绞吸式地下连续墙施工技术及应用

2013年度优秀（技术）绞吸式地下连续墙施工技术及应用绞吸式地下连续墙施工技术及应用【内容提要】针对天津地铁6号线水上东路站地连墙施工中有四幅地下连续墙在220KV超高压供电电缆下，为保护超高压供电电缆的安全，此四幅地连墙采取绞吸式地连墙成槽工法，本文主要阐述了绞吸式地连墙成槽工法（又称潜水钻机气举反循环成槽工法）的施工及在实际施工中的应用。【关键词】绞吸式地下连续墙、气举反循环工法、钢筋笼加工、质量控制、施工技术、超高压电缆保护、应用基本原理及工艺流程本该工艺所用设备的主要部分由喷导管及以该管为导向滑道的潜水钻组成。喷导管用直径273mm勺无缝圆管制成，其长度大于槽深2米。该导管下端插入先导孔内，下端为土、石的入口，上端为露出地面的喷出口。利用空气压缩机向管底输送高压空气，管子入口与出口间产生巨大压差将土、石喷出地面，因此该法又称“潜水钻气举反循环成槽工法”。工艺流程见绞吸式地连墙成槽工法施工流程图。主要施工方法2.1管线剖验、导墙施工、槽段划分沿连续墙位置进行人工刨验、开挖导墙。开挖导墙时，采用人工清除电缆槽顶及周边的回填土，联系电力管线保护单位对其进行悬吊保护后，然后再进行导墙施工。电缆沟悬吊的范围要比导墙宽出至少1m,以方便导墙施工，电缆沟周围采用与导墙同标号的素混凝土回填，并且电缆槽与混凝土之间采用隔离膜隔离，方便以后对此部分混凝土的破除。为便于地下管线的保护以及钢筋笼下放后位置调整，导墙宽度适当加大，深度根据管线埋深不同进行调整，对有管线的地方，加钢管或型钢对管线进行加固保护，以保证施工时不被碰坏。按照施工图中的要求结合现场实际情况合理划分槽段。划分原则如下：地连墙结构整体刚性相对减弱，基坑开挖时应采取架设腰梁措施来保证结构的整体刚度，第1页共7页2013年度优秀论文（技术总结）绞吸式地下连续墙施工技术及应用第PAGE\*MERGEFORMAT#页共7页并加强基坑监测；为加强地连墙的整体刚度及保证接头的止水效果，特殊段地连墙接头方式采用十字钢板为保证特殊段地连墙成槽时间和成槽质量，槽段长度应控制在9m以内；管线间距较大的地方尽量安排正常幅段；槽段分幅要相对一致，以便于施工和保证施工安全；为保证钻头的下放不会对管线造成损害，槽段分界点距管线至少为1.3~1.4m;⑦为保证接头的处理质量，与正常段地连墙的接头处距管线应控制在2.5~3.0m。绞吸式地连墙成槽工法施工流程图2.2泥浆搅拌泥浆的主要作用是护壁、携渣、冷却钻具，要具有一定的密度和粘度，在槽内有一定的静水压力，同时能渗入土壁形成不透水的泥皮，从而稳定槽壁稳定。根据工程的特点及以往施工经验，现场利用粘土造浆，特殊土质的采用膨润土加纤维素造浆。通过钻机成槽时打碎、搅拌地层中的黏性土形成泥浆，并通过反循环成槽机、泥浆泵、泥浆池使泥浆在成槽过程中循环，灌注混凝土时，将废弃浆置换外运。2.3施工机具选择潜水钻孔成槽机1台、3PN泥浆泵3台、6m3空压机1台及其他配套设备。2.4成槽2.4.1先行导槽施工以槽宽为6M的槽段为例，220KV高压供电电路悬吊架宽为1.5m。首先，在相邻段地连墙接头与220KV高压供电电缆悬吊架两侧用液压抓斗抓出2m宽导槽，作为插喷导管的先行导槽。先行导槽施工时注意垂直度的检查，以保证潜水钻机施工的垂直度。2.4.2钻孔成槽先行导槽完成后，将潜水钻孔成槽机就位，并将喷导管插入先行导槽中，采用单管抱管反循环钻孔成槽。钻孔成槽时，在架头放置一个泥渣斗，启动反循环系统和钻机，让钻机沿喷导管向下钻，钻进过程中钻头切削泥块掉入槽底，利用气举反循环气柱，将渣土随泥浆通过喷导管排到渣斗里。渣土沉淀后，分流的泥浆流回槽内，泥浆可重复利用。在成槽过程中，渣斗充满后应及时换空斗。当单钻抱管成槽完成一钻时，将钻机提升，使钻头靠近悬吊架下并钻头高过未钻的土面。同时将喷导管提升至离槽底面50-100cm,而后移动成槽架，准备下一钻施工，前后两钻位置重叠1/3钻头直径，根据底层特点，每次水平进尺控制在30cm内，从单元槽段的一头向悬吊架方向钻进，直到完成悬吊架一侧的成槽钻孔完成，而后施工另一侧，一侧最少完成5-6钻，直到完成整个槽段的成槽施工。钻孔成槽施工顺序如成槽施工示意图。成槽过程中，应随时用线锤对钻机的钢丝绳和喷导管进行测试，垂直度应符合规范要求，入不满足要求，及时调整，以保证地连墙的垂直度。成槽施工过程中仔细复核钻头、钻具的磨损情况，入磨损严重不能到达槽宽要求必须及时更换。为防止墙体出现塌孔现象，因此在成槽过程中应加强泥浆性能的控制，根据不同地质情况，及时调整泥浆的性能指标，同时还要严格控制槽内泥浆液面不得低于导墙地面30cm。施工过程中，特别是在钻机越来越向靠近悬吊架方向时，坚决避免磕碰悬吊架，以免发生重大事故。成槽施工示意图2.4.3修槽当悬吊架两侧成槽完毕后，拆下钻机，换上液压抓斗修槽。首先将抓斗放入槽内，使抓斗降到悬吊架以下；然后水平移动抓斗机，使抓斗向悬吊架下方移动，然后利用抓斗的自身重力向下切削槽壁上钻孔过程中没有削掉的土，到槽底后，液压抓斗机反方向移动，提升抓斗，避免在提升中磕碰悬吊架，反复修正几次以保证槽壁平整；每一次修槽必须到达地连墙设计深度。修槽一侧完成后，在修理另一侧。直至将掉入槽底的泥块被清理干净。2.4.4清槽换浆槽段修理完成后，启动反循环系统，用喷导管在一次对槽底沉渣进行清理。清槽时均从槽段两端向悬吊架方向移动进行，每次移动30-40cm，每位置停留5分钟，让槽底的沉渣从喷导管中充分排除。对槽底沉渣清理至少3遍，使沉渣厚道满足规范与设计要求为止。在对槽底清理的同时根据槽内泥浆情况，进行泥浆置换，置换后泥浆比重控制在1.05-1.2。根据底层特点，若遇到砂层施工是，为防止砂子沉淀过快，磔浇筑前泥浆比重适当增大。清槽完成后，测量槽深、槽厚、沉渣厚度等均满足设计要求时并经监理验收合格后进行下一道工序。清槽换浆完毕后，必须及时安装钢筋笼和灌注混凝土，停留时间过长易造成槽段坍塌。2.5钢筋笼加工与安装2.5.1钢筋笼加工8根中14的通长由于220KV高压供电电缆的限制，以悬吊架的中心为界将钢筋笼的加工成两个部分。钢筋笼分两部分加工，两部分采取公母对接形式，在对接的夹缝外侧布置筋，防止在钢筋笼安装时，在咬合部分卡住钢筋笼。悬吊架在地连墙导墙施工，埋置在导墙混凝土内。加工钢筋笼如下图:钢筋笼公母对接俯瞰剖面图钢筋笼对接示意图2.5C.2钢筋笼拼、安装2013年度优秀论文（技术总结）绞吸式地下连续墙施工技术及应用钢筋笼分两部分安装，每侧钢筋笼在悬吊架下方的宽度1m左右，提前在导墙与钢筋笼顶部均做好标记（两标记重合时说明钢筋笼到位），在钢筋笼下放时，控制钢筋笼进入悬吊架下方的位置，以免两部分隼接没有对接完全，影响整幅地连墙的刚度。首先吊起钢筋笼的一半，缓慢放入一侧先行导槽内，在开口最底部下放到悬吊架最底部以下30cm时，吊车水平移动，让钢筋笼向悬吊架方向移动，直到两标记完全重合时，固定钢筋笼，担杠架于导墙上；然后吊装另一半钢筋笼，安装同上一半笼子，完成对整幅笼子的对接。钢筋笼安装完成后，在钢筋网片预留导管仓位置下放导管。用两根导管灌注磔同时受悬吊架影响，导管间间距控制在3.0m范围内，导管距离槽段端部位置不宜大于1.5m，保证混凝土灌注的质量。2.5混凝土灌注混凝土灌注同液压抓斗成槽地连墙混凝土灌注，此处不作叙述。质量控制措施成槽过程中，每隔30分钟检查一次泥浆指标，确保泥浆质量，防止塌槽。随时用线锤对钻机的钢丝绳和喷导管进行测试，垂直度应符合规范要求。在导墙上做好分幅线的标记，两片钢筋笼合并后的总宽度应等于幅宽。钢筋笼下放后，在H型钢外侧用石料回填，防止灌注混凝土时绕流或因混凝土挤压导致两片钢筋笼分离。安全保证措施成槽时，钻杆至少要距离电缆保护箱30cm,严禁碰撞保护箱。修槽时，抓斗刚好进入电缆保护箱底时，在钢丝绳上做个标记，上抬时按照标记平移抓斗，防止抬撞电缆保护箱。吊装钢筋笼时，派专人量测钢筋笼距电缆保护箱的尺寸，确保不碰撞电缆保护架。混凝土浇筑吊装导管时，严禁导管在晃动时碰撞电缆保护架，并组织专人看护全过程，确保电缆线的万无一失。在工程中的延伸应用根据气举反循环工法的施工特点可大量应用于较困难的工程施工之中，例如：①重要或迁改困难的管线横跨地下连续墙的施工，即可保证管线的安全畅通，又可保证地下连续墙的正常施工（本工程就是鲜明的案例）。第6页共7页2013年度优秀论文（技术总结）绞吸式地下连续墙施工技术及应用第PAGE\*MERGEFORMAT#页共7页异型地下连续墙，特别是Z型异型墙的施工，由于受液压抓斗宽度限制时，此工法中主要的动力设备潜孔钻可调整角度施工，克服了因异型地连墙的宽度限制而导致常用液压抓斗不能施工或者需调整槽宽的方法施工（加宽槽宽导致经济受损失）的难题。复杂地质条件加之孔桩或地下连续墙的深度较深，传统的清孔方法很难达到规范的要求导致质量诸多隐患。该工法利用压缩空气经输气管道进入空气扩散室，经进气孔与反循环泥浆管内泥浆混合且体积膨胀，在进气孔以上的泥浆管内（简称泥浆混合室）产生比重较小的气、浆混合流，而泥浆管外的泥浆由于没有掺入空气因此比重较大，这样混合室内外泥浆由于比重不同而产生压力差，在此压力差及气体膨胀产生的抬升作用下稠泥浆和沉渣将进行循环，从而达到清渣和换浆作用。结束语气举反循环工法施工方法简单、实用性较强，加之又有较多的可应用性，此工法具有一定的实用价值。参考文献：广州地下铁道工程设计研究院.《天津地铁6号线工程水上东路站围护结构施工图》《钢筋混凝土地下连续墙施工技术规程》.天津市建设管理委员会.2010