地下连续墙液压抓斗工法
中铁十九局集团轨道交通有限公司宁波二公司 李洪文
一、前言
日本真砂工业株式会实制造的MHL型液压抓斗已在越来越多的地下工程施工中采用，在我国东部沿海的软土地区应用尤为广泛，并显示其诸多卓越的性能。其由机身内设置的特殊性倾斜感应器，液压纠偏导板等组成的纠偏装置，使操作都可随意控制挖掘机的姿势，在挖掘过程中，可随时发现随时进行前、后、左右的纠偏。地下连续墙作为深基坑工程的挡土围护结构已经广为应用，采用该工法施工的上海市轨道交通7号线场中路站地下连续墙，其槽壁挖掘垂直度达到1/1000以上，该工程无论从质量和进度上都获得了业主的好评。 二、 工法特点
（一）分槽段施工，速度快：槽幅平面长度一般在3．8～7.2m，液压抓斗挖土效率高，一幅6m宽， 25m深的普通地下连续墙施工可在24h内完成。
（二）成槽垂直精度高：液压抓斗上设有倾斜仪和纠偏液压推板，随时成槽垂直度。 （三）适应性强：能适应各种平面多边形的地下连续墙围护结构，能与导墙成90°，60°，45°等多种角度开挖(必要时还能骑导墙开挖)。
（四）对周围环境影响小：作业噪声小、无振动、无污染。能接近构筑物施工，对周围建筑物、道路交通、地下管线的影响小。 三、 适用范围
（一）适用于地铁车站、地下厂房、地下车库、地下街、地下变电站、高层建筑地下室等深基坑工程及围护结构，尤其适用于在城市密集建筑群区域中进行深基坑施工。还可用于防渗墙和构筑地下深基础施工。
（二）本抓斗适应于在N<40的粘性土、砂性土及其他土层中挖掘成槽。 （三）目前施工的地下连续墙最大挖掘深度为42m，宽度为60～120cm。 四、工艺原理
该工法的基本原理是在拟建地下连续墙的地面上，先构筑导墙，液压抓斗沿导墙壁挖土，并以倾斜仪测定抓斗的垂直度．然后通过操作纠偏液压推板调整液压抓斗的垂直状况，以控制成槽精度。在挖槽
同时用泥浆护壁，防止壁面土体坍落。在成槽结束后，通过扫孔清孔工序，清除槽底浮土，提高墙体承载力。最后放入钢筋笼，进行水底混凝土浇筑。 五、施工工艺流程及操作要点(见下图)
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吊放导管 吊放仪器 浇注砼 观 测 泥浆回收 泥浆净化 加工配件 组装 安装埋件 质量检验 安装仪器 运输 检查验收 运输 槽段挖掘 渣土外运 清孔换浆 吊放接头管 下钢筋笼、仪器埋设管 泥浆输送 泥浆贮存 泥浆生产 施工阶段 成槽机进场 配比试验 购买原材料 仪器 购买仪器 钢筋 测量放线 钢筋下料 砼 组装 检查率定 焊接、搅拌砼 建排浆沟 修建泥浆站、池 安装设备 铺设管道 导墙制作 泥浆 开 工 水电交通准备 准备阶段
（一） 泥浆施工
要保证液压抓斗成槽的安全与质量，护壁泥浆生产循环系统的质量控制指标是关键的一个环节。由于各施工地段的地质情况不同。各地区的材料和设备情况不同，方法和要求不能强求统一。实施方案需要经过试验才能确定。 1护壁泥浆生产循环工序流程图
新鲜泥浆拌制调整清浆拌制 净化浆储存合格浆 净化中间储存罐车外运等再生浆指标调整泥浆净化处理 再生浆储存优质浆 中目震动筛泥浆沉淀池脱水固化处理新鲜浆储存施工槽段粗筛去土渣劣化浆储存
2液压抓斗成槽施工泥浆的性能指标见表1。
新配制 泥浆性能 粘性土 砂性土 比3循环泥浆 粘性土 砂性土 废弃泥浆 检验方法 粘性土 砂性土 重1.04～1.05 1.06～＜1.10 ＜1.15 ＞1.25 ＞1.35 比重计 1.08 ＜25 ＜35 ＞50 ＞60 漏斗计 （g/cm） 粘度（s） 20～24 25～30 含砂率＜3 （％） PH值 8～9 8～9 ＜4 ＜4 ＜7 ＞8 ＞11 洗砂瓶 ＞8 ＞8
＞14 ＞14 试纸 表1 施工泥浆性能指标
（二）导墙施工
1地下连续墙成槽开挖前先要构筑导墙，导墙的作用除了在成槽中起一定的导向作用外，其主要作用是为了满足如下几方面的施工要求。
（1）槽段分幅定位，固定接头管（箱） （2）搁置入槽后的钢筋笼。
（3）承受施工过程中车辆设备的荷载，避免槽口坍塌。
（4）承受顶拔接头管（箱）时产生的集中反力。
2地下墙做深基坑的导墙放样，应向外放一定余量（一般取2cm+成槽精度×最大开挖深度）。
3导墙内净宽一般比设计墙厚大4cm，导墙顶口比地面(路面)高4～5cm，导墙的深度一般1.5m以上，具体深度与表层土质有关，如遇有未固结的杂填土层时，导墙深度必须穿过此填土层，特别是松散透水性强的杂填土必须挖穿，使导墙坐落到稳定性较好的老土层上。
4 导墙形式很多，常用的有预制钢筋混凝土和现浇钢筋混疑土两种主要形式。在表层土软弱的工地，建议采用现浇倒\"L\"型和现浇\"北\"字形钢筋混凝土导墙。
I—I
Ⅱ—Ⅱ
Ⅲ—Ⅲ
（I—I）—预制L型导墙； （Ⅱ—Ⅱ）—现浇倒L型导墙; （Ⅲ—Ⅲ）—现浇北字型导墙 图1 三种常用导墙断面形式示意图
5现浇导墙构筑可采用单侧立模(外侧为土壁)，在遇到软弱松散的表层土时，可先立模构筑导墙，再在外侧回填好土<夯实)。预制导墙基坑底必须浇10～20cm素混凝土，图l的三种导墙断面供参考。
（三）钢筋笼制作与吊放
1钢筋笼的外形必须平直规则，最厚部位必须小于设计壁厚4～5cm。钢筋笼一般都在非常平直的场地上制作，批量制作都先做台模。
2钢筋笼单节起吊最大长度的确定，与钢筋笼的重量、宽度和吊车的起重能力等多种因素有关，必须综合分析，井进行起吊验算后确定。
3庞大的钢筋笼起吊是一个非常复杂的力学问题，故钢筋笼必须要有足够的刚度。一般是在钢筋笼中布设纵横向桁架来解决。(有些采用刚性接头、止水接头的钢筋笼，本身刚度较大，经验算满足后也可不设纵向桁架)。
4浇注混凝土的导管通道通常设在钢筋笼的四分之一宽度位置，通道内设有导向钢筋．必须特别注意：通道内四壁的钢筋接头处必须平滑，防止在浇注混凝土中出现导管钩住筋头的事故。
5钢筋笼随着长度、宽度的不同，分别可采用6点、9点、12点、15点等多种布点起吊型式。起吊中必须稳慢动作。
（四）液压抓斗成槽的实际槽长一般为3.8m～7.2m(对上海地区而言)，抓挖顺序见图2所示：
接头孔2700127001（转角型槽段）32270022700235400～7200
27001 图2 槽段长度与抓挖顺序示意图
1为保证成槽质量，液压抓斗在开孔入槽前必须检查仪表是否正常，纠偏推板是否能工作，液压系统是否有渗漏等。
2开始成槽6～7m的偏斜情况，对整孔的总精度影响很大，此时推板还未能工作，还很可能遇到地下障碍，故挖掘速度不宜太快，应拎直抓斗，半悬空开挖，使仪表显示精度保持在1／500左右。
3整个成槽过程中，纠偏工作应随时进行，使显示精度始终保持在良好范围内。 4发生较大偏斜后的纠偏要矫枉过正。即显示精度恢复到零位后，反向还要再纠挖一定深度(具体范围根据经验)，然后再恢复到土1／500的正常工艺继续开挖。(如遇纠不回来的特殊情况，需采用大吊车配合进行强行纠偏)。
5整幅槽段挖到底后，必须进行扫孔，扫孔的目的是铲平抓接部位的壁面及挖除槽底沉渣。施工方法是：有次序地从一端向另一端铲挖，每移动50cm左右，抓深控制在同一设计标高。槽底的沉渣量，对将来墙体的沉降影响很大，故必须认真扫孔。 （五）清孔、浇灌混凝土、顶拔接头管
1扫孔结束后，隔约1小时就可以进行清孔换浆，一般采用空气提升器或反循环泵来完成。
2清孔管的管底离槽底一般控制在10～20cm。并要更换几次位置(间隔1～1.5m)。 3清孔换浆的时间以出口浆指标符合要求为准。
1400～2100 4混凝土的浇灌工艺与浇注水下混凝土施工基本相同。混凝土导管的内径不宜太小，开始浇注前，导管内必须先放一只直径与导管内径相同的球胆。
5混凝土一般采用商品混凝土搅拌车直接卸料。供料必须连续，必须满足每小时20m3以上，坍落度18～22cm和易性良好的新鲜混凝土(在浇灌不连续时，应防止导管内混凝土凝固堵塞)。 6顶拔接头管(箱)
（1） 接头管(箱) 安装就位后，接着安装液压顶拔机。
（2）一定要注意砼的凝固情况，因此在第一车砼到现场以后，现场取砼试块，放置于施工现场，用以判断砼的凝固情况，并根据砼的实际情部况决定接头管(箱) 的松动和拔出时间。
（3） 接头管(箱) 在混凝土灌注2～3小时后应进行第一次起拔，以后每30分钟提升一次，每次5-10cm，直至终凝后全部拔出。
（4）接头管(箱) 拔出前，先计算剩在槽中的接头管(箱) 底部位置，并结合砼浇灌记录和现场试块情况在确定底部砼已达到终凝后才能拔出。最后一节接头管(箱) 拔出前先用钢筋插试墙体顶部砼有硬感后才能拔出。
（5） 接头管(箱) 由液压顶拔机顶拔，履带吊协同作业，分段拆卸。 （六）废泥浆处理
地下连续墙护壁泥浆在循环使用中逐渐劣化，劣化泥浆在施工现场不可以随意排放，一般可采用装罐车运送到郊外指定点，让其自然分解沉淀。
六、劳动组织（见表2） 各工种都必须培训合格方可上岗
表2
序号 1 2 3 4 工种 挖掘司机 起重机 泥浆工 混凝土工 主要工作内容 安装挖掘机、开挖槽段、起重司机 起重吊放作业、配合成槽与定位 泥浆系统安装，泥浆生产循环全部内容 接拆混凝土导管、浇注混凝土的全部工作，清理现场 5 6 钢筋工 电焊工 制作导墙钢筋与制作钢筋笼的全部工作 配合制作钢筋笼承担现场所有电焊工作 10人 8人 约一半兼点焊工 最少人数 3人 3人 6人 8人 备注 大吊司机兼 机电安装除外 7 8 9 机电工 测量检验工 管理人员 现场电器设备安装、维修、吊卸接头管等 放样与施工监测、超声波测壁等 现场指挥、技术、质量、材料、生活等管理
4人 3人 12人 专职 注：一般单机作业队人敷45～60人，其中包括管理人员12～15人，上表人数仅供参考。 七、材料与设备（见表3）
表3 主要配套机械设备
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 注 成槽浇刷壁器 清刷槽幅之间接缝 1只 刷式等 泥浆系统 设备名称 双轴拌浆机 泥浆泵 送浆管路 双层震动筛 旋流除碴器 废浆处理设备 配套履带吊 起重履带吊 用途 拌制、调整护壁浆 送浆、拌浆、回收浆 送浆、拌浆、回收浆 泥浆砂土分离处理 减轻泥浆比重 超指标废浆处理 配套安装挖掘机 刷壁、吊钢筋笼、接头管 最少用量 1台 5只 2 1台 1套 1套 1台 1辆 3备注 4m/台2×3kW 3LM 4PL 4″ 2.5″各一路 2DD-918型改制 4只包括泵体 （也可以采取灌车外运）kH-180 50t 35t～100t 钢丝式、滚刷式、水力冲10 11 12 13 14
其他 接头管（箱） （顶）拔管设备 浇灌混凝土的导管 质量检测设备 其他必备设备 槽幅浇注时隔离 拔出接头（箱） 浇注墙体下混凝土 1套 1套 2套 长度与形式根据工程 千斤顶 油泵车等 Φ180~300,长度根据工程 （1）泥浆取样测试设备（2）墙体壁面检测仪（3）沉渣测定器 （1）钢筋加工设备（2）混凝土供应系统等 八、 质量控制
液压抓斗施工地下墙目前已有统一的标准和质量要求，如：国标GBJ202-83第五章，上海市标准DBJ0811-第九章第五节和第十二章第七节。在施工时除了参照上述标准外，还根据设计部门的特殊要求进行修改和补充。如提高垂直精度、减小墙体沉降和防止墙面接缝渗漏等。除此外，常补充的还有以下几方面：
（一） 泥浆粘度：在遇有较厚粉砂、细砂地层(特别是10cm以上)时，可适当提高粘度指标，但不宜大于45s。
（二）泥浆比重：在地下水位较高，又不宜提高导墙顶标高的情况下，可适当提高泥浆比重，但不宜超过1.25的指标上限。
（三）混凝土浇注：在单幅浇注即将结束前，由于导管内外压差减小，埋管深度不再作，但不允许出现负管。
（四）壁面平整：在10m以上遇有少量粉细砂地层，对成槽稳定很不利的情况下，允许壁面有小面积剥落，但高度不宜大于2m，深度不宜大于50cm。
（五）混凝土浇注高度：为保证墙面质量，通常情况下要求设计混凝土面低于导墙顶≥80cm。实浇高度在30～50cm(包括劣化混凝土浮层)。 九、安全措施
MHL液压抓斗施工地下墙，除参照常规的建筑工程和地下工程施工安全规程外，还需注意以下几点；
（一）成槽开孔时应有专人指挥，在转向时必须注意尾部的电源线是否有钩碰现象，并在每次开挖前仔细检查电缆线是否损伤。
（二）成槽中暂停作业时，应把抓斗提出地面停放，较长时间暂停应将设备转移到远离槽段10cm以外。
（三）抓斗入槽和出槽前提升速度不宜太快，防止抓斗钩住导墙根部造成事故，也以免产生过大
的涡流和负压使壁面塌坍。
（四）整个施工过程必须时刻注意防止泥浆恶化，特别是在导墙内有渗漏水流，或遇到大雨天气时。如泥浆恶化超过允许值或墙体已有塌坍现象，未更换好浆或采取有效措施，抓斗不得入槽。以免抓斗入槽后被埋在槽中。 十、效益分析
（一） MHL液压抓斗，由于有垂直精度显示装置和主动纠偏装置，故成槽总垂直精度非常高，从而大大减小了为保证结构内净尺寸而留放的施工余量，减小了浪费。
（二）液压抓斗附在履带吊上运动，不需铺设轨道，也不需其他辅助成槽机械，在施工结束后仍可恢复大吊功能，从而可节约大量辅助施工费用和时间，并提高大吊的利用率。
（三）液压抓斗采用干出土方式，与多头钻成槽工艺相比可节约大量的泥水处理费用和能源，并能减小对社会环境的污染。
（四）液压抓斗安装和拆卸方便，正常情况进场1～2天就可以开始工作，施工速度也较快，单机一般(8小时)每班可挖135m(合进尺约50m)，单机最高速度可达2.5幅／天，约合380m，速度快，大大降低了工程费用，提高了竞争力，对工期要求紧的工程尤为适合。 十一、 工程实例
上海市轨道交通7号线1C标段场中路站位于上海市宝山区，车站站位靠近沪太路与场中路交界处，车站主体结构沿沪太路布置，车站全长152m，总建筑面积9530.7m,标准段采用600厚地下连续墙，墙深25m，北端头井基坑采用800厚地下连续墙，墙深28m。地连墙接头采用锁口管柔性接头。地下墙混凝土工程量5936.5m，计划工期40天，实际施工期(单机)仅用了30天。
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