂率（%） PH值 胶体率 失水量 泥皮厚度 稳定性 ＜4 8~9 ＞ 95% ＜7 8~9 ＜4 ＞8

＜7 ＞8 ＞8 ＞14 ＞11 ＞14 30ml / 30min 1～30ml / 30min 30g / mm2 7.3成槽质量检验

表7.3 成槽施工质量控制

项目 槽段长度 槽段厚度 允许偏差 ±50mm ±10mm 使用仪器 测绳 靠尺 15

槽段垂直度 1/300 超声波测壁仪 8.安全措施

1、施工前进行安全技术交底，进入施工现场必须戴好安全帽。

2、工程实施时，每周召开一次安全例会，检查安全生产措施的落实情况，研究施工中存在的安全隐患，及时补充完善安全措施。

3、成槽过程中，禁止无关人员靠近，避免发生机械伤害。

4、 成槽结束后，在槽段四周拉设警示带，避免人员掉入槽段发生生命危险。 5、特种作业人员须经过岗位培训，取得操作证后持证上岗。 6、现场施工用电严格按照制度规程要求操作。

7、夜间施工要加强值班巡查、保证场地有足够的照明。

9.环保措施

1、地连墙成槽土方必须当天运走,不用的料具和机械及时清退出场,保持场内清洁。生活区设置垃圾箱,每日专人清运。

2、根据国家和地方有关环保法规，严格控制施工期噪声排放量，施工场界噪声执行GB12523-90《建筑施工场界噪声限值》。对施工噪声敏感区段的施工作业采取时间控制措施。对居民敏感区，夜间时段（22：00～06：00）和午间（12：00～14：00），不得安排噪声很大（55dB以上）机械设备的使用，减少对居民正常生活的影响。

3、施工场地、运输道路定时洒水降尘。

4、在通常情况下，劣化泥浆先用废浆池暂时收存，再用罐车装运外弃。在不能用罐车装运外弃的特殊情况下，则采用泥浆脱水或泥浆固化的方法处理劣化泥浆。

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10.效益分析

10.1工期效益：

采用“两钻一抓”地连墙成槽施工工法，较之原比对的传统单一成槽机成槽施工工法,解决了单一采用成槽机遇坚硬岩土无法成槽的问题，同时保证了地连墙垂直度。武汉地铁7-9标现场地连墙施工共计三个作业面，三台成槽机，采用“两钻一抓”成槽法施工，平均每幅地连墙成槽时间为50小时，采用传统单成槽机成槽法平均每幅地连墙成槽时间为70小时。武汉地铁7-9标施工现场每台成槽机负责40幅1.5m厚地连墙，节约的工期参照表8。

表10.1 项目工期分析表

序号 1 2 成槽形式 传统成槽 “两钻一抓”成槽 工期计算式 总工期（天） 117 83 t170402800小时 t250402000小时 说明：传统成槽工法计算式内，70表示每幅地连墙的成槽时间，40表示每台成槽机施工地连墙的数量； “两钻一抓”工法计算式中。50表示成槽机与旋挖机配合成槽的时间，40表示每台成槽机施工地连墙的数量。 经计算，节约共计34天。

10.2 成本效益：

采用“两钻一抓”地连墙成槽施工工法，节约的成本如下表

表10.2 成本效益分析表

序号 1 成槽形式 “两钻一抓”成槽 节约成本计算式 节约成本（万元） 72.3 M0.3343500.183 17

说明：计算式内，0.3表示每台成槽机每天的成本，34表示总共节约的时间，50表示34天项目部的管理费，0.1表示每台旋挖机每天的成本，83表示“两钻一抓”成槽施工的总时间 经计算，节约成本共计72.3万元。

11.施工实例

武汉地铁七号线一期工程徐家棚站

11.1工程概况

武汉市轨道交通七号线一期工程徐家棚站呈南北走向，位于武汉市武昌区，和平大道与秦园路交叉路口以西的秦园路下。徐家棚站为地下四层双柱三跨盖挖逆作岛式站台车站，外包总长217.36m，标准段总宽25.3m，站台宽度为15m，车站中心里程基坑深度约34.16m，小里程盾构井基坑深度35.962m，大里程盾构井基坑深度35.53m，主体基坑总面积11000m²。

车站主体1.5m厚地下连续墙共计120幅，地下连续墙接头采用H型钢接头。 围护结构地连墙平面示意参见下图

图11.1 徐家棚车站地连墙平面示意图

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11.2施工情况

武汉地铁七号线第九标段地连墙于2014年9月14日开始施工，2016年2月26日结束。包括成槽机和旋挖机进出场、施工准备、场地周转等因素在内，平均3日施工1幅地下连续墙。

采用“两钻一抓”进行地下连续墙成槽较传统成槽工法节约工期34天，节约成本72.3万元。

11.3结果评价

本工法成槽既保证了地连墙倾斜度，又保证了工期，在后期基坑开挖过程中对地连墙垂直度的检测中，最大水平位移偏差为20.22mm，经换算，垂直度偏差为20.22mm/(57*10^3)=0.35％，满足设计要求。

本工法在质量、安全文明施工、工程进度及造价上得到各方一致好评。

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