1、科研报告---新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究

新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用研究报告中铁八局集团有限公司珠三角城际新白广XBZH-2标四工区项目部二〇一七年十一月新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用1目录1前言...................................................12项目概况...............................................13当前常用施工工艺.......................................14主要研究内容...........................................25技术创新点.............................................26施工方案研究...........................................25.1地质构造..........................................26.2机械配置方案研究...................................36.3施工工艺流程.......................................36.4施工要点..........................................46.4.1施工准备.....................................46.4.2导墙施工.....................................46.5成槽机抓槽施工技术研究............................56.5.1成槽机施工注意事项............................66.6冲击钻冲槽施工技术研究............................76.6.1冲孔顺序.....................................76.7斜岩部分冲孔技术研究..............................76.7.1影响成槽质量因素分析.........................76.7.2方案制定.....................................86.7.3钻锤结构改进..................................96.7.4斜岩部分冲孔施工..............................9新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用26.8成槽质量检测.....................................107研究结论..............................................108知识产权获得情况......................................119经济效益分析..........................................1110推广应用前景.........................................11新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用11前言近年中国的成槽机械发展得很快，与之相适应的成槽工法层出不穷，使得地下连续墙的应用日益广泛，地连墙结构施工具有，工效高、工期短、质量可靠、经济效益高的特点，但是同样有一定的缺点，如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题，在一些特殊的地质条件下如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和硬岩石等，成槽机无法在岩石地质进行抓槽作业，使用冲击钻进行成槽时垂直度难以保证。本项目施工段内前期地质钻资料显示，沿线地层砂层、黏土、弱风化石灰岩交替出现，且岩面起伏极大，项目部针对此种地质状况组织成槽机+冲击钻实施成槽作业，重点针对斜岩地质条件下使用冲击钻进行成槽施工的质量进行研究。2项目概况新白广XBZH-2标段四工区项目部主要施工范围为花山站～机场T2站区间隧道（DK45+251.5～DK51+260.114）中的DK45+251.5～DK48+655段，全长3403.5m，其中暗挖段3个，分别为下穿大窝岭暗挖段长300m、下穿机场高速暗挖段长65m（暗挖变更盖板明挖）、下穿西跑道灯光带暗挖段长235m，暗挖段总长度535m；明挖段3段，明挖段总长度2868.5m,一共有1015幅地下连续墙。针对施工段地质条件复杂，岩面起伏较大的情况，项目部成立课题组，在斜岩地质成槽技术及施工工艺方面进行研究，在利用现有设备基础上通过改进施工设备及施工工艺实现成槽效率及成槽质量的提升。3当前常用施工工艺斜岩地质冲击钻当前针对斜岩地质成槽施工通常采用两种方式解决：（1）、潜孔钻施作引孔该施工工艺通过在地连墙槽段范围内实施钻孔对岩体进行破碎，然后使用冲击钻对已破碎岩体进行冲击成槽，此工艺需要二外投入施工设备及作业人员且作业成本较高，经济效益较差。（2）、回填片石复冲在岩面倾斜段内，冲击钻头在冲击过程中不可避免沿岩面产生侧滑，造成地连墙槽段岩体侧槽壁侵限而对面槽壁超限的现象，通过回新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用2填片石反复冲击侵限部分。增加人、机、料费投入，施工效率低下，施工质量差。4主要研究内容（1）冲击钻在斜岩地质成槽施工质量控制要点分析：（2）冲击钻锤结构改进措施研究5技术创新点通过对斜岩石岩土力学特性研究，分析现有通用型钻锤在该中地质冲槽作业的局限性，在分析成果的基础上对通用型钻锤结构进行改进使其匹配斜岩地质的冲槽作业，实现狎效益、施工效率最大化。6施工方案研究5.1地质构造新白广城际铁路XBZH-2标DK45+251—DK48+420施工段，沿线主要出露和揭露的地层有第四系（Q）、石炭系中上统（C2+3）以及石炭系下统（C1）地层。现将地层按照由新到老分述如下：第四系（Q）：主要包括第四系人工堆积层、第四系全新统冲洪积层以及第四系全新统残坡积层。岩性以粉质黏土、砂类土为主，零星见砾石土，古河道及水塘地段分布淤泥质粉质黏土。石炭系中上统（C2+3），为壶天群地层，主要岩性为肉红色隐晶质灰岩，下部夹白云岩。石炭系下统（C1）：主要岩性为岩互层夹铁质砂岩薄层及煤层，下部为黄褐色、灰绿色钙质页岩夹土黄色薄层泥灰岩及灰岩透镜体；石磴子组灰黑色、深灰色灰岩下部见白云质灰岩；孟公坳组主要为灰白色细粒石英砂岩、石英粉砂岩、灰绿色薄层粉砂泥岩及少量炭泥质粉砂岩。地连墙入岩部分地质为弱风化灰岩，弱风化灰岩为单轴极限抗压强度50.5~68.6MPa。施工段内共1015幅，其中地连墙槽段内岩面倾斜30º的槽段占58%。新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用36.2机械配置方案研究本工区地下连续墙埋深在13.4m～25.5m范围变化，从上至下穿越：素填土、富水砂层、粉质黏土、灰岩。非入岩部分（素填土、富水砂层、粉质黏土），地连墙成槽拟定采用液压履带式成槽机SG60型。SG60型液压抓斗对地层适应性很强，从软粘土到含有大漂石的冲击层，均可进行挖槽；开挖宽度在80～150cm，开挖深度可达到70m，主机（含抓斗）重约75t，抓斗配置了自动纠偏仪，在工作中对槽壁进行修复。先进的电子测量系统，对抓斗的深度及位置方向经显示屏幕精确的显示出来，可精确到0.01度，抓斗的提升速度快、闭合力大，施工效率高，抓斗的提升和下放都有安全保护装置，满足本工程施工要求。图6.2.1SG60型液压了履带式成槽机6.3施工工艺流程根据工程规模及水文地质、工期要求及施工总体安排，进行三电和管线迁改、超前先导孔、岩溶注浆等前期准备工作后，围护结构先施工导墙、之后再施工地下连续墙及冠梁等，连续墙采用成槽机及旋挖钻成槽作业。拟配备4台成槽机，15台冲击钻进行连续墙成槽施工。根据施工组织安排，钢筋笼在移动钢筋加工棚内加工成型，配置120T及以上履带吊4台为主吊、4台50T及以上履带吊为副吊采用递送法进行下钢筋笼，水下砼采用导管法灌注。具体施工工艺见图5.3.1地下连续墙施工工艺新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用4图6.3.1地下连续墙施工工艺6.4施工要点6.4.1施工准备（1）探明施工区域的管线分布情况，详细记录管线的走向及埋深等信息，并现场做好标记，采取保护措施；（2）清楚地表杂草、杂物，对地表以下0.5m范围内原状土进行换填砖渣以便满足走行成槽机等大型设备；（3）现场临水临电按照施工需要布设完成；（4）熟悉施工图纸及地质资料，确认每幅地连墙槽深、入岩标高、岩面倾斜状况等信息。6.4.2导墙施工导墙设计型式为“┓┏”型，结构厚200mm，宽0.84m，深1.5m，C25混凝土，如图6.4.1测量放线导墙施工抓槽机抓槽至岩面上方标定冲击钻孔分段线冲击钻冲孔超声波检测槽壁质量修正槽壁成槽新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用5图6.4.1导墙结构图（1）测量放线，准确测量出地下连续墙的轴线和导墙边线并及时设置可靠牢固的施工控制桩点，导墙测量放样时，考虑成槽是抓斗和钻锤在槽内摆动对槽壁的扰动及后续基坑开挖后地连墙的内倾变形，为了避免地连墙槽壁侵入隧道主体结构，在保持导墙结构尺寸不变的前提下将导墙轴线外放3cm。（2）导墙开挖采用挖掘机开挖，挖斗宽度0.5m，人工配合清底、修正槽壁、夯填、整平。（3）墙体模板采用1.2m×1.5m组合钢模，模板之间采用螺栓连接，模板支撑采用7*7cm木支撑,每间隔1.0m设上下4层。砼采用人工溜槽入模，插入式振动器振捣，两边砼浇筑要平均。在砼强度达到70%时拆模，立即加对口撑，保证顶面高程、内外墙间距、垂直度符合设计要求。6.5成槽机抓槽施工技术研究每幅地连墙槽段采取三序成槽，为防止抓斗在槽段内摆动尽可能沿相邻葱段分幅线开挖，先挖本槽段两边土方，再挖中间，。开挖过程中随时检测垂直度，并及时纠偏。开挖出的碴土装入自卸汽车运至临时碴土池集中堆放，待晾干后再运至指定地点。液压成槽机成槽施工方法见示意图新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用6图6.5.1液压成槽机挖槽施工方法示意图6.5.1成槽机施工注意事项（1）根据设计图纸确定的地连墙位置，在导墙顶面上测量放线并按编号分段。（2）将抓斗就位，就位前要求场地平整坚实，以满足施工垂直度要求，吊车履带与导墙垂直，抓斗要对准导墙中心线。为减少抓斗施工的循环时间，提高功效，每台抓斗用自卸汽车在抓斗旁接渣，将泥渣运至堆料场暂存。（3）每槽段中各抓作业顺序注意保证成槽时二侧邻界条件的均衡性，以保证槽壁二个方向的垂直度良好。（4）根据各个槽段的宽度尺寸，决定挖槽的抓数和次序，抓斗入槽、出槽应慢速、稳定，并根据成槽机的仪表及实测的垂直度情况及时纠偏，以满足成槽精度3‰的要求。（5）成槽机定位应使抓斗平行於导墙面，抓斗的中心线与导墙的中心线重合，抓斗下放时，应靠其自重缓速下放，不得放空冲放。（6）单元槽段成槽挖土过程中，抓斗中心应每次对准放在导墙上的孔位标志物，保证挖土位置准确。抓斗闭斗下放，开挖时再张开，每斗进尺深度控制在0.3m左右，上、下抓斗时要缓慢进行，避免形成涡流冲刷槽壁，引起坍方，同时在槽孔砼未灌注之前严禁重型机械在槽孔附近行走产生振动。（7）成槽时，派专人负责泥浆的放送，泥浆液面高出地下水位1m以上，同新白广城际铁路斜岩地质地连墙成槽技术研究与应用7时也不能低於导墙顶面0.3m以下，在泥浆供应不足时，应停止挖槽，待泥浆加足后，再进行。（8）单元槽段中每抓挖到设计槽底标高以上0.5m时停挖，待全槽达到此标高时，再由一端向另一端用抓斗细抓扫孔清底至设计标高。（9）用超声波测壁仪检测成槽的垂直度、槽深、槽长和槽位精度。6.6冲击钻冲槽施工技术研究6.6.1冲孔顺序抓斗挖到岩面即停，并使槽底基本持平。在导墙上标出各导向孔位置，在地下墙转角部位采用大的冲锤，保证地下墙完整性。成槽过程详见图6.6.1。图6.6.1冲击钻成槽示意图冲孔顺