CSM水泥土地下墙在地铁车站施工中运用_汪茂祥.pdf

222工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工CSM水泥土地下墙在地铁车站施工中运用汪茂祥摘要：为了便于市民出行，地铁车站常设置于城市人口稠密地区，车站周边建构筑物复杂，车站施工常对周边建构筑物产生较大的影响。地铁塘沽站临近津滨轻轨 9 号线高架结构的桥桩基础，通过运用 CSM 水泥土地下墙，把车站主体与津滨轻轨桥桩基础完全隔断，最大限度地减小了塘沽站施工对桥桩基础的影响。关键词：CSM 水泥土地下墙；地下连续墙；双轮铣槽机；岩土体；铣削掘进（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 101116）1 工程概况天津市滨海新区轨道交通 B1 线塘沽站为地下三层双柱箱型岛式结构，车站主体基坑采用 1200mm 厚地下连续墙围护结构，墙深为 58m，车站北侧临近正在运行的津滨轻轨 9 号线。津滨轻轨为高架结构，桥桩距离地面最小高差为 7.8m，距离塘沽站主体基坑最小净距为 1m。塘沽站位于滨海地区，地层为淤泥质黏土、粉土和粉质粘土等软土地层；由于滨海地区紧邻渤海，地下水非常丰富，水位很高，地下水补给十分充足。所以车站地下连续墙成槽和钻孔桩成孔等施工对车站周边建构筑物影响较大。为了最大限度地减小车站施工对津滨轻轨 9 号线桥桩基础的影响，在车站主体基坑临近津滨轻轨一侧（即车站地下连续墙外）增加 800mm 厚 CSM 水泥土地下墙，形成墙体三面“包裹”车站主体，把车站主体与津滨轻轨高架结构的桥桩基础完全隔断，如图 1 所示。水泥土地下墙与车站地下连续墙同深，间距为 150mm。施工图设计要求水泥土地下墙 28d 无侧限抗压强度标准值不小于 1.2MPa，防渗性能满足墙体自防渗要求。2 工法简介2.1 工法概况CSM 是 Cutter Soil Mixing（铣削深层搅拌技术）的缩写，是一种新型工法，它结合液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术，是通过对施工现场原位岩土体与水泥浆液进行搅拌混合，大幅提高原位岩土的抗压强度和防渗性能，主要用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其它深层搅拌工法相比，CSM 工法切削掘进性能高，地层适应性强，可以铣削坚硬地层，如卵砾石地层和岩石地层。CSM 水泥土地下墙施工所使用的设备为液压双轮深层搅拌铣槽机，简称双轮铣槽机，如图 2 所示。2.2 工法原理双轮铣槽机在铣削、掘进、供气、搅拌和注浆过程中，两个铣轮相对或相向旋转，铣削原位岩土体。下沉铣削时利用凯式导杆施加向下推进力铣削掘进，通过供气系统和注浆系统分别向槽段墙内注入高压空气和水泥浆液与原位岩土体搅拌混合，直至铣削掘进至设计深度；此后，两个铣轮作相反方向相向旋转，通过凯式导杆向上慢慢提起铣轮，继续通过供气系统和注浆系统向槽段墙内注入高压空气和水泥浆液，再与已铣削岩土体搅拌混合，形成由原位岩土体和水泥浆液二次搅拌混合的水泥土混合物。2.3 工法优点2.3.1 高切削掘进性能，地层适应性强双轮铣槽机铣头具有高达 100kN/m 的扭矩，凯式导杆采用卷扬加压系统。铣头刀具采用合金材料，铣头既可以切削掘进粉质粘土和粉砂等软土地层，又可以切削掘进砂图1 塘沽站北侧平面示意图图2 液压双轮深层搅拌铣槽机CM&M 2023.01223卵砾石和岩石等硬岩地层，地层适应性强。2.3.2 高搅拌性能双轮铣槽机铣头由多排刀具组成，岩土体通过铣轮高速旋转被切削，同时切削过程中注入高压空气和水泥浆液，使其具有良好的搅拌混合性能。2.3.3 高切削精度双轮铣槽机铣头内部安装垂直度监测装置，可以实时采集垂直度数据并传输至操作室内的监视器，操作人员通过对实时数据进行分析并随时调整和修正铣头的垂直度；而且铣槽机采用凯式导杆而非悬吊方式与铣头连接，这种硬连接方式非常有利于控制铣头垂直度，使铣头垂直度调整和修正非常灵活和准确。2.3.4 大深度施工采用 65m 超长凯式导杆使双轮铣槽机切削施工深度高达 60m。2.3.5 高稳定性双轮铣槽机体积大、重量重，驱动装置和铣头均设置在设备底端，设备整体重心低、占地面积大，稳定性高。3 主要施工技术3.1 场地平整硬化和设备定位施工场地平整硬化和双轮铣槽机准确定位是 CSM 水泥土地下墙施工的基础和前提。双轮铣槽机体积大、重量重、高度高，总质量为 180t，导杆高度为 65m，主机长度为16m，宽度为9m，单侧行走履带宽度仅为1m，地基承载力高，占位空间大，设备定位精度要求高。所以施工前必须进行场地平整，并对设备行走和站位区域的土基进行夯实处理，使土基密实平整；再在土基上绑扎双层钢筋网并浇筑混凝土，确保地基承载力和混凝土面层平整度满足施工要求。当场地硬化后混凝土强度达到要求时，在双轮铣槽机准备就位的位置满铺 7m1.5m0.2m（长 宽 厚）路基板。路基板既能减轻地基承载力，又能调平路基板面平整度，同时增加了设备底座高度，便于调整设备铣头位置和姿态，有利于铣头下沉切削掘进。双轮铣槽机在路基板上站位后，行走装置和底座应水平稳定，均匀接触路基板。利用已知测量控制网进行引测，按施工图放样水泥土地下墙的轴线和高程，在施工过程中每天校核控制点，并做好有效保护；利用已放样的轴线和高程调整设备站位和铣头位置及高度，使铣头定位于水泥土地下墙墙体中心线上和每幅槽段墙标线上，偏差控制在2cm以内。3.2 墙身强度和注浆均匀性控制墙身强度和注浆均匀性是水泥土地下墙质量控制的核心。为了保证水泥土墙墙身强度和注浆均匀性，铣头下沉铣削速度和提升注浆速度均为 1m/min 左右，并保持匀速，使原状岩土体充分破碎，有利于水泥浆液和原状岩土体均匀拌合。水泥浆液流量和注浆压力采用人工控制，严格控制每桶水泥用量及液面高度，用水量采取总量控制，并用比重仪随时检测水泥浆液比重，水泥浆液比重满足设计要求。为了保证水泥浆液的质量，严格进行浆液过滤，在浆液搅拌机与集料斗之间设置过滤网。水泥浆液严格按设计要求的配合比制作。为防止浆液离析，放浆前浆液必须搅拌 30s 再倒入存浆桶，并进行浆液性能检测，检测内容为：比重、粘度、稳定性、初凝和终凝时间等；压浆前检查并清洗输浆管路，保持输浆管路通畅而不堵塞，在整个压浆阶段不发生断浆现象，从而确保每幅墙体施工时注浆均匀，不出现土浆夹心层。如发生输浆管路堵塞，立即停泵疏通输浆管路，疏通结束后立即把双轮铣槽机上提和下沉各 1m 后才能继续注浆，等待 20s 后恢复向上提升搅拌，以防发生断墙现象。当铣头提升至地面时，有专人清除铣头上粘附的泥块，确保铣头再次下沉铣削时，泥土搅拌充分且均匀及提升时墙身不出现空心现象。3.3 水泥土墙搭接相邻幅槽段墙之间接头施工是 CSM 水泥土地下墙施工最关键的一道工序，必须保证相邻幅槽段墙之间充分搭接，搭接长度至少为 30cm，否则接头容易渗水，影响墙体防渗效果。在施工中严格控制每幅槽段墙施工位置并做出标识，确保相邻幅槽段墙施工时搭接长度满足设计要求。双轮铣槽机换幅施工时严格按墙体中心轴线平行移动，保持墙体整体连续作业，从而保证墙体平顺度。CSM 水泥土地下墙采用跳槽施工方法，施工顺序如图 3 所示。首先施工一期槽段墙 1、3、5，当一期槽段墙达到一定强度后（24h），再施工二期槽段墙 2、4、6，即相邻槽段墙间隔施工。图中阴影区域为相邻幅槽段墙搭接部分。跳槽施工方法的优点是：二期槽段墙施工时不会将泥土掺杂到相邻已成墙的一期槽段墙内，保证了已成墙墙体质量；在一期槽段墙水泥土硬化后再施工二期槽段墙时，双轮铣槽机再次站位的地基承载力不会下降，有利于保证设备站位后的平整性和稳定性。3.4 墙体垂直度控制墙体垂直度是 CSM 水泥土地下墙施工的重要环节，必须对每幅墙体的垂直度进行严格控制，从而保证整个墙体垂直度满足设计要求。首先，在每幅墙施工前，利用导杆和铣轮是硬连接的特点校正凯式导杆垂直度，使导杆垂直；再使用经纬仪分别从双轮铣槽机正面、侧面作三支点桩架垂直度的初始点校准，由支撑导杆三支点的垂直度来控制导杆的垂直度，使导杆垂直度满足施工要求。在施工过程中，通过安装在铣头内的测斜仪，由控制室内的操作人员根据测斜仪传输的测斜数据值实时对墙体的垂直度进行监控，通过调整铣头姿态，有效地控制槽形和墙体垂直度，保证墙体的垂直度不大于 1/300。图3 槽段墙施工顺序图