1、新白廣城際鐵路斜巖地質地連墻成槽技術研究與應用研究報告中鐵八局集團有限公司珠三角城際新白廣XBZH-2標四工區項目部二。一七年十一月目錄1前言 12項目概況 13當前常用施工工藝 14主要研究內容 25技術創新點 26施工方案研究 25.1 地質構造 25.2 機械配置方案研究 35.3 施工工藝流程 35.4 施工要點 45.4.1 施工準備 45.4.2 導墻施工 45.5 成梢機抓梢施工技術研究 55.5.1 成梢機施工注意事項 65.6 沖擊鉆沖梢施工技術研究 75.6.1 沖孔順序 75.7 斜巖部分沖孔技術研究 75.7.1 影響成梢質量因素分析 75.7.2 方案制定 85.7.

2、3 鉆錘結構改進 95.7.4 斜巖部分沖孔施工 9申®5.8 成梢質量檢測 107研究結論 108知識產權獲得情況 119經濟效益分析 1110推廣應用前景 111前言近年中國的成槽機械發展得很快，與之相適應的成槽工法層出不窮，使得地 下連續墻的應用日益廣泛，地連墻結構施工具有，工效高、工期短、質量可靠、 經濟效益高的特點，但是同樣有一定的缺點，如果施工方法不當或施工地質條件 特殊，可能出現相鄰墻段不能對齊和漏水的問題，在一些特殊的地質條件下如很 軟的淤泥質土，含漂石的沖積層和硬巖石等，成槽機無法在巖石地質進行抓槽作 業，使用沖擊鉆進行成槽時垂直度難以保證。本項目施工段內前期地質鉆

3、資料顯示， 沿線地層砂層、黏土、弱風化石灰巖 交替出現，且巖面起伏極大，項目部針對此種地質狀況組織成槽機 +沖擊鉆實施 成槽作業，重點針對斜巖地質條件下使用沖擊鉆進行成槽施工的質量進行研究。2項目概況新白廣XBZH-閑段四工區項目部主要施工范圍為花山站機場T2站區間隧道(DK45+251.8 DK51+260.114 中的 DK45+251.A DK48+65艘，全長 3403.5m, 其中暗挖段3個，分別為下穿大窩嶺暗挖段長300m下穿機場高速暗挖段長65m (暗挖變更蓋板明挖)、下穿西跑道燈光帶暗挖段長 235m暗挖段總長度535m 明挖段3段，明挖段總長度2868.5m,一共有1015幅

4、地下連續墻。針對施工段地質條件復雜，巖面起伏較大的情況，項目部成立課題組，在斜 巖地質成槽技術及施工工藝方面進行研究，在利用現有設備基礎上通過改進施工 設備及施工工藝實現成槽效率及成槽質量的提升。3當前常用施工工藝斜巖地質沖擊鉆當前針對斜巖地質成槽施工通常采用兩種方式解決：(1)、潛孔鉆施作引孔該施工工藝通過在地連墻槽段范圍內實施鉆孔對巖體 進行破碎，然后使用沖擊鉆對已破碎巖體進行沖擊成槽，此工藝需要二外投入施工設備及作業人員且作業成本較高，經濟效益較差。(2)、回填片石復沖在巖面傾斜段內，沖擊鉆頭在沖擊過程中不可避免沿巖 面產生側滑，造成地連墻槽段巖體側槽壁侵限而對面槽壁超限的現象，通過回填

5、片石反復沖擊侵限部分。增加人、機、料費投入，施工效率低下，施工質量差。4主要研究內容（1）沖擊鉆在斜巖地質成槽施工質量控制要點分析: （2）沖擊鉆錘結構改進措施研究5技術創新點通過對斜巖石巖土力學特性研究，分析現有通用型鉆錘在該中地質沖槽作業 的局限性，在分析成果的基礎上對通用型鉆錘結構進行改進使其匹配斜巖地質的 沖槽作業，實現狎效益、施工效率最大化。6施工方案研究5.1地質構造新白廣城際鐵路XBZH-2標DK45+25WDK48+42Cffi工段，沿線主要出露和揭 露的地層有第四系（Q）、石炭系中上統（C2+3以及石炭系下統（C1）地層。現 將地層按照由新到老分述如下:第四系（Q）:主要包括

6、第四系人工堆積層、 第四系全新統沖洪積層以及第四 系全新統殘坡積層。巖性以粉質黏土、砂類土為主，零星見礫石土，古河道及水 塘地段分布淤泥質粉質黏土。石炭系中上統（C2+3）,為壺大群地層，主要巖性為肉紅色隱品質灰巖，下 部夾白云巖。石炭系下統（C1）:主要巖性為巖互層夾鐵質砂巖薄層及煤層，下部為黃褐色、灰綠色鈣質頁巖夾土黃色薄層泥灰巖及灰巖透鏡體；石磴子組灰黑色、深灰 色灰巖下部見白云質灰巖；孟公坳組主要為灰白色細粒石英砂巖、石英粉砂巖、 灰綠色薄層粉砂泥巖及少量炭泥質粉砂巖。地連墻入巖部分地質為弱風化灰巖，弱風化灰巖為單軸極限抗壓強度50.568.6MPa。施工段內共1015幅，其中地連墻槽

7、段內巖面傾斜 >30o的槽段占58%6.2 機械配置方案研究本工區地下連續墻埋深在13.4m25.5m范圍變化，從上至下穿越：素填土、 富水砂層、粉質黏土、灰巖。非入巖部分（素填土、富水砂層、粉質黏土），地連墻成槽擬定采用液壓履帶式成槽機 SG6C®。SG6C®液壓抓斗對地層適應性很 強，從軟粘土到含有大漂石的沖擊層，均可進行挖槽；開挖寬度在80150cm開挖深度可達到70m主機（含抓斗）重約75t,抓斗配置了自動糾偏儀，在工 作中對槽壁進行修復。先進的電子測量系統，對抓斗的深度及位置方向經顯示屏 幕精確的顯示出來，可精確到0.01度，抓斗的提升速度快、閉合力大，施工

8、效 率高，抓斗的提升和下放都有安全保護裝置，滿足本工程施工要求。圖6.2.1 SG60型液壓了履帶式成槽機6.3 施工工藝流程根據工程規模及水文地質、工期要求及施工總體安排，進行三電和管線遷改、 超前先導孔、巖溶注漿等前期準備工作后，圍護結構先施工導墻、之后再施工地 下連續墻及冠梁等，連續墻采用成槽機及旋挖鉆成槽作業。擬配備4臺成槽機,15臺沖擊鉆進行連續墻成槽施工。根據施工組織安排，鋼筋籠在移動鋼筋加工 棚內加工成型，配置120T及以上履帶吊4臺為主吊、4臺50T及以上履帶吊為 副吊采用遞送法進行下鋼筋籠，水下碎采用導管法灌注。具體施工工藝見圖 5.3.1地下連續墻施工工藝測量放線導墻施工抓

9、槽機抓槽至巖面上方標定沖擊鉆孔分段線沖擊鉆沖孔超聲波檢測 槽壁質量成槽圖6.3.1地下連續墻施工工藝6.4 施工要點6.4.1 施工準備(1)探明施工區域的管線分布情況，詳細記錄管線的走向及埋深等信息， 并現場做好標記，采取保護措施；(2)清楚地表雜草、雜物，對地表以下0.5m范圍內原狀土進行換填屹渣以 便滿足走行成槽機等大型設備；(3)現場臨水臨電按照施工需要布設完成；(4)熟悉施工圖紙及地質資料，確認每幅地連墻槽深、入巖標高、巖面傾 斜狀況等信息。6.4.2 導墻施工導墻設計型式為一廠” 型，結構厚200mm寬0.84m, 7® 1.5m, C25混凝土，如圖 6.4.1圖6.4

10、.1導墻結構圖(1)測量放線，準確測量出地下連續墻的軸線和導墻邊線并及時設置可靠 牢固的施工控制樁點，導墻測量放樣時，考慮成槽是抓斗和鉆錘在槽內擺動對槽 壁的擾動及后續基坑開挖后地連墻的內傾變形， 為了避免地連墻槽壁侵入隧道主 體結構，在保持導墻結構尺寸不變的前提下將導墻軸線外放3cs(2)導墻開挖采用挖掘機開挖，挖斗寬度0.5m,人工配合清底、修正槽壁、 夯填、整平。(3)墻體模板采用1.2mX1.5m組合鋼模，模板之間采用螺栓連接，模板支 撐采用7*7cm木支撐，每間隔1.0m設上下4層。碎采用人工溜槽入模，插入式振 動器振搗，兩邊碎澆筑要平均。在碎強度達到70%寸拆模，立即加對口撐，保證

11、頂面高程、內外墻間距、垂直度符合設計要求。6.5 成梢機抓梢施工技術研究每幅地連墻槽段采取三序成槽，為防止抓斗在槽段內擺動盡可能沿相鄰蔥段 分幅線開挖，先挖本槽段兩邊土方，再挖中間，。開挖過程中隨時檢測垂直度， 并及時糾偏。開挖出的磴土裝入自卸汽車運至臨時磴土池集中堆放，待晾干后再運至指定地點。液壓成槽機成槽施工方法見示意圖泡兼液面翻宇表示成槽順序依440圖6.5.1液壓成槽機挖槽施工方法示意圖6.5.1 成槽機施工注意事項(1)根據設計圖紙確定的地連墻位置，在導墻頂面上測量放線并按編號分 段。(2)將抓斗就位，就位前要求場地平整堅實，以滿足施工垂直度要求，吊 車履帶與導墻垂直，抓斗要對準導墻

12、中心線。為減少抓斗施工的循環時間，提高 功效，每臺抓斗用自卸汽車在抓斗旁接渣，將泥渣運至堆料場暫存。(3)每槽段中各抓作業順序注意保證成槽時二側鄰界條件的均衡性，以保 證槽壁二個方向的垂直度良好。(4)根據各個槽段的寬度尺寸，決定挖槽的抓數和次序，抓斗入槽、出槽 應慢速、穩定，并根據成槽機的儀表及實測的垂直度情況及時糾偏，以滿足成槽精度3%的要求。(5)成槽機定位應使抓斗平行於導墻面，抓斗的中心線與導墻的中心線重 合，抓斗下放時，應靠其自重緩速下放，不得放空沖放。(6)單元槽段成槽挖土過程中，抓斗中心應每次對準放在導墻上的孔位標 志物，保證挖土位置準確。抓斗閉斗下放，開挖時再張開，每斗進尺深度

13、控制在 0.3m左右，上、下抓斗時要緩慢進行，避免形成渦流沖刷槽壁，引起坍方，同 時在槽孔碎未灌注之前嚴禁重型機械在槽孔附近行走產生振動。(7)成槽時，派專人負責泥漿的放送，泥漿液面高出地下水位 1m以上，同時也不能低於導墻頂面0.3m以下，在泥漿供應不足時，應停止挖槽，待泥漿加 足后，再進行。(8)單元槽段中每抓挖到設計槽底標高以上 0.5m時停挖，待全槽達到此標 高時，再由一端向另一端用抓斗細抓掃孔清底至設計標高。(9)用超聲波測壁儀檢測成槽的垂直度、槽深、槽長和槽位精度。6.6 沖擊鉆沖梢施工技術研究6.6.1 沖孔順序抓斗挖到巖面即停，并使槽底基本持平。在導墻上標出各導向孔位置，在地

14、下墻轉角部位采用大的沖錘，保證地下墻完整性。成槽過程詳見圖6.6.1 。1.7. 一 I一鉆機入巖鉆主孔(3)鉆機入巖鉆副孔方錘修梢成梢圖6.6.1沖擊鉆成槽示意圖沖孔順序：(1)采用沖擊鉆機沖出3個導向孔至巖面。(2)沖擊鉆沖擊主孔，泵送循環泥漿入槽正循環出磴，主孔中心距1.2m左右，充分利用沖擊鉆機沖頻高、出磴快、進尺快的特點。(3)沖擊副孔(主孔間剩余的巖墻)，先小沖程開孔，穩定入巖后正常沖孔， 泥漿在槽內采用循環返磴，減少重復破碎，這樣可減少在沖擊面積較小時，沖擊 錘的擺動，保證槽壁垂直。(4)采用方錘修整槽壁聯孔成槽。控制沖程在1.5m以內，并注意防止打空錘和放繩過多，減少對槽壁擾動

15、。6.7 斜巖部分沖孔技術研究6.7.1 影響成槽質量因素分析圖6.7.2斜巖槽示意圖巖面與水平面存在豎直夾角，沖擊鉆錘沖至巖棉最高點時，鉆錘面部分與巖 體接觸造成手里不均，錘體沿巖棉產生側滑，導致槽壁傾斜。6.7.2 方案制定方案一：回填片石，復沖修正槽壁。優點：簡單易于實施缺點：成槽施工效率低，浪費材料經濟性差，且回填片石時，片石下落過程極易剛蹭槽壁。方案二：施做潛鉆孔，在地連墻槽段內沿槽壁施作兩排潛鉆孔， 對斜巖部分 巖體進行破碎，然后使用沖擊鉆沖槽。優點：機械化程度高，對成槽質量有保障缺點：需新組織人員設備，投入增大，成槽周期增大，對成本控制不利。方案三：改進沖擊鉆錘結構結構，抵消鉆錘

16、在斜巖結構中受力不均從而阻止 錘體在沖擊過程中的側滑。優點：無需額外投入人力物力，易于實施。缺點：未有實際案例參照，方案不成熟，實際效果不確定經過項目部課題組開會分析進行方案比選決定實施“方案三”。6.7.3 鉆錘結構改進鉆錘改進以現有通用型鉆錘為基礎，對鉆錘沖擊受力面結構進行改進如圖6.7.3圖6.7.3改進鉆錘示意圖圖6.7.4現場加工6.7.4 斜巖部分沖孔施工將新型鉆錘放入槽段內，進行沖孔作業，注意事項及控制要點：(1)槽內放錘是注意A半面(光面無錘牙)對應巖面下坡方向，B半面(帶 錘牙)對應巖面上坡方向，確保帶錘牙面較光面提前接觸巖體，利用錘牙的沖擊 力破壞巖體；(2)沖程不易過大，

17、控制在2m以內；(3)沖擊過程中注意觀察鉆機錘繩的擺動情況，若擺動幅度較大說明鉆錘不穩定，有可能發生側滑，需及時糾正；(4)返漿要及時，將鉆法及時排出；(5)沖槽至鉆錘面全部與巖體接觸后更換為通用型鉆錘進行沖孔作業。6.8成梢質量檢測成槽質量檢測使用UDM10超聲波程控檢測儀進行檢測，該監測儀可以直接采集槽深、槽寬及槽壁垂直度數據，并行形成圖形文件，直觀清晰，如圖 6.8.1圖6.8.1成槽質量檢測檢測施工控制要點：(1)檢測前必須清槽，循環返漿，將槽內沉渣排出，避免影響聲波反射造 成數據誤差及圖形清晰度；(2)測量放線，將槽段水平中線放出，探測頭沿中線下方，以確定兩側槽 壁較設計偏差值；(3

18、)探測頭提放要勻速，避免探測頭出現擺動。(4)成槽作業過程，特別是巖層較多、斜巖嚴重地質槽段，要多次加大檢 測頻次，實施掌握槽壁質量情況以便做出修正。7研究結論在斜巖地質條件下，課題組針對成槽施工方案根據不同巖層合理選擇成槽設 備進行沖孔施工，有效減少成槽設備對槽壁的擾動，較大程度避免成槽過程的塌 孔現象，在槽壁垂直度、軸線偏差等成槽控制上有很大提高， 橫好的控制了地連 墻混凝土澆筑超方控制，節能效果明顯。課題組通過對現有沖擊鉆錘的改進，有效提高了斜巖地質沖槽的施工效率， 避免額外的人力物力投入，降低施工成本。但是課題組通過對施工段內地連墻成 槽檢測結果統計分析，改進后鉆錘對斜巖面傾角大于>30 o的斜巖槽沖孔質量控制有所下降，縮著傾角的增大下降愈發明顯，在施工過程仍需輔以回填片石進行 復沖修正槽壁。8知識產權獲得情況本項目研究獲得實用新型專利一項：一種地連墻斜巖槽段矩形沖擊鉆鉆頭,專利號：201720809036.39經濟效益分析課題組通過改進鉆錘，解決了小角度斜巖地質成槽過程的垂直度控制難題， 避免回填片