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南通轨道交通2号线汽车东站站TRD工法应用

TRD工法 2019年12月2日 项敏 83

南通轨道交通2号线一期工程

土建施工08标汽车东站站TRD工法应用

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摘  要

摘要: 汽车东站站为南通市城市轨道交通2号线一期工程土建施工08标其中一站,汽车东站站位于青年中路和世伦路交叉口下方、呈东西走向,受世伦路南北向110KV和220KV高压线影响,汽车东站站围护结构局部采用钻孔灌注桩+TRD止水帷幕的施工工艺。


关键词: TRD工法;地铁基坑;高压线下

南通轨道交通2号线汽车东站站TRD工法应用

TRD工法与传统三轴搅拌桩工法高度差异


工程概况

1 汽车东站站概况


南通轨道交通2号线汽车东站站TRD工法应用


汽车东站站为南通市城市轨道交通2号线一期工程第13座车站,位于青年中路与世伦路交叉口,沿青年中路东西向敷设,为地下二层岛式站。车站设计起点里程为右DK14+766.957,车站设计终点里程为右DK14+981.557,车站外包尺寸全长214.6米。车站主体标准段基坑深约16.9m,基坑宽约19.7m;盾构井段基坑深约18.0m,基坑宽约24.4m。车站两侧均为盾构区间,车站小里程为盾构始发,大里程端为盾构接收。


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汽车东站站主体围护结构主要采用800mm地下连续墙,局部高压线影响范围采用Φ1000@1150钻孔灌注桩+TRD止水帷幕。车站围护结构共设4道支撑,首道支撑采用混凝土支撑,第二道钢支撑采用Φ800×20,其余采用Φ609×16钢支撑。


2 汽车东站站周围现状


汽车东站站位于青年中路与世伦路交叉口,沿青年中路东西向敷设,为地下二层岛式站。汽车东站站地理位置如下图所示。

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车站周边现状建构筑物主要有:

(1)东城涌鑫广场(22层,地下2层,框架-核心筒结构。方桩、管桩);

(2)汽车东站(4层,地下1层,桩基础,混凝土方桩);

(3)天空之城(17层,地下1层,桩基础,预应力混凝土管桩);

(4)公交换乘中心(在建)(2层,浅基础);

(5)横港河桥(混凝土条形基础,基础底标高-0.5m)。

3 地质情况


汽车东站站位于冲-海积新三角洲平原(Ⅱ3区),根据勘查成果,在勘查深度范围内分布的地层主要为第四系全新统(Q4)地层、第四系上更新统(Q3)地层,自上而下又可分7个大层,9个亚层,场地内各土层特性描述如下表2.3-1所示。

TRD施工深度与地质情况横剖面图如下图所示。

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场地内各土层特性描述表

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TRD施工深度与地质情况横剖面图


4 水文情况

(1)潜水

潜水主要赋存于浅部填土、砂质粉土、粉砂夹砂质粉土和粉砂层中,主要接受大气降水的垂直补给和地表水体侧渗补给,以自然蒸发、侧向径流为主要排泄途径。勘查期间实测潜水稳定水位埋深1.78~1.95m(标高1.42m~2.40m),根据区域水文资料,场地近3~5年最高潜水水位标高为3.00m左右,最低潜水水位标高为0.00m左右,年变化幅度一般1~2m。

(2)第Ⅰ承压水

一般赋存于④-1层(隔水顶板)以下的⑤-1砂质粉土夹粉砂、⑤-2粉砂夹砂质粉土、⑤-3黏质粉土夹粉砂、⑥粉砂夹夹砂质粉土和⑦细砂层中(相互联通,可视为一层承压水),其主要补给来源为地下水侧向补给,排泄途径为人工开采及地下水侧向径流。勘查期间实测承压水水位埋深3.6~3.7m。


TRD设计概况

本工程TRD水泥搅拌墙止水帷幕厚度800mm,墙底标高-31.95m,深度为36.1m,墙底插入⑤1砂质粉土夹粉砂,总延米共计146.3m。TRD水泥搅拌墙采用三步法施工(即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌),对地层先行挖掘松动后,再进行喷浆搅拌固化成墙。

(1)TRD水泥搅拌墙采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于25%,水灰比1.2。

(2)TRD水泥搅拌墙的墙深偏差控制值为+30mm,墙位定位偏差控制值为±25mm,成墙厚度偏差控制值为±30mm(控制切割箱刀头尺寸偏差),墙体垂直度偏差不大于1/250。

(3)TRD水泥搅拌墙28d无侧限抗压强度标准值不小于1.0MPa,墙体渗透系数不大于10-7cm/s。

(4)施工28d后采用钻孔取芯法进行检测,取芯检验数量及方案按一个独立延米墙身取样,数量为墙身平面总延米的1%,且不应小于3处;每个取芯钻孔应根据土层分布和墙体所在位置的重要性,在墙身不同深度取样,且在基坑坑底附件应设取样点,取芯数量不少于5组。


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汽车东站站TRD水泥搅拌墙平面图


施工部署

1 施工总体流程

本工程TRD工法采用三循环的方法施工等厚度水泥土搅拌墙,三循环的施工方法工艺流程图如下图所示。

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TRD三循环的施工方法工艺流程图


2 施工场地准备


(1)场地准备

TRD水泥土搅拌墙施工前,详细了解周围环境状况,向各个管线产权单位申请现场管线交底。根据探摸报告,在开挖过程中清除施工区域的表层硬物及浅层废弃管线等障碍物,并用素土回填夯实、整平。路基承重荷载以能行走150t步履式重型桩架为准,以确保施工机械的安全;筒仓、搅拌平台及废弃土堆场均做好地面硬化,以确保场内文明施工。


(2)用水、用电

TRD水泥土搅拌墙施工用电采用现场已布置的一级电箱作为引出端头,并根据各施工区域进行布置二级电箱,为各施工机具和照明提供动力电源。每套电力驱动的等厚度水泥土搅拌墙设备施工,单独配备一个不小于630KVA的变压器及800A的空气开关,或单独配备一个不小于800KW的发电机供TRD主机使用。

施工用水采用已沿围墙四周布置的环形水管作为水源,并根据加固区域和拌浆平台位置引出给水管道,供水泥浆液配置及场地冲洗使用。


(3)施工排水、泥浆处理

为确保施工区域文明整洁和施工区域沿线雨水管不被泥浆沉淤堵塞,在拌浆平台处设置泥浆沟,并连接前期施工已设置的三级沉淀池,经沉淀后排入附近雨水井。搅拌墙施工排出的废弃泥土采用集中堆放在积土坑,并在堆放点设置防尘措施,然后由泥浆车和土方车外运。


3 机械设备及材料计划


本工程TRD水泥土搅拌墙拟计划采用1台TRD-EN型工法桩机,外形尺寸(地面以上)为12400mm×8000mm×121000mm,切削宽度为558~850,最大设计切削深度70m,满足本工程需求。

水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥。水泥分批进场;选择合格的水泥供应商,进行材料复试;杜绝不合格材料进入工地。其他措施材料进场按照指定的位置整齐堆放。


TRD-EN工法机技术参数表

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机械设备及材料计划表

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TRD-EN 工法机

4 劳动力配置计划


本工程根据车站主体结构施工的特点及节点工期的要求,结合前期交通疏解阶段情况具备的开工条件进行劳动力配置。劳动力配置情况及职责见表。

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5 施工进度计划


根据以往TRD工法成墙施工经验,TRD工法止水帷幕施工工效约8m/天/台。由于本工程施工场地受管线改迁及交通疏解影响,TRD施工需分两区(A、B区)施工。

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TRD水泥搅拌墙A区和B区划分及工期计划


施工方法及技术措施

1 TRD施工工法简述


TRD工法是通过动力箱液压马达驱动链锯式切割箱,分段连接钻至指定深度,水平横向挖掘推进,同时在切割箱底部注入固化液,使其与原位土体强制混合搅拌,从而形成等厚度水泥土连续搅拌墙。



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TRD工法原理图


2 施工工艺流程


TRD水泥搅拌墙采用三步法施工:第一步横向前行时注入切割液切割,一定距离后切割终止;主机反向回切(第二步),即向相反方向移动;移动过程中链式刀具旋转,使切割土进一步混合搅拌,此工况可根据土层性质选择是否再次注入切割液;主机正向回位(第三步),箱式刀具底端注入固化液,使切割土与固化液混合搅拌。


南通轨道交通2号线汽车东站站TRD工法应用TRD水泥搅拌墙三步法施工工艺流程图


3 施工工序


(1)测量放线

施工前,根据设计图纸或甲方提供的坐标基准点,精确计算出TRD墙体中心线坐标,利用测量仪器进行放样,并进行坐标数据复核,同时做好护桩。并通知总包单位、监理单位进行复核确认并及时完成测量报验。

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TRD墙体中心线放样及桩机停放示意图

(2)开挖沟槽

止水帷幕中心线放样后,对施工场地进行铺设钢板等加固处理措施,确保施工场地满足机械设备对地基承载力的要求,确保桩机的稳定性。用挖掘机沿止水帷幕中心线平行方向开挖工作沟槽,槽宽约1.4m,沟槽深度约1.0m。

(3)吊放预埋箱

利用挖掘机沿止水帷幕中心线开挖深约5m、长约2m、宽约1m的预埋穴之后,用吊车将预埋箱吊放入预埋穴内。

(4)桩机就位

由当班班长统一指挥桩机就位,移动前看清上、下、左、右各方面的情况,发现有障碍物应及时清除,移动结束后检查定位情况并及时纠正,桩机应平稳、平正。

(5)切割箱与主机连接

用吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴,利用支撑台固定;TRD主机移动至预埋穴位置连接切割箱,主机再返回预定施工位置进行切割箱自行打入挖掘至设计深度。

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切割箱自行打入挖掘工序图


(6)安装测斜仪

切割箱自行打入到设计深度后,安装测斜仪。通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪,可进行墙体的垂直精度管理,通常可确保1/250以内的精度。 

(7)TRD工法成墙 

测斜仪安装完毕后,主机与切割箱连接,进行三工序等厚度水泥土搅拌墙施工。

步序1——先行挖掘:通过压浆泵注入挖掘液,切割箱向前推进,挖掘松动原土层、切割成槽一段行程。

步序2——回撤挖掘:根据作业功效,一段行程的成槽完成后,切割箱再回撤至切割起始点。

步序3——成墙搅拌:切割箱回撤至切割起始点后调换浆液,通过压浆泵注入固化液,切割箱向前推进并与挖掘液混合泥浆混合搅拌,形成等厚水泥土搅拌墙。

(8)泥浆测试

止水帷幕施工过程中对浆液及混合泥浆进行泥浆测试,包括挖掘液比重、挖掘液混合泥浆流动度,固化液比重、固化液混合泥浆比重等。

(9)置换土处理

将TRD工法施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放,集中处理。

(10)拔出切割箱

成墙搅拌结束后,在拟定切割箱起拔区域注入同配比的固化液,边起拔边注浆,确保对切割箱占据空洞进行密实填充和有效加固,结束直线段墙体施工。


4 施工参数及技术控制要点


1)施工参数

(1)TRD水泥搅拌墙施工深度36.1m,标高范围:+4.15~-31.95,墙厚800mm。

(2)挖掘液拌制采用钠基膨润土,每立方被搅拌土体掺入100kg/m3膨润土,水灰比W/B为10~20(根据工序进行调整),施工过程按1000kg水、50~100kg膨润土拌制浆液。

(3)挖掘液混合泥浆流动度宜控制在200mm~240mm。

(4)挖掘液用于切割箱自行打入工序、先行挖掘步序,回撤挖掘步序视混合泥浆的流动度适当注入挖掘液。

(5)固化液拌制采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于25%,水灰比1.2。

(6)切割箱体配置:墙深36.1m,共12节切割箱,由下至上排列分别是:1节4.15m被动轮+7节4.88m切割箱+1节1.22m切割箱,总长39.53m。

(7)切割刀具配置:墙厚800mm,采用550mm~850mm宽度的刀具,呈菱形布置,确保全断面切割土层。


2)主要控制技术要点

(1)施工前,先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点,精确计算出TRD水泥搅拌墙中心线角点坐标,进行坐标数据复核;利用测量仪器进行放样,同时做好护桩,通知相关单位进行放线复核。

(2)施工前利用水准仪实测场地标高,利用挖掘机进行场地平整;对于影响TRD工法成墙质量的不良地质和地下障碍物,应事先予以处理后再进行TRD工法止水帷幕施工;同时应适当提高水泥掺量。

(3)局部土层松软、低洼的区域,必须及时回填素土并用挖机分层夯实,施工前根据TRD工法设备重量,对施工场地进行铺设钢板等加固处理措施,钢板铺设不应少于2层,分别平行与垂直于沟槽方向铺设,确保施工场地满足机械设备地基承载力的要求;确保桩机、切割箱的垂直度。

(4)等厚度水泥土搅拌墙施工采用三工序成墙的施工方法(即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌),对地基土充分混合、搅拌松动后再进行固化成墙搅拌。

(5)施工时应保持TRD工法桩机底盘的水平和导杆的垂直,施工前采用测量仪器进行轴线引测,使TRD工法桩机正确就位,并校验桩机立柱导向架垂直度偏差小于1/250。根据等厚度水泥土搅拌墙的设计墙深进行切割箱数量的准备,并通过分段续接切割箱挖掘,打入到设计深度。

(6)切割箱自行打入时,利用测量仪器实时校正桩机导杆垂直度;在确保垂直精度的同时,将挖掘液的注入量控制到最小,使混合泥浆处于高浓度、高粘度状态,以便应对急剧的地层变化。

(7)施工过程中通过安装在切割箱体内部的测斜仪,可进行墙体的垂直精度管理,墙体的垂直度不大于1/250。

(8)测斜仪安装完毕后,进行等厚度水泥土搅拌墙施工。当天成型墙体须搭接已成型墙体不小于50cm;搭接部位须确保切割箱体垂直无倾斜,施工中应慢速搅拌,使固化液与混合泥浆充分混合、搅拌,保证搭接质量。

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TRD搭接施工示意图


(9)一段工作面施工完成后,进行切割箱拔出分解工序,利用TRD主机配合履带式吊车依次拔出,时间应控制在4h以内,同时在切割箱底部注入等体积的混合泥浆。

(10)拔出切割箱时不应使孔内产生负压而造成周边地基沉降,注浆泵工作流量应根据拔切割箱的速度作调整。

(11)加强设备的维修保养,每台班重点检查动力系统及链条、刀具,同时配置备用发电机组,在市电供给不正常的情况下,一旦停电可及时恢复供浆、压气、正常搅拌作业,避免延误时间造成埋钻事故。

(12)加强对TRD工法施工过程的监控及对成型墙体的质量检测工作,如发现质量问题应主动与业主、监理及设计单位联系,以便及时采取补救措施,避免造成不必要的损失。


3)成墙搅拌时施工速度及注浆控制要点

(1)TRD施工前应根据周边环境、土质条件、机具功率、成槽深度、切割液与固化液供应状况等因素确定切割机械的水平推进速度和链状刀具的旋转速度,布进距离不宜大于50mm。

(2)根据南通富水砂层的地质情况、设计水泥参量及抗渗要求指标,成槽搅拌时要确保横向较快速度推进,泵的压力和浆液流量要匹配供应,以防止由于推进速度缓慢而导致切割箱体水泥浆附着成不断增厚,造成切削箱推进阻力不断增大,最后导致“抱死”的事故发生。故设定主机横行速度至少保证1.7m/h,同时注浆泵的工作流量应实时调节,额定工作压力不宜小于2.5Mpa,注浆量以每1m3土体水泥参量至少保证360kg为宜。


关键工序及控制


(1)做到工艺检查,设备检查,施工操作检查,建立严格验收把关制度。

(2)施工现场专人检查复核桩机垂直度、桩机的移位,切割箱的钻进深度、挖掘速度,检查浆液的拌制、控制水灰比。

切割液的配合比应结合土质条件和机械性能指标等因素确定,切割液与切割土体形成的混合泥浆性能应满足如下要求:

①具有适度的流动性;

②泌水较小;

③砂砾成分的下沉较小。

固化液的水泥用量根据试验确定,固化液与切割液、切割土体形成的混凝泥浆性能应满足如下要求:

①具有适度的流动性;

②泌水较小;

③固化后具有要求的强度;

④固化后具有要求的渗透系数。

(3)切割箱打入、拔出由现场指挥负责,施工前需检查桩机平稳性,做到固定端正,桩架垂直,并采用测量仪器或其它手段,完成桩架的水平度,桩架的垂直度确认,在确认无误后,指挥下达操作命令。

(4)整个施工接受监理的监督,并与工程有关协作单位建立良好协作关系,确保工程顺利进行。


6 其他情况处理措施


(1)无法连续作业时处理措施

当无法连续作业时,链状刀具应预留足够的养护空间,养护段不得注入固化液,长度不宜小于3m,链状刀具端部和原状土体边缘的距离不应小于500mm。

长时间养护时应在切割液中添加外加剂或采取其他技术措施,放在刀具无法再次启动。

(2)停机后再次启动时技术要点

停机后再次启动时首先应在原位切割刀具边缘的土体,然后回行切割,回行切割已施工的墙体长度不宜小于500mm。

(3)施工完成拔出链状刀具的技术要点

一条直线施工边完成或者施工段完成时,应将链状刀具拔出。拔出位置应满足如下要求:

①宜在已施工完成墙体3m长度范围内进行避让切割;

②本工程不需要插入型钢,拔出位置可设在最后施工完成的墙体内;

③链状刀具拔出过程中,应控制固化液的填充速度和链状刀具的上拔速度,保持固化液混合泥浆液面平稳,避免液面下降或泥浆溢出。


施工现场

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结  语

TRD工法的施工深度比较大,最大深度可达70m,并且成墙的厚度能够在550毫米至850毫米之间。对硬质地面(硬土、软岩、沙土砾石等)挖掘性能较好,能够适应的地层也比较广,在软硬不均匀的土层当中十分适用。成墙的质量效果理想,同时强度也比较高,垂直精度达1/250。 此外,所形成的墙体自身的连续性比较高,施工的速度直线段每天24小时施工能完成300-500方的工程量,可在一定程度上降低施工的成本,提升施工企业的经济效率。TRD工法连续切割土体固结成墙,接缝少,减少传统的接缝处理不当渗漏水情况,截水效果较好。除此之外,这种方法所需要的设备较传统桩机、成槽机等设备高度低,仅11米,在架空高压线、天桥下等对净空有要求的环境下,具有明显的选用优势,同时也可以避免高大设备出现侧倾的风险,安全性突出。


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TRD工法和传统的施工方法相比,存在着自身的优势和特点,这些优势和特点在一定程度上能够更好地推动该方法的运用和发展。随着社会的不断发展,地铁在城市中的应用也越来越广泛,从而增大了该施工方法使用的可能性。使用这种方法不仅能够提升地铁基坑施工的整体质量,同时还能够使得整体施工的效率得到有效的提升,能够在一定程度上使工程的工期得到有效地缩短,提升地铁建设的经济效益,同时也更好地推动我国城市轨道交通建设的发展。

文章
来源

来源:通州建总集团有限公司

编辑整理:项 敏

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高压线下TRD案例


TRD工法


TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

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        TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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