超深基坑連續牆成槽施工工法

《超深基坑連續牆成槽施工工法》是中鐵五局集團電務工程有限責任公司完成的建築類施工工法。完成人是龔振宇、胡如成、雷波、普恆。該工法適用於圓形及矩形結構超深地下連續牆的成槽施工。

《超深基坑連續牆成槽施工工法》主要特點是：可以加快超深連續牆的成槽速度，縮短工期；克服了複雜地層下超深連續牆的施工難點，降低了施工風險；機械化程度高，有效減少人員配置；降低施工成本。

2020年9月2日，《超深基坑連續牆成槽施工工法》被湖南省住房和城鄉建設廳評定為湖南省2019年度工程建設省級工法。

基本介紹

• 中文名：超深基坑連續牆成槽施工工法
• 工法編號：HNJSGF229-2019
• 完成單位：中鐵五局集團電務工程有限責任公司
• 完成人：龔振宇、胡如成、雷波、普恆
• 審批單位：湖南省住房和城鄉建設廳
• 主要榮譽：湖南省2019年度工程建設省級工法

形成原因

地下連續牆施工技術自20世紀50年代引入中國後，就得到了飛速發展，特別是2019年前中國大力發展軌道交通及大型引水工程，地下連續牆套用範圍廣泛，其深度也越來越深，結構形式也越來越多樣化，施工難度也越來越大。

龍泉倒虹吸為滇中引水工程地下連續牆為半徑=10米圓形結構，成槽深度達96.6米，並存在不良地層，在中國國內尚無相關施工經驗可供參考。因此施工過程的每一步都需要經過大量的前期研究，從圓形地連牆分幅、槽壁穩定性、槽壁垂直度及沉渣厚度控制等施工過程中不斷摸索完善，在保證施工順利的同時，中鐵五局集團電務工程有限責任公司總結出《超深基坑連續牆成槽施工工法》。

工法特點

《建築物水平整體位移施工工法》的特點有：

1.採用超深連續牆成槽工法可以加快超深連續牆的成槽速度，縮短工期；

2.克服了複雜地層下超深連續牆的施工難點，降低了施工風險，成槽施工質量有利於保證規範、技術標準；

3.機械化程度高，有效減少人員配置，在保證施工質量的前提下，節約了時間和勞動力；

4.採用此工法可以降低施工成本。

操作原理

適用範圍

《建築物水平整體位移施工工法》適用於圓形及矩形結構超深地下連續牆的成槽施工。

技術理論

《建築物水平整體位移施工工法》的技術理論是：

滇中引水龍泉倒虹吸接收井地下連續牆成槽的施工中，將圓形地下連續牆劃分為14個段，其中7段為扇形（Ⅰ期槽段），7段為矩形（Ⅱ期槽段），形成一個28邊形，近似為一個圓形。

圓形超深地下連續牆成槽的第一步是對槽段進行劃分，將整體圓形地連牆合理劃分為多段地下連續牆進行成槽施工。第二步是選擇出合適的成槽方法及成槽設備，並採用有效的方法進行槽壁穩定，以及在成槽過程中對槽壁進行垂直度控制。第三步是進行清孔，保證最終的成槽質量。

施工工藝

《建築物水平整體位移施工工法》的工藝流程及操作要點如下：

• 工藝流程

一、Ⅰ期槽

Ⅰ期成槽主要採用液壓抓鬥機和銑槽機雙機配合成槽，Ⅰ期槽分三抓完成P1、P2、P3，先抓P1、P2至74米處，再抓P3至50米處，轉換銑槽機銑P1、P2至實際成槽深度97.2米（加一半銑槽機銑輪高度），最後銑P3至實際成槽深度97.2米處。P3抓到50米位置，P1和P2之間沒有連通，正好為銑槽機的作業提供兩側的反力，起到固定銑斗的作用，確保了銑槽機銑槽的精度。Ⅰ期槽施工施工示意圖如下圖：

圖1 Ⅰ期槽成槽示意圖

二、Ⅱ期槽

Ⅱ期槽段為閉合槽，其施工效果直接影響地連牆整體功能，其接頭形式為銑接頭，需套銑部分Ⅰ期槽混凝土。套銑部分混凝土呈梯形，施工難度大，容易導致銑槽機銑輪左右受力不均勻，外側受力面積小，內測受力面積大，再同等加壓條件下，銑輪易向受力面積小，軟處跑偏，造成銑輪偏移。Ⅱ期槽套銑部分示意圖見圖2。

圖2 Ⅱ期槽套銑部分示意圖

Ⅱ期槽銑槽中部為土層，銑槽過程易結泥餅，清理停機時間較長，且糾偏較複雜，銑槽過程中左右偏差超過28厘米，容易銑到Ⅰ期鋼筋籠，對銑槽機銑齒磨損較大，易造成銑槽機卡機。Ⅱ期槽施工時先使用旋挖鑽對Ⅱ期槽槽段中心純土部分岩層以上採用Ф1200毫米鑽頭掏土，掏槽後立即銑槽，旋挖機施工20米，銑槽20米，旋挖機施工20~40米，銑槽機銑至40米，直至掏土至旋挖機工作極限50米左右，旋挖機退出，銑槽機繼續往下銑槽。旋挖機掏土的過程中要及時監測孔斜率，勤測槽壁垂直度，當偏孔較小時要及時督促司機進行修孔，若旋挖機掏土過程中出現大於30厘米的偏孔，則立即停止掏土，改為銑槽機銑槽。Ⅱ期槽掏槽示意圖見圖3。

圖3 Ⅱ期槽掏槽示意圖

操作要點

一、槽段劃分及施工順序

由於接收井圍護結構採用圓形地連牆，且半徑為R=10米，為滿足小半徑圓形地連牆的施工，將地連牆分為14幅牆，Ⅰ期槽和Ⅱ期槽各7幅，其中Ⅰ期槽呈折線形，為首開槽，Ⅱ期槽呈一字型，為閉合槽。施工時先施做Ⅰ期槽，可根據鋼筋籠吊裝及混凝土澆築的場地情況確定7幅Ⅰ期槽的先後施作順序，全部Ⅰ期槽施工完成後再施做Ⅱ期槽。接收井超深地連牆分幅及施工順序示意圖見圖4。

圖4 接收井超深地連牆分幅及施工順序圖

地下連續牆成槽深度達96.6米，成槽垂直度要求為1/650，結合成槽深度，槽段最大允許偏移寬度為14.8厘米。為確保地連牆施工的精度和開挖後的結構淨空，且成槽機抓鬥和銑槽機的銑輪能在槽段內任意位置均能順利下放以及轉角斷面完整，內導牆、地連牆、外導牆均需沿軸線外放0.30米，導牆淨空尺寸調整為1.67米。在施工導牆時擬選擇2.44×1.22毫米模板立模，即內外導牆均由N個1.22米直線段組成圓弧形。導牆分段示意圖見圖5。

圖5 導牆分段示意圖

二、設備選擇及方案確定

根據接收井的地質條件，及小半徑圓形超深地連牆的結構特點，上部土層較軟，採用抓槽機（旋挖鑽、衝擊鑽）將土體取出，下部岩層較硬下部採用銑槽機成槽到底。Ⅰ期槽採用成槽機和銑槽機配合使用的成槽施工方法，具有施工效率高，垂直度控制好等優勢。Ⅱ期槽通過試驗摸索，採用旋挖鑽和銑槽機配合使用的成槽方法，能有效保證成槽效率及成槽質量。比選詳見表1、表2。

根據地質資料，倒虹吸接收井地連牆施工區域覆蓋層厚度約70.65~88.5米，岩層埋深較深，岩面起伏較大。設計要求地連牆嵌入強風化白雲質灰岩深度8.55~25.95米。考慮到成槽設備的穩定性、成槽深度、垂直度控制、地層適應性、Ⅱ期槽銑接頭施工等因素，結合需銑槽至96.6米深度對設備液壓系統、傳動系統、密封系統、顯示系統的工作性能，以及滿足業主的工期要求、質量要求，Ⅰ期槽採用德國寶峨的BC40銑槽機及金泰SG70成槽機配合的“抓銑結合”方法，Ⅱ期槽採用德國寶峨的BC40銑槽機及三一重工SR360旋挖鑽配合的“掏銑結合”方法，同時在成槽過程中採用超音波測壁儀UDM100對槽壁垂直度進行動態檢測。

三、槽壁加固

根據有限差分軟體FLAC對接收井地下連續牆施工時的槽壁穩定性分析，結合三軸加固工藝，理論計算和實際三軸加固深度，並通過上海等地的施工調研，建議加固深度為30米。

設計採用三軸水泥土攪拌樁對上部18米穩定性差的粉土層、中細砂層進行預加固，在槽壁內外兩側各設定一排，攪拌樁樁徑850毫米，樁間距600毫米。槽壁超音波分析如圖6所示。

圖6 槽壁超音波分析

通過後期成槽過程超音波分析看出，18~30米槽壁有坍塌的現象，18米以上進行了槽壁加固，槽壁穩定性較好。塌孔的主要原因有：成槽設備在上部下放及提升過程中刮擦槽壁，並造成泥漿擾動；成槽設備臨邊作業長時間振動對槽壁土體的擾動；泥漿在成槽過程有劣化現象。

結合現場成槽過程超音波檢測和槽壁加固理論計算，認為在施工過程中上部土體受機械振動影響較大，對槽壁穩定性造成較大影響，經驗證18米的槽壁加固深度仍不夠，需適當加深。

四、機械定位控制

1.超音波測量位置控制

經過對超音波探測儀的使用，發現其測量精度與超音波測量儀的位置及方向有關。

圖7 超音波測量示意圖

如圖7所示，正確的超音波探頭應位於黑色矩形框位置，其Y-Y’方向指向圓弧圓心，這樣測量的槽壁寬度才為真實槽壁寬度，同時測得的槽壁偏移量或者塌孔量才為真實數值。如果當超音波探頭位置位於紅色矩形框位置時，通過Y-Y’方向測得的槽壁寬度比真實值偏大。

其次，超音波測量儀器每次測量時，應處於同一位置，這樣前後測量的槽壁才具有可比性。例如：第二次超音波測量60米深度槽壁偏移，其中30米部分偏移情況，只有當超音波測量儀器處於同一位置時，才能與之前第一次超音波30米深度槽壁情況做對比，以掌握在成槽機成槽之後30米深度區域土體自身變化情況。

2.成槽設備定位

對於成槽機和銑槽機的原始位置，務必要確認，每次設備移動後再定位，都要進行原始位置的覆核，確認無誤後，方可進行成槽和銑槽。其原理同超音波測量方位控制相同，不再贅述。成槽機基座位置控制如圖8所示。

圖8 成槽機基座位置控制

其次，除了成槽機和銑槽機的原始位置控制外，對於抓鬥下放的位置同樣應該控制在同一位置，如下圖所示，現場使用定位鋼筋對成槽機抓鬥下放及銑輪下放位置控制，以控制成槽垂直度。銑槽機與成槽機位置控制如圖9所示。

圖9 銑槽機與成槽機位置控制

五、泥漿性能

1.製備的泥漿應具有良好的物理性能、觸變性能、穩定性能，才能確保連續牆成槽過程中的槽壁穩定性和澆築混凝土的質量。根據施工條件、地層特徵、地下水狀況、成槽工藝、連續牆結構布置等因素，本工程選用鈉基膨潤土製備泥漿，分散劑選用工業碳酸鈉，並適當添加入增粘劑（CMC）。新制泥漿配比見表3。

2.泥漿在各個階段的性能指標要求見表4。通過現場實測，新制泥漿的參數值滿足要求，循環泥漿的參數亦滿足要求。

通過現場實測新制泥漿各項參數值滿足要求，循環泥漿的比重比新制泥漿的比重要高，含沙率也是循環泥漿較高，但粘度兩者相差不多。各項泥漿性能指標隨成槽深度變化，詳見圖10。

通過成槽中的各項泥漿指標統計，泥漿比重隨開挖深度增加逐漸增大，可穩定槽壁；粘度在開挖過程中隨深度需適當增大，保證泥漿不易分層，懸浮不離析；含砂率在成槽過程中逐漸增加，需通過分砂機控制，銑槽過程逐步減小。

六、垂直度控制

垂直度=底部偏移值/深度，隨著深度的增加，底部偏移值也會控制在一定的範圍內，因此垂直度是一個變化的過程，只要不影響下籠，且最終的垂直度達到要求即可。

1.Ⅰ期成槽在成槽前，設備要進行定位，防止因特殊情況需在成槽過程中移開機器再復位時發生位置移動。每幅槽在開槽時，根據預先畫好的分幅線進行槽口定位，確保每幅槽成槽位置都符合設計。

2.地質分析，結合地層標貫值和參數，根據槽段不同地層特點進行預判，制定調整操作方法及質量控制措施。

3.成槽設備自帶的垂直度儀表，判斷是否有偏孔，利用糾偏裝置及時糾偏。成槽過程中，Ⅰ期槽每15米、Ⅱ期槽每5米用超音波測壁儀進行測壁，並對超音波圖像進行分析，如有偏孔及時糾偏措施，每一抓測點位置做好標記，每次測同一點位。UNM100超音波檢測儀見圖11。

圖11 UNM100超音波檢測儀

4.控制地層變化處成槽速度和加壓值：隨深度增加成槽速度下降，易坍塌及土層分界面再次降低速度，岩層銑槽時，注重設備操作，控制加壓值。

5.Ⅰ期槽澆筑前兩側安裝12米深的導向板，確保Ⅱ期槽上部槽口垂直，有利於控制銑槽機銑斗對槽口位置的垂直度控制，同時可以阻擋混凝土向兩側擴散，儘量減少Ⅱ期槽銑槽的工作量。安裝導向板見圖12。

圖12 安裝導向板

6.採用導向架定位精準控制銑槽機銑斗位置。導向定位架見圖13。

圖13 導向定位架

7.Ⅰ期槽鋼筋籠施工時安裝定位管，避免鋼筋籠在澆築過程中產生偏移。此定位管為脆性波紋管，在Ⅱ期槽銑削過程中，容易銑削。定位波紋管見圖14。

圖14 定位波紋管

七、沉渣厚度控制

接收井銑槽機採用德國寶峨BC40型，槽內泥漿採用吸抽法清孔，槽壁擾動較小，清孔能力強，鋼筋籠下放前應再次清孔，確保泥漿性能指標滿足要求，沉渣厚度小於100毫米。

粉土層、中細砂層進行預加固，在槽壁內外兩側各設定一排，攪拌樁樁徑850毫米，樁間距600毫米。

材料設備

《建築物水平整體位移施工工法》的材料設備要求如下：

1.主要材料要求見表5。

2.主要設備要求見表6。

質量控制

施工企業採用《建築物水平整體位移施工工法》施工時，應採取的質量控制要求如下：

一、施工質量標準

質量標準參照《水利水電工程混凝土防滲牆施工技術規範》（SL174-2014）、《地下連續牆施工規程》、《地下鐵道工程施工及驗收規範》、《建築深基坑過程施工安全技術規範》等。

二、施工質量保證措施

1.開始挖掘成槽時，宜採用較慢的速率進行抓土作業，確保開始段的成槽垂直度，避免因開始段的偏差造成後期較難糾偏。

2.抓鬥出入導牆口時要輕放慢提，防止泥漿因過激的震盪，引起導牆下、後方土層的穩定性。抓鬥入槽、出槽都應勻速且保持較慢的速度操作。

3.在成槽過程中，懸吊機具的鋼絲繩不能呈鬆弛狀態，一定要使之垂直緊繃地操作，否則將會影響成槽的垂直度。

4.成槽作業中應時刻控制機具的垂直偏差值，及時做好糾偏工作。

5.雙輪銑槽機需下放到一定深度（約3~5米）才可進行銑削作業，一是因為泥漿循環需要一定的儲液空間，二是銑削機頭部分需要上段槽體作為成槽定位的支撐。固上面抓鬥成槽部分需要控制好垂直度，以免造成後期糾偏困難或牆體不順暢。

6.一開始銑削時，也應採用較低的速率進行作業，待機器銑削一定深度（約50厘米）後，可根據現場監控垂直度的情況相應地提高銑削速率，直至全速運行。

7.當成槽進尺緩慢時，應注意垂直度，如垂直度有明顯的偏差，且電腦調整偏明顯調整不過來，這時應提升銑槽機，觀察銑齒磨損情況，判斷是否遇到地質不均地段，可換衝擊錘進行碎岩或者更換相應地層的刀具後再作業。

8.當穿過硬地層時，要密切注意糾偏板處在底層中的位置，如遇銑削切頭在相應較軟的土層，而糾偏板在硬地層時，機頭可能會被硬地層卡住，此時若盲目放鬆吊繩並收回糾偏板，可能會造成機頭突然下墜的危險工況發生。此情況應先將吊繩固定住，在該底層銑削一段時間，確保銑輪下方銑削乾淨，再收回糾偏板，慢慢下放。

安全措施

施工企業採用《建築物水平整體位移施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.由於成槽深度達96.6米，且成槽寬度大於1.5米，在施工過程中應做好臨邊防護，無關人員禁止靠近，防止人或物掉入槽內；為減小機械振動對槽壁土體影響，成槽設備站在槽壁外側施工，同時在下面墊鋼板分布荷載；

2.鋼筋籠吊裝前，安全員聯合技術人員對鋼筋籠吊點、吊索吊具以及吊車性能進行檢查，檢查合格後相關人員進行簽字；

3.吊索吊具檢查完後設定吊車行走區域警戒及吊裝區域警戒，大吊行走區域下墊厚鋼板，並實時對地面進行沉降監測。安全員對所有參與吊裝的人員進行安全技術交底，使每個人明白各自的職責和安全注意事項；

4.安全技術交底完成後開始進行鋼筋籠試吊，無關人員須退出吊裝區域範圍，鋼筋籠吊起離地面50厘米後懸停檢查，查看各吊點位置鋼筋是否變形，檢查合格後方可進行正式起吊，鋼筋籠安全員須全程旁站；

5.鋼筋籠起立過程中，應嚴格控制起吊速度，嚴禁人員靠近或站在鋼筋籠底下，以免有異物飛出造成傷害。

6.上下鋼筋籠對接時，由於對接時間長，應加強槽內泥漿循環，防止槽壁坍塌，同時做好周邊防護，防止接籠人員掉入槽內。

7.地連牆混凝土方量大、時間長、要求高，澆筑前須組織所有參與澆築的人員開會討論確定澆築混凝土運輸及澆築方案，並對所有澆築人員進行安全技術交底；

8.混凝土一開始進場所有人員必須分工明確、各司其職，安排一名安全員對混凝土運輸車進行交通疏導，防止發生交通事故。澆築完成後及時將灑落的混凝土進行清理，做好文明施工。

環保措施

施工企業採用《建築物水平整體位移施工工法》施工時，應採取的環保措施是：

1.棄渣運至指定的棄渣場，嚴禁任意棄渣。

2.施工場地採用硬式圍擋，施工區的材料堆放、材料加工、出碴及出料口等場地均設定圍擋封閉。施工現場以外的公用場地禁止堆放材料、工具、建築垃圾等。建築垃圾應及時清理，運至指定地點。

3.場地出口設洗車槽，並設專人對所有出場地的車輛進行沖洗，嚴禁遺灑，運碴車輛，碴土應低於槽幫10厘米並用苫布等覆蓋，嚴防落土掉碴污染道路，影響環境。

4.工程車輛的行駛路線和時間要嚴格遵守交管部門的要求，禁止超載、超高、超速行駛，對工地周圍的道路派專人清掃，保持周邊環境的整潔。

5.施工現場設明溝、沉澱池為主的排水系統，並定期由專人負責清除，以減少施工期間的生活污水及施工廢水對環境的污染。生活污水、泥漿須經三級沉澱後抽排到市政雨水管網內。

6.現場存放油料的庫房，必須進行防滲漏處理。儲存和使用都要採取措施，防止跑、冒、滴、漏，污染水體。

7.施工場地進行封閉隔離施工，不得把馬路、交通和社會運行區域與施工區域混在一起，並設立安全警戒標，施工區域與非施工區域進行分隔志，與施工無關人員不得進入施工區域。

8.施工過程中按環境保護要求採取措施控制揚塵。施工現場車輛出入口處設定車輛沖洗及沉澱池，對進出車輛採取沖洗等措施確保車身、輪胎不帶泥土，防止污染道路和環境。

9.按環境保護要求嚴格控制噪聲。需夜間施工時，先到有關部門進行申請並得到批准後方能進行，並向社會進行告示，同時，在規定的作業時間範圍內，合理安排作業內容，使用低噪聲、環保型的施工機械設備，把施工產生的噪聲降低到最小限度。

效益分析

中鐵五局集團電務工程有限責任公司採用《建築物水平整體位移施工工法》施工的效益有：

用超深連續牆施工技術成槽開挖方量達到8680立方米，成槽質量高，完全滿足設計規範要求，無需返工。特別是Ⅱ期槽的掏銑結合的施工方法，比原設計的一銑到底的成槽方法，每幅槽節約成本40萬，節約工期4天，那么7幅Ⅱ期槽節約成本280萬，節約工期28天，且成槽質量更有保證。整個成槽施工場地占地面積小，工期不足五個月，在成槽施工機械化程度高，有效減少了人員配備，在施工質量得到保證的前提下降低了施工成本。

註：施工費用以2017—2020年施工材料價格計算

套用實例

中鐵五局集團電務工程有限責任公司採用《建築物水平整體位移施工工法》的套用實例如下：

1.工程概況

龍泉倒虹吸為滇中引水工程昆明段輸水工程的其中一段，主要位於昆明市盤龍區境內，其中倒虹吸接收井位於崑曲高速與灃源路交叉口西側綠化帶內。工程附近分布有崑曲高速和龍泉路、灃源路、北京路、穿金路等多條市政道路等，交通便利。

接收井建基高程為1886.700米，地面高程為1964.000米，地連牆頂高程為1961.400米，基坑開挖深度77米。基坑圍護結構為R=10米圓形結構，採用1.5米厚地下連續牆，地下連續牆牆深94米，分Ⅰ期槽和Ⅱ期槽施工，接頭型式為銑接頭，牆頂設鎖口圈樑，連續牆嵌入基岩。結構採用明挖逆作法施工，結構為R=8.5米圓形結構。

2.施工及套用效果情況

為了確保滇中引水龍泉倒虹吸接收井圓形超深地下連續牆順利完成，達到業主要求的契約工期，接收井地下連續牆採用總結摸索超深連續牆施工工法，保證了施工質量，提前完成了施工任務。

3.工程結果評價

成槽垂直度控制良好，平均垂直度在1/900，小於設計要求的1/650；槽壁穩定性控制良好，無發生大面積槽壁坍塌事件；沉渣厚度控制小於100毫米，滿足設計及規範要求；提前1個月完成施工任務。

榮譽表彰

2020年9月2日，湖南省住房和城鄉建設廳以湘建科〔2020〕136號檔案發布《關於公布2019年度省級工程建設工法的通知》，《建築物水平整體位移施工工法》被評定為湖南省2019年度工程建設省級工法。