填海区不良地质下地连墙施工技术研究

填海区不良地质下地连墙施工技术研究

孔维宁,潘倩婧

中国水利水电第十一工程局有限公司  河南 郑州   450001

摘要：填海区地质复杂，在淤泥及填块石地质中，确定合理的成槽长度，在淤泥地质中，通过加固导墙、增加单排双管旋喷桩、选择合适的泥浆和设备等措施，做到地连墙成槽的稳定性与快速。在填石块地质中，通过采取拉槽换填，将填石块换填为粘性土，加固石块的整体性与槽壁的稳定性，保证槽壁的平整性。并通过RocMos自动化对既有高架桥的监测，分析在淤泥地层中地连墙施工对既有桥桩的影响，增加此方案的可行性与操作性。

关键词：不良地质；加固导墙；拉槽换填；自动化监测

一、研究背景及现状

1.1研究背景

国内外对地下连续墙施工现场监测数据的研究和报道不是很多，大型、重要工程，地下连续墙成槽开挖施工都会对地下连续墙相关范围内土体造成较大影响，有必要进行现场监控量测，通过分析监控量测数据来指导施工。经专家研究表明：软弱地层深基坑地连墙侧位移量与基坑开挖深度密切相关，影响范围在施工土体开挖面下4m 和开挖面下7m；地表沉降曲线为抛物线，最大沉降量出现在距深基坑边21深处；软弱地层深基坑地表沉降量、相关范围内土体侧向位移与开挖深度成正比，土质对位移量的最大值影响较大。

1.2工程概况

深圳地铁12号线机场东站现状东侧为宝安大道，西侧为航站四路，南侧为机场道、机场六道:北侧为机场七道。车站东南侧为机场派出所、航油大厦,南侧为风雨连廊（车站影响范围内部分结构已暂时拆除）；东侧为既有1号线机场东站（地上三层高架站）、机场集团动力分公司：北侧为宝安海事局。本站为地下三层岛式站台，地下一层为4条地铁线换乘层，地下二层为站厅层，地下三层为站台层。站台宽14m,有效站台长度140米。标准段结构形式为地下三层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。

二、研究主要内容

（1）在淤泥及填块石地质中，通过对地连墙槽段长度研判，确定出地连墙成槽合理长度。

（2）在淤泥地质中，通过加固导墙、增加单排双管旋喷桩、选择合适的泥浆和设备等措施，做到地连墙成槽的稳定性与快速，优化传统地连墙的施工流程与方案。

（3）在填石块地质中，通过采取拉槽换填，将填石块换填为粘性土，加固石块的整体性与槽壁的稳定性，保证槽壁的平整性。

（4）通过RocMos自动化对机场东站1号线高架桥的监测，分析在淤泥地层中地连墙施工对1号线桥桩的影响，增加此方案的可行性与操作性。

三、确定不同区域地质情况下地连墙的处理方法

3.1确定各个区域地质情况

根据设计图纸得出机场东站附属结构区域内的地质情况主要为填块石（0.64-3.54），淤泥（-2.96-0.64），可塑状砂质粘性土（-6.26--2.96），可塑状砂质粘性（-15.56--6.26）土，全风化花岗岩（-15.56--23.26）及强风化花岗岩（-23.26--37.76）。场内地质地层划分清晰，因根据规范及要求，地连墙的长度随这花岗岩的深度而定，因此由测量测定出现场标高对不同地质采取不同的主力方式。

3.2填块石区域地连墙成槽的处理方式

在填块石这种地层中建造地下连续墙，如何预防漏浆、塌孔是关键问题。因此采用冲击钻机是唯一能够适应此种地层的成槽设备。由于填块石架空严重且十分松散，槽孔不能采取传统的“主孔钻进、副孔劈打”的方法施工，副孔施工也必须采用“钻凿法”。副孔不能太窄，否则稳不住钻头：如果副孔太宽，副孔中间部分施工后，两边的小墙在施工时不能得到很好的挤压密实，也容易漏浆。槽孔长度尽可能短，但是槽孔太短接头数量就会增加，防渗效果也会降低，又根据此区域距离既有地铁1号线最短距离为5.8m，因此确定槽长为4m比较适宜，也便于钻机布置。

为了减少槽孔漏浆、坍塌，现场成槽施工采取“边钻进边回填、填主孔打副孔”的方法。在填块石造孔时应及时向孔内回填粘性土球，回填的粘性土在钻头的冲击作用下可挤密孔壁周围的地层，堵塞渗漏通道，部分黏土被制成泥浆，起固壁和堵漏作用。主孔施工完毕后，在施工副孔和小墙时孔壁的自稳能力降低，为避免因副孔、小墙施工引起漏浆、塌孔，在副孔施工前用粘土回填主孔，在小墙施工前用粘土回填副孔。

在钻进过程中，必须经常观察槽内浆面变化情况及钻头表面干净程度。如果钻头表面干净、槽内开始渗浆，应及时回填粘土等堵漏材料重复造孔，不能等到槽孔漏浆后再进行堵漏，应做到防患于未然。

3.3淤泥区域地连墙成槽的处理方式

为更好地进行加固处理，解决机场东站附属结构地层中存在的淤泥层，进而导致车站地基承载力不足问题及地连墙沉槽中槽壁坍塌、影响地连墙施工质量等问题，采取在淤泥层地连墙的内外两侧增加单排双管旋喷桩，做到地连墙成槽的稳定性与快速。

旋喷桩为地连墙内外两侧单排双管旋喷桩，桩径为600mm，间距为450mm，按设计要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出明显标识。

（1）钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平。应用经纬仪配合调整钻杆的垂直度，钻杆粗钻具的垂直度偏差不得大于1%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

（2）制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌。水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机不得小于30s，使用普通搅拌机不得小于90s。而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.6mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.6mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。水泥浆自制备至用完的时间不得大于4h。浆液温度应保持在5~40°C。

（3）插管。贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到淤泥层以下1m，观察工作电流不应大于额定值。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水。

（5）提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后（钻孔的有效深度应超过设计深度300mm），停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（25MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升钻杆，由下而上喷射注浆。在达到设计深度后，接通空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。

（6）桩头部分处理。当旋喷管提升至设计标高（淤泥层上1m)开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。喷到桩高后应迅速拔出注浆管，

（7）清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

（8）移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

（9）补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

3.4合理划分地连墙槽段

机场东站附属结构区域内的地质情况主要为填块石，淤泥，可塑状砂质粘性土，可塑状砂质粘性土，全风化花岗岩及强风化花岗岩，复杂地质加大了地连墙成槽的困难。车站附属东侧主要建构筑物为既有1号线机场东站站后折返线高架桥，该高架桥采用单柱四桩的基础形式，单柱桥墩下为5.6*6.1*2.5m高的承台。其中，与车站东侧附属基坑平行的C71~C76号桥墩桩基础为直径1.2m的摩擦桩，桩长约为31 m~38m，桩端持力层主要为强风化花岗片麻岩。本站附属基坑边距1号线站后折返线桩基水平净距约为5.8m~10.2m。根据以上因素综合研判，采取了4m一幅地连墙的槽长，尽可能减少对周边建筑物的影响及增加地连墙成槽的速效性。

3.5 RocMos自动化对机场东站1号线高架桥的监测

本站附属基坑边距1号线站后折返线桩基水平净距约为5.8m~10.2m，且该高架桥采用单柱四桩的基础形式，单柱桥墩下为5.6*6.1*2.5m高的承台。其中，与车站东侧附属基坑平行的C71~C76号桥墩桩基础为直径1.2m的摩擦桩，桩长约为31 m~38m，桩端持力层主要为强风化花岗片麻岩。因机场东站附属结构复杂的区域地质情况，在地连墙施工过程中，对周边建筑物的影响较大，特别是对既有地铁1号线高架桥的影响巨大，对1号线高架桥的监测影响就尤为重要，也关系这此项技术研究的成功与否。

3.5.1监测仪器

RocMos监测平台专业监测软件则是实现自动化监测的平台，可远程控制测量机器人，且该软件能自动处理接收到的监测数据，并生成监测成果表及变形曲线。

地面三维激光扫描仪发射一束足够强度的激光束至被测物体上，经被测物体反射后再被地面三维激光扫描仪接收，通过测量激光信号从发出到返回的时间差（或相位差）计算地面三维激光扫描仪仪器中心至被扫描目标的距离S，同时扫描仪器会自动记录由角度编码器获取的被测目标的水平角度和垂直角度。地面三维激光扫描仪通过仪器内部伺服马达精确控制反射棱镜的快速转动，实现对被测目标不同位置的扫描目的。

3.5.2自动化监测工作流程

三维激光扫描仪实现了高密度、高效率、数据实时获取，简化了准备工作，减短了外作业时间，并且支持任何环境下的数据采集。

操作流程简单分为：设站---设置靶标---照相---扫描---数据处理。

整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。

（1）数据获取：利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。。

（2）数据处理

1) 数据预处理：数据获取完毕之后的第一步就是对获取的点云数据和影像数据进行预处理，应用过滤算法剔除原始点云中的错误点和含有粗差的点。对点云数据进行识别分类，对扫描获取的图像进行几何纠正。

2)数据拼接匹配：一个完整的实体用一幅扫描往往是不能完整的反映实体信息的，这需要我们在不同的位置对它进行多幅扫描，这样就会引起多幅扫描结果之间的拼接匹配问题。常规方法式是利用选择公共参照点的办法来实现这个过程。这个过程也叫作间接的地理参照。选取特定的反射参照目标当作地面控制点，利用它的高对比度特性实现扫描影像的定位以及扫描和影像之间的匹配。扫描的同时，采用传统手段，如全站仪测量，获得每幅扫描中控制点的坐标和方位，再进行坐标转 换，计算就可以获得了实体点云数据在统一的绝对坐标系中的坐标。这一系列工作包含着人工参与和计算机的自动处理，是半自动化完成的。

（3）建模

1) 算法选择

在数据处理完成后，接下来的工作就是对实体进行建模，而建模的首要工作是数学算法的选择。这是一个几何图形反演的过程，算法选择的恰当与否决定最终模型的精度和和数据表达的正确性。

2) 模型建立和纹理镶嵌

选择了合适的算法，可以通过计算机直接对实体进行自动建模。点云数据保证了表面模型的数据(DSM)，而影像数据保证了边缘(Edges)和角落(Comer)的信息完整和准确。通过自动化的软件平台，用获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对模型进行纹理细节的描述。

3) 数据的输出与评价

基于不同的应用目的，可以把数据输出为不同的形式，直接为空间数据库或工程应用提供数据源。然而数据的精度和质量如何呢，能否满足各种应用的要求对结果进行综合的评估分析仍是很重要的一步，评估的模型和评价标准要根据不同的应用目的来确定。

3.5.3监测数据

（1）监测情况

道床位移“-”表示面向基坑方向偏移，“+”则相反；                                                                                                                             

道床沉降“+”表示隆起，“-”表示沉。

（2）既有1号线高架桥形变曲线图

机场东站高架段

3.5.4监测结果分析

综合现场施工情况及监测数据分析：12号线机场东站附属结构地连墙施工过程中未对1号线机场东站高架结构造成影响。自动化监测数据变形值较小，均在设计允许范围内。根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）中规定，当最后 100 天的变形速率小于 0.01～0.04mm/d 时可认为已进入稳定阶段。通过监测数据及曲线图分析：1号线机场东站高架结构已经处于稳定状态，近100 天的沉降速率小于 0.01～0.04  mm/d。综上所述112号线机场东站附属结构地连墙临近既有1号线机场东站隧道位移、隧道沉降、隧道轨向高差、轨道横向高差目前均处于稳定状态。

结束语

在地铁围护结构地连墙施工过程中，通过采取加固导墙、增加单排双管旋喷桩及拉槽换填的方式，增强地连墙成槽的稳定性，同时通过增强地连墙成槽的稳定性，极大减少了在施工过程中地连墙塌孔的风险，尽可能减少对周围地质的影响，从而避免对既有线路线高架桥的影响。并通过RocMos自动化对既有高架桥的监测，分析在淤泥地层中地连墙施工对既有桥桩的影响，增加了本方案的可行性与操作性。

参考文献：

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