地下连续墙在国内已有几十年的施工经验,2006~2007年间,在南水北调穿黄方案中,也采用了地连墙结构作为盾构机工作井开挖支护,该项目是国内迄今为止地连墙厚度最厚,成墙深度最深,开挖深度最大的工程案例。
1工程内容
南水北调穿黄案选址于河南温县附近构筑两条穿过黄河河床的隧道,为配合盾构机施工,在南北两岸必须先构筑两个工作井,作为盾构机始发与到达之用。北岸的两座竖井为盾构始发井,地连墙厚度1.5m,地连墙深度76.6m,内径18m,开挖深度达到50.1m。南岸两座竖井为盾构到达井,地连墙厚度1.2m,深度60.6m,内径15m,开挖深度达到42m。
2工程地质情况
以工程难度较大的北岸竖井为代表,地层分布情况简单分布如图1所示,上部G.L.0~-35m范围内为松散到中等紧密的细砂夹卵砾石,标贯值小于30.G.L.-35~-60m范围内为紧密中细砂层夹卵砾石,标贯值30~50.G.L.-60~-80m为硬黏土夹卵石,标贯值超过50。
3机械设备的选型
由于穿黄竖井项目在深度及厚度上都是国内第一,再加上竖井并不只作为盾构机的临时工作井,北岸竖井更将成为南水北调的永久性结构,施工精密度要求极高。在深度达到76.6m的地连墙施工中,若是施工垂直度有些微偏差,将造成地下竖井在开挖中的渗漏甚至严重的工程灾害。在分析各种施工方法后,选定了施工精度最高,成槽速度最快的双轮铣槽机。双轮铣得以中选,除了高精确度及高工效之外,地连墙的套铣接头更是双轮铣施工的另一大特点。德国宝峨公司出产的双轮铣槽机BC32型为目前市面上性能最优良的双轮铣槽机之一。BC32型双轮铣槽机配置在直立拔竿式BG40型的主机上,搭配的HDS卷管系统,最大成槽厚度可达1.5m,成槽深度可达80m。完全满足工程需求。BC32型双轮铣槽机规格如表1。
4铣槽机工作原理
双轮铣槽机工作原理为反循环的削掘方式。由铣轮打碎的岩土混合着泥浆经由吸渣泵泵送到除砂机,除砂机是一筛分系统,削掘出的岩土将会被震动筛分离丢弃,净化后的泥浆将由供浆泵泵送回开挖槽段。见图4。
5槽段划分与套铣接头
根据双轮铣槽机的工作特性,北岸竖井各划分为7座一期槽段7座二期槽段(见图5)。一期槽段为三幅式施工,一次成槽长度达到6.7m。二期槽段必须等到相邻两侧的一期槽段浇筑混凝土完成并达到初步强度后,方可进行铣削挖掘工作。挖掘中会铣削掉两侧一期槽段各平均约为30厘米厚的楔型混凝土体。此种接头型式称之为套铣接头或是铣接头(见图6)。地连墙的一个非常重要的目的是防渗,而整个地连墙中最容易发生渗漏就是在槽段的接头处理上。套铣接头的一大特点就是利用双轮铣槽机的铣削能力,切削掉部分混凝土,露出新鲜且毛糙的混凝土面,在二期槽浇注的混凝土能与之紧密结合,形成水密性良好的接头。当然除了强大的铣削能力,双轮铣本身的垂直度控制也是形成水密性良好接头的重要关键之一。
6双轮铣槽机工效分析
BC32双轮铣槽机在其中一座北岸竖井地连墙共施工50天,机械纯铣时间为306.7h,占整个工期的30%。