TRD工法在超深基坑中的运用

毛展飞

上海隧道工程有限公司 200000

摘要：为了保证硬X射线自由电子激光装置项目5号工作井超深基坑的顺利开挖，应当在地下连续墙5m的范围内，于基坑外侧设置水泥搅拌墙，即TRD止水帷幕，其深度为69米，厚度均匀一致。采用了上海隧道工程有限公司和上海工程机械厂有限公司共同研发的TRD-80E工法机。验收试验过程中TRD-80E设备最大施工深度可达86m。施工过程中克服各种困难，最终顺利完成了施工任务，达到了设计要求的止水效果。目前5号工作井基坑已顺利开挖。可为今后超深基坑工程止水帷幕提供参考和借鉴。

关键词：TRD工法；超深基坑；止水帷幕；

1. 工程概况：

迄今为止，基础设施工程的相关科研领域内已有多个项目进入施工阶段，其中包括硬X自由电子射线项目，在“十三五”计划中，本项目因能够极大地推进我国物理、化学、生命科学、材料科学和能源科学领域内的科研发展，获得了计划项目内的优先启动权。若本项目能够顺利竣工，则将会为我国相关领域内的基础科研带来极大的进步，在光源组合领域内取得能够与西方发达国家比肩的成就。

硬X射线自由电子激光装置项目2标5号工作井位于浦东新区张江高科技园区集慧路西侧、三八河东侧的绿化苗圃内。工作井东侧有高压铁塔（500kV），焊接桩承台基础距离工作井58.3m；西侧有三八河，河道蓝线距离工作井最近约7.5m，磁悬浮线路，桩基础承台距离工作井最近90.7m。

5号工作井为地下三层箱型结构。工作井规模55m×76m（内径）工作井基坑普遍区域挖深42.1m，南侧靶球区域挖深45.45m，采用主体围护结构形式为1200厚地下连续墙，墙深为89.8m，采用铣槽机施工，支撑型式为：九道钢筋混凝土支撑（局部靶球区落深坑区域增加第十道混凝土支撑）；基坑外侧采用等厚度水泥搅拌墙TRD止水帷幕，采取双墙间的建设方式，减小承压的水压差，从而对基坑产生稳定作用。

5号工作井止水帷幕，长度331.818m，设计厚度900mm，设计加固范围+0.35m~-68.65m，设计深度69m，水泥掺量≥30%，垂直度≤1/300，28天无侧限抗压强度≥0.8MPa，渗透系数＜10-7cm/s如图1。

图1 5号工作井围护平面布置图

2. 工程地质及水文条件：

2.1 工程地质

1）工程地质详见图2。

2）工作井基坑坑底位于⑦1层草黄色砂质粉土中；围护墙墙底位于⑧21层灰色粉质黏土与粉砂互层中。

图2 工作井基坑剖面图

2.2水文条件

1）潜水是沿线场地浅表土层中主要的地下水类型。在勘探过程中，以1.58-4.63m的绝对高度计算，能够保持稳定的水位深度为0.50-3.80m，其平均值为2.02m。多种因素如大气降水、地表径流等因素都能够对地下水位产生一定的影响。地下水位埋深的年平均值大约在0.50-0.70m之间。就上海当地的勘探经验来看，0.5m是地下水高水位埋深的最佳值，而低水位埋深则为1.5m。

2）微承压水层（⑤2、⑤3a层）、第Ⅰ承压含水层（⑦2层）、第Ⅱ承压含水层（⑨层）和第Ⅲ承压含水层（⑪层）都是沿线场地区域内水层的组成部分。沿线勘察揭示⑤3a承压含水层顶板标高为-38.69～-39.98m，其中，第Ⅰ承压含水层⑦2层顶板标高为-50.19～-54.90m，第Ⅱ承压含水层第⑨层顶板标高为-65.68～-69.12m。对承压水位的勘探结果表明，沿线场地⑦层承压含水层水位平均埋深为6.60m（标高-2.10m）；沿线场地⑨和⑪层承压含水层水位埋深为6.60～6.65m（标高-2.10～-2.15m）。

3. 等厚度水泥搅拌墙TRD工法的施工工艺流程

第一步：推平场地、组装设备和布置后台

第二步：测量放样

第三步：施工前，设置单边导墙，宽度2m深度2m。步履式TRD桩机移位前确保场地平整，同时铺设好跑板，确保跑板能够满足桩机承载力时再进行移动，同时移动速度必须缓慢，派专人负责监督移位过程，一旦发现桩机有倾斜，立即停止移动，并将桩机移动到安全地带，待对地基进行硬化处理后再进行移位。

第四步：借助TRD的工程方法，沿着止水帷幕中心线的平行方向，用挖掘机挖出预埋穴，其长度为2m、宽度为1m，深度控制在3-5m。预埋穴挖掘完成后，应当用吊车将预埋箱填充其中。

第五步：桩机就位

第六步：切割箱安装、且安装测斜仪。

第七步：TRD工法成墙，分为三步

（1）先行挖掘：将膨润土浆液借助压浆泵等高压机械装置泵入土层，同时推进切割箱，将已经松动的原土层进行挖掘和切割。

（2）回撤挖掘：上述步骤结束后，成槽已经具备一定的长度和深度，应将切割箱撤回起始处。

（3）成墙交班：第（2）步结束后，更换膨润土浆液为水泥浆液等固化液，再次借助压浆泵等高压机械装置将其泵入，同时推进切割箱，使水泥浆液和膨润土浆液能够充分混合，从而形成密度较高、强度较大、厚度均匀一致的水泥搅拌墙（图 3）。

先行挖掘 回撤挖掘 成墙搅拌

图3 TRD工法成墙工艺示意图

第八步：因TRD置换出的泥浆含水量较大，且置换泥浆中含膨润土浆液，减慢了泥浆凝固时间，需经晾晒后外运。

第九步：上述步骤结束后，应当将配比相同的固化液注入预先选定的切割箱起拔区域，使注浆过程与起拔过程同时进行，以保证充填的效果和水泥搅拌墙的稳定性。

4. 施工过程中的问题及处理措施

4.1 施工过程中的问题

（1）TRD置换泥浆量较大，根据现场实测数据约1：1.9，且置换泥浆中含切割时使用的膨润土，减慢了泥浆凝固时间，需经晾晒后才能外运，无法保证连续施工。

（2）由于前期采用气包枪上螺栓，经常导致螺栓滑丝，降低螺栓寿命，螺栓损耗率高，而且还导致了一次“掉链子”事件。

4.2 处理措施

（1）我们在施工场地内制作了集土坑，并配备短驳泥浆车，彻底解决了泥浆存放及外运的问题，保证了流水作业。

（2）根据厂家技术人员指导，我们采用预设500N.m的力矩扳手替代气包枪，并增加了螺栓检查频率，螺栓滑丝率降低，提高设备安全性。

5. 质量安全保证措施

5.1 质量保证措施

（1）原材料复试计划

原材料试验以500吨为单位进行，水泥进场时应当将质保单一并带入，复试计划按规定进行。

表1 工程测量技术复核计划表

表2 试块制作计划表

（2）关键过程及控制

1）首先应当及时检查相关设备和工艺流程，确保施工环节没有纰漏，以免因操作失当造成后期维修工作难度加大或产生安全隐患等系列问题。

2）对于桩机的垂直高度和位置变动情况，应当安排专业人士前往施工现场进行把关。检查内容主要包括切割箱的挖掘速度和深度、浆液的配比和搅拌情况等等。

3）在项目施工之前，应当首先对桩机的稳定性能进行检查，同时应由专业人士现场指挥切割箱的打入和拔出过程，必要时可以借助精密仪器进行测量，以判断桩架的水平和垂直程度是否符合相关标准。

4）施工监理应当对施工过程进行全方位的监督，并适时提出改进意见。监理部门和协作单位应当密切合作，对整个施工流程进行管理，保证施工安全、平稳、有序进行。

5.2 安全保证措施

（1）应当在施工人员群体中进行安全教育，使其树立文明施工的理念，不断提升安全意识；

（2）施工现场的卫生工作应当专人负责，避免出现任意排污等现象。排浆沟的挖掘和填埋工作应当在专业人士的指导下进行，以避免泥水外流等情况。同时，施工现场的地面应当保持干燥，当出现积水时，应当及时经由排水沟等进行引流，以保证施工设备能够在降雨天气中稳定工作。同时，还应当及时清除施工通道中的障碍物，保持道路通畅；

（3）用电的安全问题应当得到足够的重视。施工现场应当使用规格统一的安全靛想，同时应当对施工人员进行用电安全教育，杜绝随意牵引电线的现象，避免出现安全意外；

（4）施工作业应当以安全生产条例为基础，不得进行超出机械设备承受能力的违规操作。施工单位应当组织施工前培训，使参与机械操作的施工人员提前熟悉机械设备的使用方法；

（5）为强化对施工材料的保护工作，应当安排员工现场值班，避免水泥浪费和损坏；

（6）施工现场的所有人员应当正确佩戴安全帽，同时应当在工地周围设置醒目标识和安全护栏。此外，还应当在工地内的合适位置安置消防器材，未雨绸缪，防止出现火灾事故；

（7）应当保护管线设备，尤其是地下走行的管线和架空管线。在项目投入施工之前，应当提前开挖布置管线的样沟。若在施工过程中发现不明管线，应当及时报告上级单位，不能随意处置；

（8）应当监测施工现场周边建筑物的在用管线，若施工导致在用管线走行区域内出现地面沉降等现象，应当及时停止施工，并将有关情况报告上级单位。

6. 结束语

目前硬X射线自由电子激光装置5号工作井TRD工法止水帷幕已经顺利完成且已顺利开挖，工程进入结构回筑阶段。通过地下连续墙及TRD工法止水帷幕“双墙合一”的方式， TRD取芯质量经检测28天无侧限抗压强度≥0.8MPa，满足设计要求。

参考文献：

[1]上海科技大学.硬X射线自由电子激光装置[OL]. http://shine.shanghaitech.edu.cn

[2]渠式切割水泥土连续墙技术规程JGJ/T303-2013