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TRD工法在城市轨道交通的应用研究与分析

TRD工法 2018年8月9日 项敏 177

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温州市域地铁TRD工法应用

TRD工法应用在国内首条市域铁路


作为轨道交通中一种常见的施工方法,明挖法具有速度快、适用地层广等特点。TRD 作为明挖围护结构工法,相对于传统的地连墙、SMW工法桩、钻孔灌注桩等具有独特的优势,其止水效果好,无接缝、无缺陷,相对于地连墙和灌注桩,其泥浆排放少、施工速度快、节约成本、安全,在轨道交通具有很强的适用性。通过温州市域铁路S1号线的工程实例应用,对此四种围护形式进行比选分析,论证了深厚软土地层中 TRD 工法的可行性及其安全可靠、施工速度快且性价比高等优点。

关键词TRD工法桩;型钢水泥土搅拌墙;轨道交通;SMW工法桩;地下连续墙

1 引 言 

经济快速发展、城镇化率不断增高,大中城市的规模不断提升,导致地面、地上交通已不能满足现有的人力膨胀所带来的交通压力,为舒缓人口不断增多所带来的出行压力,地下交通的发展以其独特的优势越来越被人们所重视 。

明挖法轨道交通中主要用于地下工程主体结构施工时的一种支护体系,该体系主要由支撑结构 与围护桩组成。明挖法施工易于确保施工质量及安全、地层适应能力强、工期短,在一定条件下造价低等优点。近年来在全国各大城市得到普遍应用,北京市甚至提出了“能明则明,能盾则盾”的地铁施工原则。

TRD 为地下结构明挖法施工及周边环境安全 的临时性围挡结构,具有止水效果好,泥浆排放少,施工速度快,节约成本等优点。 


2 TRD工法


2 .1 TRD工法的特点


TRD工法 (Trench cuting Re-mixing Deepwall method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法。 工法施工过程首先将链锯型切削刀具插入地基,掘削至设计深度,并通过注浆的方式注入固化剂,再横向掘削、搅拌,水平推进,筑成水泥土搅拌连续墙。 


TRD工法在城市轨道交通的应用研究与分析(a) 下切割箱


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(b)水平连续搅拌


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(c)插入H型钢


▲ TRD工法工序图


TRD工法具有施工深度大地层适应广等特点在开挖过程中具有良好的挖掘性能成墙品质好精度高可有效的形成一个整体。 工法桩墙体施作均匀质量高强度大截水性好更安全可靠同时因其设备高度低对场地要求低且内插H型钢可以任意的选择最佳间距进行布置。 


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(a) 刀端头插入土中,不会倾倒


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   (b)TRD工法桩机(主机高度:10m)


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(c) H型钢可以任意的选择最佳间距布置


 ▲  TRD工法桩优点示意图


2 .2 TRD工法的工作原理


TRD工法桩与支撑结构协同作业时,其设计要求需满足相关规范中对于围护结构的相关要求,即需对TRD工法桩的内力变形、稳定性验算与型钢的承载力进行计算,并要求验算结果满足相关要求。 



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 ▲  TRD工法桩应用效果图 


作用于TRD工法桩的弯矩与剪力均由型钢来承担,以满足型钢抗弯强度以及抗剪强度为准。型 钢水泥土连续墙中内插型钢的应力水平及变形要求墙体在工作状态下应满足其有效截面能满足基坑 防渗截水要求,并保障型钢能有效的实现回收和重 复利用。同时TRD工法桩在使用过程中的型钢之间水泥土的错动抗剪承载力满足要求。 



轨道交通基坑围护结构方案比选


目前轨道交通明挖结构的围护形式主要有钻孔灌注桩、地下连续墙 、SMW工法桩 ,TRD工法桩作为一种新式的围护结构,逐渐被大众所认知,该工法成功的应用于华东地区的一些工程,并得到了较好的评价,但城市轨道交通应用较少,目前仅出现于温州市域铁路轨道交通的明挖围护结构基坑等工程中。

温州地区为冲海积平原区, 地层以黏土与淤泥为主,且淤泥较厚,在温州广泛分布。以温州市域 铁路一经典土层为例,分别采取钻孔灌注桩、地下连续墙 、SMW工法桩 、TRD工法桩四种围护结构进行比较分析,地层参数如下表,基坑选取二种不同的深度进行分析,分别10m 、15 m,基坑等级均为一级。 

TRD工法在城市轨道交通的应用研究与分析▲ 表1 岩土体参数取值 

围护结构的设计标准以安全稳定系数满足基坑 设计的安全系数为准,见表2所示:

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▲ 表2 围护结构基坑设计安全系数表 

1) 基坑深度为10m 时,地下连续墙造价高,施工场地要求高,可不作比选,可对钻孔灌注桩 、SMW工法桩、TRD三种工法桩进行比较。通过计算可得三种围护形式选用如表3所示参数时,稳定性验算与变形控制计算结果均满足要求,如表4所示。 


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▲ 3 基坑的各种围护结构最优参数取值 


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▲ 4 多种围护结构的安全系数与变形值


由表3、表4可知,对于10m 的基坑,为保证结 构的稳定性,三种类型的围护桩均采用25m 长,插入比为1∶1 .5。且以0.3%h作为变形控制标准 ,钻孔灌注桩可采用600mm 的直径,200的桩净距;SMW工法桩采用650的桩直径 ,型钢采用500×200×10×16,间距450(密插布置),TRD工法桩墙厚选用650 mm,型钢采用500×200×10×16,间距为450mm。


通过当地市场调研与计算,TRD 工法桩为1.95万每延米 ,钻孔灌注桩为2.0每延米 ,SMW工 法桩为1.2万每延米。TRD 工法桩相对于钻孔灌注桩造价低,且TRD工法桩变形较小,安全可靠 ,施工速度快,每天可成墙12m左右,可有效的节省工期,SMW 桩造价低,但成桩及止水效果相对较差。

2) 基坑深度为15m时,采用SMW工法桩施工,常出现桩体开叉等情况,深基坑施工质量差,不能有效的保证结构的安全,因此 SMW工法桩可不做比选。仅对钻孔灌注桩、地下连续墙、TRD 三种工法桩进行比选,通过比选分析可知当围护结构采用如表5所示参数时,其计算结果满足要求,结果如表6所示。 


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▲ 5 基坑的各种围护结构参数取值 

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▲ 表6 多种围护结构的安全系数与变形值 

由表5、表6可知,对于15m的基坑,为保证结构的稳定性,三种类型的围护桩均采用32m 长,插入比为1 :1 .5 。 且以0.3%h作为变形控制标准时 ,钻孔灌注桩采用800mm的直径,200mm净间距;地下连续墙采用800mm厚的墙。 TRD工法桩墙厚选用850mm,型钢采用 700×300×13×24,间距为400mm 。 


通过当地市场调研与计算,该TRD工法桩约为3 .5万每延米,钻孔灌注桩约为4.0万每延米 ,地下连续墙约为5.0万每延米。TRD工法桩相对造价最低,钻孔灌注桩变形大,TRD施工速度快,每天可成墙12m左右,可有效的节省工期。

综上所述,TRD应用于轨道交通围护结构施工时,在造价相对地连墙和钻孔桩便宜的同时,能有效的降低基坑安全风险,节约工期。 



4 工程实例


以温州市域铁路S1第十三标段工程为例,该工 程周边较为空旷,地势平坦开阔,区间穿越地层以淤泥层为主。标段里程DK40+518.00~DK40+908.00区间最大埋深为 12.94m,最小埋深为4.95m,围护结构采用TRD工法桩 。 其中 ,DK40+578.00~DK40+639.00为 基 坑 一 二 期 分 界 处 ,基坑深12 .56 ~ 12 .01 m ,宽 25 .3m,为一级基坑,工程围护结构为850mm 厚、桩长为25m的TRD工法桩,型钢采用700×300×13× 24H,间距0.7m。支撑结构为一混凝土支撑、两钢支撑。具体土层参数如表7,厚度如下表: 

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▲ 7 工程实例土层厚度取值 

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8 稳定性验算与结构受力计算结果 


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▲ 9 围护结构安全分析 

计算结果如表8、9所示,TRD工法桩的稳定性 与结构安全均能满足规范要求。且围护结构的最大水平变形位移为48 .6 mm,满足规范要求,本工程TRD工法桩围护墙体水平位移采用测斜监测孔进行监测,其中测孔总数为18 个。 

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▲ 5 测斜监测孔监测数据 


选取点号1、7、13、18 进行分析,其中点号1位移围护结构顶位置,点号13为变形最大位置处,监测数据开始于2016年10月6日,于2017年1月1日结束。监测结果显示如上图所示,围护结构顶发生了朝向土侧的变形位移,其变形位移值为21.84mm,点号13发生了结构变形的最大变形位移,最大变形为40.8mm, 小于模拟计算的48.6mm, 考虑计算过程中坑底土体加固等相关保护措施在模拟计算中不能进行很好的模拟,且监测的主观性等因素,实际监测数据略小于计算分析结果,更为安全可靠。由此可知,TRD工法桩在温州市域铁路 S1线实践中得到了成功的应用,更为安全可靠,且有效的减小工期,降低造价。 

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▲ TRD-III 工法桩机


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结 语


TRD工法桩作为一种新式的水泥土地下连续 墙工法围护结构,其适用性较为广泛,具有以下优点:

1)施工过程中为水平推进切割,确保了墙体的 无缝隙,避免如地连墙常出现的接缝处漏水现象;

2)作为一种连续性的墙体,其规避了桩体开叉 的情况。

3)应用于较长段的轨道交通结构,具有施工速 度快,成本低等优点。

TRD工法桩相对于SMW工法桩,止水效果好无接缝、无缺陷,相对于地连墙和灌注桩,其泥浆排放少、施工速度快、节约成本、安全,在轨道交通具有很强的适用性。 


来源:土工基础 2018年6月 第21卷 第3期

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编辑整理:

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。


TRD工法在城市轨道交通的应用研究与分析


        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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