林錦賢

中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司總承包經(jīng)營(yíng)分公司，北京 100088

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

廈門市軌道交通3號(hào)線雙滬站至空港經(jīng)濟(jì)區(qū)站明挖區(qū)間地貌單元屬濱海堆積區(qū)（V區(qū)），海域面積較大，花崗巖為場(chǎng)地基巖主要構(gòu)成內(nèi)容，剩余內(nèi)容多為輝綠巖巖脈。17-3-1碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：分布于該層局部位置，每層厚度平均約為7.87m，厚度平均值約為4.51m，層頂埋深平均為29.7m；17-4中等風(fēng)化花崗巖：堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅲ～Ⅳ級(jí)，該層揭示厚度最大值為13.8m，層頂埋深平均值為38.9m；17-5微風(fēng)化花崗巖：飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為95.19MPa，堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ～Ⅲ級(jí)。該層揭示厚度最大值為13.6m，層頂埋深平均值為39.5m。

共建盾構(gòu)段為共建盾構(gòu)井和明挖區(qū)間的組合，結(jié)構(gòu)形式為地下一層連體箱涵，長(zhǎng)為293.3m，寬度為36.8～48.8m，高度為6.86～10.13m。共建盾構(gòu)段使用明挖順筑的方式建筑其主體，圍擋施工為1期。使用內(nèi)支撐體系與地下連續(xù)墻相結(jié)合的方式開(kāi)挖基坑。共建盾構(gòu)段小里程U形槽段區(qū)間，共建盾構(gòu)段大里程端接盾構(gòu)區(qū)間（盾構(gòu)始發(fā)）。共建盾構(gòu)段北側(cè)12m左右為機(jī)場(chǎng)快速路（待建），南側(cè)10m左右為管廊（待建）。該區(qū)間現(xiàn)狀為填海區(qū)，無(wú)鄰近構(gòu)筑物與地下管線。地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系作為共建盾構(gòu)段主體基坑圍護(hù)的結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻所用的混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為水下C35，地下連續(xù)墻的厚度為800mm，共115幅。

1.2 工藝對(duì)比

通常情況下，在巖石強(qiáng)度不一致時(shí)將沖擊設(shè)備提起，在鉆好的沖擊孔中填入與原巖石強(qiáng)度相當(dāng)?shù)膸r石，進(jìn)而對(duì)強(qiáng)度不足處的巖石面進(jìn)行補(bǔ)充，最終達(dá)到幾種不同強(qiáng)度的巖石表面強(qiáng)度相當(dāng)?shù)哪康?，使得成孔質(zhì)量有所保障，防止偏孔；回填后巖面將比現(xiàn)有的巖面略高，再次采用沖擊成孔的方式作業(yè)。

文章所研究的預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置輔助潛孔鉆處理地下連續(xù)墻堅(jiān)硬巖層技術(shù)突破傳統(tǒng)協(xié)同各類巖性不同巖石強(qiáng)度的工作方式，將強(qiáng)度不等的巖石破碎，然后使用相關(guān)設(shè)備（如沖擊鉆）鉆孔，通過(guò)采取對(duì)施工面分割的方式使巖面與沖擊鉆錘頭之間的接觸盡量減小，從而減少?zèng)_擊鉆設(shè)備的工作負(fù)荷，提高施工速度并節(jié)省施工成本。

2 潛孔鉆機(jī)施工工藝

2.1 潛孔鉆機(jī)施工原理

潛孔鉆機(jī)作為沖擊回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，與常規(guī)鑿巖機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造有所差異，其具有單獨(dú)的配氣與活塞往復(fù)機(jī)構(gòu)（沖擊器），前后端分別為鉆頭與接鉆桿。鑿巖工作中沖擊器鉆入孔內(nèi)，在配氣裝置（閥）的作用下，沖擊器中的活塞（錘體）不斷運(yùn)動(dòng)對(duì)釬尾產(chǎn)生打擊，使鉆頭沖擊孔底巖石。沖擊器在孔內(nèi)的高速回轉(zhuǎn)則是由單獨(dú)的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)支持的，即由孔外的電動(dòng)機(jī)或風(fēng)動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置，通過(guò)接在沖擊器后端的鉆桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。鑿巖過(guò)程中形成的巖粉中會(huì)出現(xiàn)風(fēng)水混合氣體，該氣體可以將巖粉沖洗后向孔外排出，混合氣體通過(guò)排粉結(jié)構(gòu)從鉆桿中心向沖擊器注入，然后從沖擊器缸體上的氣槽到孔底。

2.2 技術(shù)參數(shù)

（1）將厚度為800mm的地下連續(xù)墻作為車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基本墻幅的寬度在3741～7496mm。地下連續(xù)墻嵌入強(qiáng)風(fēng)化與全風(fēng)化巖層深度在6.5m以上；嵌入中風(fēng)化巖層的深度不小于3m；嵌入微風(fēng)化巖層的深度不小于1.5m。

（2）選取規(guī)格為1500mm×780mm×10mm的限位鋼板3塊，分別在鋼套管從上至下3層放置，使用電焊的形式將限位鋼板與鋼套管進(jìn)行焊接，與上部規(guī)格為780mm×150mm×10mm的鋼板連接并焊牢9根鋼套管，使其成為一個(gè)整體，用吊裝移位及固定在導(dǎo)墻上，防止側(cè)移。

2.3 施工工藝流程

地質(zhì)補(bǔ)勘→現(xiàn)澆導(dǎo)墻→成槽施工→加工預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置→預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置就位→潛孔鉆機(jī)就位→潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)→成孔→移除預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置→沖擊鉆機(jī)就位→沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)（先圓錘后方錘）→地下連續(xù)墻成孔→清槽。

2.4 預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置施工工藝

（1）預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置技術(shù)的特點(diǎn)。在中微風(fēng)化硬質(zhì)巖層的作業(yè)過(guò)程中，潛孔鉆所出現(xiàn)的鉆頭位置滑移、孔位偏移、鉆桿扭斷為常見(jiàn)現(xiàn)象，在嵌巖鉆孔作業(yè)中急需在技術(shù)上尋求創(chuàng)新，研究出既能夠保護(hù)鉆桿，又可以在鉆頭工作中起到保護(hù)與引導(dǎo)作用的操作系統(tǒng)。結(jié)合相關(guān)鉆孔的工程經(jīng)驗(yàn)，如果在鉆桿外加1根導(dǎo)向鋼套管，在潛孔鉆孔位固定好導(dǎo)向鋼套管，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿的保護(hù)，并且能有效避免鉆頭出現(xiàn)偏位的情況。此外，還應(yīng)保證鋼套管直徑符合實(shí)際情況需要，如果直徑過(guò)大，則無(wú)法進(jìn)行孔位定位；如果偏小，則不能及時(shí)排除鉆孔時(shí)的巖末，該工程使用的鋼套管比鉆桿大15mm。

（2）材料及設(shè)備選型。潛孔鉆型號(hào)為QLGN-120，鉆頭直徑為145mm，鉆桿直徑為76mm，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次試驗(yàn)后，最終確定所使用的鋼套管外徑為160mm，如果長(zhǎng)度為6m，則達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼套管進(jìn)行限位鋼板固定的厚度控制在20mm。

（3）鋼套管選材及孔位布置。①使用限位鋼板3塊，其規(guī)格為1500mm×780mm×20mm，在每塊限位鋼板上畫出潛孔鉆孔位的點(diǎn)位，分9個(gè)孔，將該點(diǎn)位作為圓心畫圓，將直徑控制在160mm，切割使用的燃料為氧氣乙炔，分別切割以上3塊限位鋼板。②在限位鋼板圓孔中穿入9根直徑為160mm的鋼套管，在鋼套管上、中、下部位分別放置限位鋼板，第一節(jié)使用法蘭盤焊接，其余正常焊接，對(duì)于鋼套管的長(zhǎng)度需要根據(jù)地下連續(xù)墻孔的深度而定，鋼套管的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為6m，在現(xiàn)場(chǎng)中準(zhǔn)備長(zhǎng)度分別為1m、2m、5m的臨時(shí)鋼套管，根據(jù)實(shí)際施工中的孔深情況，在標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度套管上連接臨時(shí)用的鋼套管，考慮遇斜向巖層，用一根長(zhǎng)度為1m、直徑為180mm的鋼套管鎖扣在最下一節(jié)長(zhǎng)度為1m、直徑為160mm的鋼套管2個(gè)耳翼位置，作為可調(diào)節(jié)套管。③孔位布設(shè)，例如在地下連續(xù)墻4m槽段的作業(yè)中布設(shè)孔位為36個(gè)，相鄰兩孔之間的距離為335mm，凈間距175m，分4個(gè)施工順序套打且孔位貼邊布置，防止后期沖擊錘修孔困難等因素且考慮遇斜向巖層，鋼套管最下一節(jié)1m范圍內(nèi)設(shè)置可調(diào)節(jié)套管。

（4）埋設(shè)預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置。使用成槽機(jī)對(duì)軟質(zhì)地層進(jìn)行鉆孔完畢后，吊裝安放預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置，選擇鋼套筒應(yīng)以實(shí)際孔深為準(zhǔn)，并盡量使用稍長(zhǎng)的鋼套筒。吊起預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置，為確保預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置處于垂直狀態(tài)，檢查時(shí)使用水平尺、錘球；應(yīng)注意緩慢下放，避免下放過(guò)程中出現(xiàn)碰觸而造成不良事件；完成下放工作后，使用鋼筋穿過(guò)鋼套管間隙橫跨在地下連續(xù)墻導(dǎo)墻的混凝土面上；割除比導(dǎo)墻高的鋼套管，將預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置上部的限位板下放至橫跨鋼筋上電焊固定。

（5）鋼套管導(dǎo)向裝置安裝反循環(huán)泥漿泵。鋼套管導(dǎo)向裝置安裝反循環(huán)泥漿泵，通過(guò)泥漿循環(huán)使用，穩(wěn)定槽壁，提高潛孔鉆進(jìn)尺效率。

（6）潛孔鉆成孔。在已經(jīng)布置好的鋼套管孔位使用鉆頭對(duì)準(zhǔn)，為確保鉆桿處于垂直狀態(tài)，使用水平尺、錘球進(jìn)行檢查，接著開(kāi)展鉆進(jìn)工作，鉆桿每節(jié)長(zhǎng)6m，在鉆進(jìn)工作中不斷增加鉆桿直至孔深符合設(shè)計(jì)要求。與鉆機(jī)聯(lián)合使用的動(dòng)力壓縮機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)G-16/13GY，排氣量為16m3。鉆進(jìn)作業(yè)中，鉆機(jī)通過(guò)活塞桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)回轉(zhuǎn)供風(fēng)結(jié)構(gòu)前進(jìn)，并且通過(guò)其空心軸把高壓送入鉆桿直達(dá)沖擊器，經(jīng)由鉆頭通風(fēng)孔完成孔底吹渣動(dòng)作。

（7）沖擊鉆成孔。沖擊鉆型號(hào)為CK-6C，開(kāi)始作業(yè)前，施工人員結(jié)合施工地段的地質(zhì)巖性調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，首先實(shí)施破碎作業(yè)，然后用方錘沖擊修邊，并及時(shí)進(jìn)行排渣處理，如此循環(huán)往復(fù)，直至鉆至設(shè)計(jì)深度，鉆進(jìn)環(huán)節(jié)需要確保成孔深度符合設(shè)計(jì)要求。

3 應(yīng)用效果

文章結(jié)合工程實(shí)例對(duì)預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置進(jìn)行了創(chuàng)新，解決了在微分化與中風(fēng)化花崗巖等一些巖層比較堅(jiān)硬且發(fā)育傾斜的情況下進(jìn)行施工出現(xiàn)的偏差問(wèn)題，具體應(yīng)用效果如下：潛孔鉆施工效率為2.42m/h；使用潛孔鉆沖擊后采用沖擊鉆施工效率為8.84cm/h，錘頭維修為18～20h/次；未使用潛孔鉆而直接采用沖擊鉆時(shí)施工效率為2.71cm/h，錘頭維修為9～10h/次；沖擊鉆施工效率提高了3倍，維修錘頭時(shí)間節(jié)省了一半，經(jīng)濟(jì)成本效果顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

該工程屬于填海造地地鐵車站，地質(zhì)條件復(fù)雜且?guī)r層分布不均勻，堅(jiān)硬程度不一，工期緊。文章結(jié)合實(shí)際工況和建設(shè)需求，提出采用預(yù)制鋼套管導(dǎo)向裝置輔助潛孔鉆處理地下連續(xù)墻堅(jiān)硬巖層技術(shù)，選擇液壓成槽機(jī)+潛孔鉆+沖擊鉆，并采用遇斜向巖層設(shè)置鋼套管可調(diào)節(jié)裝置，在一定程度上解決了堅(jiān)硬巖層施工效率較低及斜線巖層不偏孔等技術(shù)難題。