混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》是中國水利水電建設集團公司完成的建築類施工工法；作者分別是蔣振中、宗敦峰、胡迪煜、宋偉、郭宏波；適用範圍是規模大、工期緊張、精度要求嚴、環保要求高的工程以及採用其他槽孔建造工法的大量通用設備布置受場地限制的混凝土防滲牆（地連牆）工程。

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》主要的工法特點是速度快、精度高、環保施工等。

2008年1月31日，《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法
• 工法編號： YJGF085-2006
• 完成單位：中國水利水電建設集團公司
• 主要完成人：蔣振中、宗敦峰、胡迪煜、宋偉、郭宏波
• 套用實例：長江三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆工程
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）

形成原因

三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆技術複雜、難點多、風險大。工期緊迫、施工強度高是其首要特點，除1.22萬平方米的牆體可在大江截流前完成外，其餘3萬平方米要求在截流後大施工期一個枯水期內完成；當年成牆當年抵禦洪水，高峰月成牆面積約6500平方米。尤其是河床深槽段，混凝土防滲牆呈雙牆布置，需分期完成，軸線長度僅162米，設備投入受到限制。如果不能在當年完成施工任務，必須在汛期圍堰加高抵禦洪水，汛後再挖開圍堰繼續施工混凝土防滲牆，三峽工程將推遲一年發電，其政治影響和經濟損失不可估量。

為確保工程按期完成施工，工程引進了德國寶峨公司生產的BC30型液壓銑槽機。這種設備具有造孔工效高、造孔深度大精度高、地層適應能力強等特點，但設備昂貴、運行費用高，截至2005年，中國國內只適合在部分水利水電工程和城市地下連續牆套用。

中國是首次使用BC30型液壓銑槽機，需要掌握該設備的使用技術，了解其對各種地層的適應性；另外，該設備只有一台，在不可能使用該設備完成全部施工任務的情況下，在何種地層使用，採用何種槽孔建造工法，如何發揮其優勢，又儘量減少運行費用，成為一個課題。於是在截流後大施工期之前，首先進行了現場試驗，以了解該設備的性能，掌握操作技術，更重要的是研究相應的槽孔建造工法及配套機具。

通過試驗工程，了解到液壓槽機最為適用三峽工程上部均勻鬆散的回填層和無漂（塊）石覆蓋層以及中軟岩石地層成槽幾種地層，總結研究了《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》，施工證明使用該設備在上述地層中採用“銑削法”槽孔建造工法具有極高的成槽速度和很高的精度。

工法特點

和其他槽孔建造工法相比，《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》具有速度快、精度高、環保施工等特點：

1.液壓銑槽機銑削切割地層，地層碎料與固壁泥漿混合，經反循環系統排出槽外篩分淨化，連續成槽；

2.泥漿淨化後返回槽內重新利用，環保施工；

3.成槽設備電子化可控，成槽全程監控，電子糾偏裝置的使用有利於保證成槽質量。

操作原理

適用範圍

通過工法研究試驗及推廣套用資料分析，《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》具有工效快、成槽精度高、噪聲小、環保施工的優點，可達到採用中國國內常用的衝擊式鑽機及“鑽劈法”工效的10~20倍、採用抓鬥設備及相應工法的2~4倍、成槽質量也易於保證，特別適用於在均勻的覆蓋層和中低強度基岩中施工；如覆蓋層中含有較大直徑的漂（卵）石或岩石堅硬，雖採用該工法仍可施工，但工效降低幅度大、設備磨損大、施工成本高，宜輔以其他槽孔建造設備和工法，發揮不同的設備各自優勢，取得最大效益。由於該工法採用的液壓銑槽機設備昂貴、中國國內市場數量有限，適用於規模大、工期緊張、精度要求嚴、環保要求高的工程以及採用其他槽孔建造工法的大量通用設備布置受場地限制的混凝土防滲牆（地連牆）工程。

工藝原理

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》是採用液壓銑槽機銑輪旋轉切削地層，並連續反循環排渣的槽孔建造工法。

液壓銑槽機主要由主機和銑削頭兩大部分組成，主機為履帶起重機。銑削頭機體為一個鋼製重型機架，它的功能除了固定各工作部件外，還可以為銑削提供一定的給進力，並起導向作用。機體下端有兩個銑輪，銑輪上安有銑齒（牙）或滾刀，它分別由兩個潛水液壓馬達驅動並繞水平軸相對轉動在轉動中銑齒不斷銑削地層，並使銑削的碎塊與膨潤土泥漿混合。安裝在銑輪上方的液壓泥漿泵抽吸泥漿並攜帶地層顆粒通過排渣管排出地面送至除砂系統，泥漿經除渣淨化後又被送回槽孔循環使用。

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》原理見圖1。

圖1 “銑削法”槽孔建造工法原理圖

施工工藝

工藝流程

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的施工工藝流程見圖2。

圖2 “銑削法”槽孔建造工法施工工藝流程圖

工藝流程1：為使液壓銑槽機開孔時銑頭下臥到槽孔泥漿內並保證開孔精度，反鏟抓鬥預開挖不少於2.5米，然後開孔銑削；

工藝流程2：銑削一期槽孔的兩邊單元；

工藝流程3：銑削一期槽孔中間單元；

工藝流程4：清孔換漿後澆築一期槽孔；

工藝流程5：相鄰一期槽孔澆築後，擇時銑削二期槽孔；採用“銑削法”槽孔建造工法施工混凝土防滲牆（地下連續牆），一、二期槽孔一般採用銑削接頭，二期槽孔一般採用一銑成槽；

工藝流程6：清孔換漿後澆築二期槽孔。

操作要點

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的操作要點如下：

一、施工導牆、平台及槽口預開挖

施工導牆宜為鋼筋混凝土結構，其規格應根據設計的牆體深度、預計的成槽周期、地基密實程度確定，以保證施工期間槽口的穩定、施工設備和人員的安全。

施工平台宜為混凝土結構，配筋情況根據具體情況確定，以保證安全兼顧經濟為總體原則。施工平台中間某部位或遠離混凝土防滲牆軸線的一側應布置排水溝，以便於施工廢水排出，保證現場文明施工。

槽口預開挖為應保證液壓銑槽機開孔時銑頭下臥到槽孔泥漿內，反鏟抓鬥預開挖不少於2.5米。

二、一期槽長度的確定

對於三銑（或多銑）一期槽長的確定，除了考慮施工周期、槽壁穩定、混凝土澆築上升速度都因素之外，還應該考慮與槽孔建造工法直接相關的因素：兩側臨空銑削的中間單元長度為銑削架總體開度的1/2~2/3。一般情況下，一期槽孔採用三銑成槽，長度為7~7.5米。

三、固壁泥漿及牆體材料

反循環槽孔建造工法的普遍特點是，對泥漿的質量要求比較高。泥漿的性能特點需要考慮多次循環利用；特別是對於包括銑接頭的牆段連線的銑削槽孔建造工法，更應該考慮泥漿被牆體材料污染的問題。一般的做法是，在漏失地層中，一期槽需關注泥漿漏失問題，適用黏度指數（黏度、動切力）相對高一些的泥漿；二期槽因泥漿易被牆體材料污染，易使用黏度指數相對低一些的泥漿，成槽結束後，再根據泥漿檢測情況，換一些性能更合適清孔和牆體材料澆築的新鮮泥漿不同階段泥漿性能指標可參考國家電力行業標準“水電水利工程混凝土防滲牆施工規範”（DL/T 5199-2004）中有關規定。

為便於二期槽成槽施工，對於採用銑接頭牆段的工程，宜考慮早期強度低的牆體材料。

四、二期槽與一期槽的搭接長度

二期槽與一期槽的搭接長度應保證液壓銑槽機銑頭不跑出一期牆體之外，按照液壓銑槽機成槽精度和槽孔最大深度，並留有一定安全余度計算。

五、二期槽開始銑削的時間

二期槽開始銑削的時間不宜過早，齡期短的一期槽牆體材料對泥漿具有更明顯的污染；一般需待兩側一期牆體材料達到70%設計強度（7天齡期）後進行，一期牆體材料達到上述強度後宜儘早安排，以免隨著強度的增加，增加二期槽成槽的難度。

材料設備

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的主要設備包括液壓銑槽機及與之配套的泥漿淨化裝置。截至2005年，中國國內主要的液壓銑槽機型包括德國寶峨公司生產的BC30、BC40及CBC25型銑槽機，其各自性能參數見表1及表2。另外中國國內項目使用過的法國地基公司的機型有HF12000型銑槽機，其性能特點見表3。

常用的泥漿淨化裝置有德國寶峨公司產BE500型及中國國內的類似產品，以BE500型泥漿淨化裝置為例，其性能參數見表4。

表1 BC30及BC40型銑槽機相關性能參數

╱	BC30	BC40
主機型號	Bauer BS110	Liebherr 883HD
主機起重量（噸）	60	120
發動機功率（千瓦）	297	605
主機單繩拉力（千牛）	160	300
銑輪扭矩（千牛·米）	2×81	2×100
寬度（毫米）	640~2400	800~2100
長度（毫米）	2800	2800
高度（米）	15.40	11.50
泥漿泵	6"	6"
重量（噸）	25~35	30~45

表2 CBC25型銑槽機槽機相關性能參數

BS120主機	╱	╱
CAT 3408 DTA發動機	千瓦	365
擠壓卷揚	╱	╱
拉力	千牛	110
最大拉力（4道動滑輪）	千牛	440
MBC 25銑槽機	╱	╱
成槽長度	毫米	2.790
成槽寬度	毫米	640~1500
成槽深度	米	60
扭拒（每個齒輪箱）	千牛·米	81
銑槽輪轉速	轉/分鐘	0~25
泥漿泵	╱	5"
處理能力（最大）	米/小時	250

表3 HF 12000型液壓銑槽機主要技術參數

設備型號	HF 12000	設備型號	HF 12000
主機型號	利勃海爾HD883	最大起重能力	120噸
最大開挖深度	150米	泥漿泵排量	400立方米/小時
開挖尺寸	0.62~2×2.8米	泥漿淨化設備	450立方米/小時
發動機功率	銑槽機動力站：400千瓦	銑槽機機體及動力站重量	48噸
	起重機：400千瓦	履帶式起重機整機重量	約110噸

表4 BE500型泥漿淨化裝置性能參數

最大處理泥漿能力	500立方米/小時	泥漿泵排量	2×250立方米/小時
泥漿最大密度	1.8噸/立方米	振動電機功率	6×2千瓦
泥漿馬氏黏度	<40秒	粗篩網篩規格	5×5毫米
泥漿含砂率	<18%	細篩網眼規格	0.4×25毫米
泥漿泵功率	2×45千瓦	╱	╱

常規配合本工法的材料主要為優質固壁泥漿，宜優先使用鈉基膨潤土泥漿。膨潤土質量等級要求及泥漿質量控制指標，水利水電工程可按照國家電力行業標準《水電水利工程混凝土防滲牆施工規範》DL/T 5199-2004有關要求。

質量控制

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的質量控制要求如下：

一、一般標準

銑削槽孔建造工法的質量控制主要體現在削過程中對成槽偏斜率的控制，電力工程按國家電力行業標準“水電水利工程混凝土防滲牆施工規範”（DL/T 5199-2004）有關規定執行，中國國內2005年前已執行的規範一般要求為不超過4%。

對於需要下設儀器、接頭管（板）、鋼筋籠等混凝土防滲牆（地連牆）的銑削成槽，設計部門對成槽偏斜率需另外提出要求，中國國內的工程經驗為，最高可控制在2.5%~3%。

二、質量保證措施

1.應該根據地層特性和銑削成槽深度、預計銑削成槽周期，建造堅固的導牆和施工平台，保證銑削初期的良好導向和銑削過程中設備的穩定。

2.選用質量優良的固壁泥漿，保持槽內泥漿面的水平，保證銑削過程中槽壁的穩定。

3.選用經驗豐富的操作手，銑削過程中適時監控成槽垂直度，發現偏斜及時糾正。

4.條件允許時，採用超音波測井儀器檢查銑削完成的槽壁偏斜，和銑削過程的監控進行對比，及時糾正超出許可的偏斜。

5.對於銑削工法連線的牆段，二期銑削成槽的偏斜需考慮相鄰一期槽的偏斜，驗收時對比檢查，保證牆段可靠連線。

安全措施

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的安全措施是：

1.認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位安全標準，建立完善的安全體系，成立專門的安全結構，按照安全生產責任制的管理模式，明確各級人員的安全職責。

2.按照混凝土防滲牆（地連牆）施工對安全的一般要求，根據作業現場具體情況，制定切實可行的安全操作規程，規程需涵蓋現場所有的相關作業，包括安全用電、用水、高空作業、防火等措施等。

3.在施工強漏失地層時，為防止槽孔坍塌將銑頭埋在槽孔中，應採取必要的地層堵漏方案和槽孔建造過程中的堵漏措施，並隨時觀察槽孔狀況，必要時及時將銑頭提出孔外。

4.液壓銑槽機屬大型昂貴施工機械，設備運輸與工地搬遷時應特別注意安全，工地道路要平整堅實。

5.如在雨期、冬期施工，應該制定相應的防雷、防凍、防滑等措施。

6.在制定的安全操作規程的基礎上，設立現場各類安全警示牌，組織例行的和不定期的安全檢查，並做好記錄，及時整改不合格的安全事項，消除安全隱患。

環保措施

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的環保措施如下：

1.嚴格遵守國家和地方有關環境保護的法律、規章和制度，成立專門的環境管理部門，設立專門人員執行項目環境管理具體事務。

2.根據項目特點，制定專門的環境保護技術措施，合理進行現場施工布置，便於現場廢水、廢渣控制及排放。

3.定期、及時清理現場施工生產垃圾保持施工平台乾淨、整潔。

4.按照規定地點棄渣棄漿，避免污染。

5.及時維護現場施工道路，及時清理遺灑在施工道路上的垃圾及廢料。

6.早期施工需在施工場地做好灑水等防塵措施。

7.如施工場地對噪音控制有特殊要求，需制定並採取相應的降噪、隔音等措施。

效益分析

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》的效益分析如下：

1.“銑削法”槽孔建造工法由於採用了混凝土防滲牆（地連牆）施工設備，在相對鬆軟、均勻的覆蓋層地層和中低強度的勻質岩石地層中相對其他設備有著高工效，可達採用中國國內常用的衝擊式鑽機及“鑽劈法”工效的10~20倍，採用抓鬥設備及相應工法的2~4倍；成槽質量也易於保證，具有經濟效益。

2.對於工期緊張、施工質量有特殊要求的工程，比如需要下設重型鋼筋籠的地連牆工程，銑削成槽和傳統的鑽進槽孔建造工法相比，有優越性。

3.因為採用了先進的反循環排渣在高性能泥漿處理的輔助下，地層開挖料和泥漿很好的分離，便於施工廢渣的清理和運輸，有利於現場文明施工。

4.和傳統的槽孔建造工法相比，因為採用了高效的設備，對勞動力數量的要求大為降低。

5.本工法自三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆開發套用以來，先後被開發施工單位和中國國內同行套用於潤揚長江大橋南錨錠地下連續牆地連牆、冶勒廊道混凝土防滲牆、陽邏長江大橋南錨錠地下連續牆、長江向家壩水電站一期圍堰、大渡河沙灣電站一期圍堰混凝土防滲牆穿黃一期工程地連牆等國家重點工程，具有經濟效益和社會效益。

套用實例

《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》在長江三峽二期上游圍堰混凝土防滲牆工程的套用情況如下：

一、工程概況

三峽二期圍堰是工程二期施工時期的安全螢幕障，軸線全長1439.59米，最大高度82.5米，最大填築水深達60米，最大擋水水頭達85米，混凝土防滲牆最大高度73.5米。堰體深槽段典型剖面圖見圖3。

圖3 三峽二期圍堰堰體深槽段典型剖面圖

混凝土防滲牆，軸線全長997.634米（在樁號0+14.82以左為高噴混凝土防滲牆），成牆面積約4.1萬平方米。其中深槽段長度162米採用中心距為6米的雙牆，雙牆之間設5道隔牆，深槽斷兩邊均為單牆。牆體厚度除液壓鐵生產性試驗段為0.8米外，其餘均為1.0米。牆體材料為塑性混凝土和柔性材料。混凝土防滲牆上部接土工膜，下部接帷幕灌漿。

上游圍堰混凝土防滲牆施工技術複雜，風險大，其主要特點是：

1.地質條件複雜：原始砂卵石層和堰體水下平拋砂卵石層孔隙率大，易漏漿塌孔；兩岸漫灘及河床段分布有新淤粉細砂層，鬆軟，物理力學指標低，槽孔穩定性差；在覆蓋層及全風化岩中，有相當數量的塊球體，岩性堅硬，成槽困難；河槽左側基岩陡坡高30米，坡度超過70°，牆體嵌岩困難。

2.牆體深度大，大於50米的牆體面積達13700平方米，最大深度達73.5米，成槽精度要求高，槽段連線難度大。

3.工程量大、工期短、施工強度高，約6個月的大施工期要求完成約3萬平方米的工程量，平均月成槽強度在0.5萬平方米左右，最高月強度要求達0.65萬平方米左右。混凝土防滲牆施工大體可劃分為三個階段：

（1）上游圍堰右接頭段液壓銑槽機試驗階段；試驗安排在牆體軸線右端頭，對液壓銑進行性能和生產性檢驗，為截流後大施工期提供技術保證。

（2）預進占段施工時段：1997年大江截流前在左右預進占段堰體內進行，其目的是降低截流後大施工期的施工強度。

（3）截流後大施工期：大江截流後，在防滲施工平台形成及對堰體風化砂振沖加密後進行，這幾個時段的施工布置參見圖4，各時段施工安排見表5。

圖4 三峽上游圍堰防滲牆分段布置示意圖

二、“銑削法”槽孔建造工法在工程中的套用

在三峽上游圍堰混凝土防滲牆截流後大施工期，中國水利水電建設集團公司為確保工期，採用了液壓銑槽機、鋼絲繩抓鬥、液壓抓鬥、衝擊凡循環鑽機等中國國內外先進的施工設備，為發揮各種設備的優勢和特長，研究總結套用了多種槽孔建造工法。其中，採用“銑削法”槽孔建造工法使用液壓銑削機施工主要集中在深度最大、強度最高的深槽段防滲牆施工中，使用本工法完成的工程量為5350.8平方米，占成槽總工程量的六分之一，為工程高質量地按期完工起到了作用。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《混凝土防滲（地連牆）“銑削法”槽孔建造工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。