▍摘 要
摘要：天津地铁11号线吴家窑站周边环境复杂，作为换乘站邻近既有3号线吴家窑站，围护结构与3号线既有隧道净距仅为19.8 m，因此既有隧道为重点保护对象。为避免对既有线产生变形影响，在邻近既有线位置采用双轮铣深层搅拌墙进行加固，成功施工53 m深双轮铣搅拌墙，代替传统的三轴搅拌加固，效率高、环境污染小、成本低、安全系数高。总结的施工经验可为以后富水地区基坑工程中的CSM施工提供参考。
关键词：双轮铣搅拌墙：既有隧道；槽壁加固；CSM
▍前 言
随着城市空间的不断开发，地铁基坑工程施工面临着越来越复杂的周边环境。在富水软土土层中，邻近既有线及车站的新建地铁车站及区间的施工面临变形控制超标影响既有线运营的挑战。为避免围护结构施工及基坑开挖过程中对邻近既有建筑物或者地下结构产生影响，通常在新建基坑及保护对象之间采用土体加固措施来改善土性，保护周边环境。常用加固措施有传统三轴搅拌桩，但传统工艺面临着抗渗效果差、成墙不均匀等缺点。CSM工法（双轮铣深层搅拌工法）是通过双轮铣对施工现场原状地层和水泥浆进行搅拌，从而形成防渗墙、挡土墙或对地层进行改良，是一种高效施工的新技术，多用于深基坑止水帷幕及槽壁加固等。
本文结合软土高地下水位地区超深地铁基坑工程实践，利用现场实测数据分析了CSM加固施工技术的加固效果以及对周边环境的影响，分析了CSM施工技术的成本效益及社会效益，从而为其他类似工程合理运用超深加固工艺提供指导及参考。
▍1 工程概况
1.1 工程场地位置概况
本工程位于天津市吴家窑大街与气象台路交口的东侧，车站西侧为八里台立交桥、既有3号线吴家窑站—西康路站区间，东侧为吴家窑二号路人行天桥，车站北侧为津河河道，南侧为4层及5层居民住宅楼，车站主体位于吴家窑大街路下。吴家窑站为地下3层岛式车站，主体规模178.4 m×23.5 m（结构外皮）。车站站台中心处顶板覆土约3.1 m。主体基坑标准段开挖深度约26.5 m，大盾构井段基坑开挖深度约27.9 m，小盾构井段基坑开挖深度约28.3 m。车站主体结构采用盖挖法施工，车站两端区间隧道采用盾构法施工。3号线吴家窑站—西康路站区间距车站最近距离为19.83 m，风险等级为Ⅰ级，为重点保护对象，因此需要对吴西区间隧道进行重点监测及加固保护。吴家窑车站周边环境如图1所示。
1.2 加固方案选择
本项目西侧为既有3号线隧道，是重点保护对象，为防止围护结构施工及后续基坑开挖过程对既有隧道产生影响，需在既有隧道及围护结构之间进行土体加固措施。可供选择的方案为三轴搅拌桩及CSM水泥土搅拌墙。三轴搅拌桩是利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度的一种施工工艺，成本低、效率高，但由于受制于桩架高度，一般三轴搅拌桩仅能对地下40 m以内的土体进行加固，且遇到砂层施工效率低，桩间搭接长度不能保证，连续性和均匀性较差。而CSM与其他深层搅拌工艺比较，CSM对地层的适应性更高，可切削坚硬地层，成墙均匀性好，在复杂环境下也能施工，转角施工效率高。在综合考虑后决定采用CSM水泥土搅拌墙工艺进行土体加固，搅拌墙墙厚1 m，深53 m。CSM水泥土搅拌墙位置如图2所示。
▍2 加固流程及施工工艺
2.1 施工流程
双轮铣搅拌墙施工工艺流程如图3所示。该工艺设备成桩深度大，设备成桩尺寸、深度、注浆量、垂直度等参数控制精度高，可保证施工质量，工艺没有“冷缝”概念，可实现无缝连接，形成无缝墙体；成墙止水效果好，可保证整体性和连续性。施工过程中对周边扰动小，可保证既有线施工安全。
首先预挖导沟（导沟宽1.0～1.5 m，深0.8～1.0 m），如图4所示，同时在地面上砌筑50 cm高的挡土墙，防止泥浆外溢造成环境污染。之后钻机就位，采用导杆式双轮铣深层搅拌设备，削掘搅拌深度达53 m，钻机安置在设计的孔位上，使钻杆头对准孔位中心，桩位放样误差小于5 cm，同时为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，必须作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置。下喷管前先检查和调试水嘴、气嘴和喷浆嘴是否完好畅通，下喷管必须垂直对准孔心，保证喷管提升和旋转。将喷射注浆管插入地层预定的深度，方可开泵送浆。钻孔至指定深度后，从下往上提钻时注浆，边提钻边注浆。施工完毕，应将注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排出。
施工现场置换出大量泥浆，除少量重复使用外，大部分需流至泥浆池再泵入密封罐车外运至弃浆场。如果泥浆处理不及时将严重影响施工进度。本工程设置数个泥浆池供各机组使用。如果施工场地面积有限，可采用逐层排浆筑坝的方法，层层堆高，从而减少占用施工场地。
2.2 重点施工工艺
为保证施工，提升钻机功率，将稳定器安装在CSM钻机中，将钻机功率从292 kW提升至442 kW，将搅拌深度从40 m提升至53 m，成功在天津软土地区施工53 m搅拌墙。同时为保证连续墙接头密封性及止水性，将榫接头应用在水泥土墙中，如图5所示。榫接头将第1幅墙体与第2幅墙体拼接起来，拼接结构内设置有用于提高连续墙体密封性能的密封层，连接结构上靠近密封层的位置处固定安装有密封结构，安装卡接结构用于加强拼接紧凑性。榫接头将传统木工榫卯结构应用到水泥土搅拌墙中，使得由单元拼接而成的墙体连接成为一个整体，实现连续无缝止水，配合卡接结构使用，提高单元墙体拼接后的紧凑性，加强了密封效果，进一步提升了止水效果。
为保证重点转角部位的止水性，在转角部位设置塑料止水板带。塑料止水板带利用弹性体材料具有的弹性变形特性，起到防漏、防渗作用，并且具有耐腐蚀、耐久性好的特点。塑料止水板带接头可利用粘接、热焊接等方法，保证接头牢固。在水泥土墙施工时预埋到埋设区域，接头部分粘接紧固，使其与水泥土墙结合良好，以获得最佳的止水效果。
▍3 搅拌墙施工效果及加固效果研究
为研究CSM墙的施工对既有隧道的影响及加固效果，对既有隧道进行监测，选取了24个点位，分别监测竖向位移和水平位移，如图6所示。通过这24个点位的实测数据，分析CSM搅拌墙施工对隧道位移的影响及后期地下连续墙施工期间和基坑开挖期间CSM墙的加固效果。
本基坑为一级基坑，根据设计单位要求，以及GB 50911—2013《城市轨道交通工程监测技术规范》等有关规范规程，相应报警值要求如表1所示。
根据监测情况对CSM墙施工前后的监测数据进行分析，在CSM墙的施工过程中，道床竖向位移监测累计最大点号S22竖向位移值为0.75 mm，车站隧道结构水平位移累计最大点号S22水平位移值为0.58 mm（向基坑方向）、车站隧道结构竖向位移累计最大点号X6竖向位移值为-0.72 mm。道床及隧道结构位移在CSM墙施工过程中均在1 mm内。整体监测数据正常，变化速率较小，现场巡视方面未发现新增病害。
对隧道附近地下连续墙施工过程中的数据进行分析，在地下连续墙施工结束后，道床竖向位移监测累计最大点号S5竖向位移值为1.28 mm，车站隧道结构水平位移累计最大点号X22水平位移值为－0.47 mm（向基坑方向）、车站隧道结构竖向位移累计最大点号S18竖向位移值为1.30 mm。整体监测数据正常，变化速率较小，现场巡视方面未发现新增病害。
对吴家窑站基坑土方开挖全过程前后监测数据进行分析，在基坑开挖期间，道床竖向位移监测累计最大点号S18竖向位移值为－1.62 mm，车站隧道结构水平位移累计最大点号S18水平位移值为1.60 mm（向基坑方向）、车站隧道结构竖向位移累计最大点号X16竖向位移值为－0.97 mm。整体监测数据正常，变化速率较小，巡视方面未发现新增病害。
综上所述，CSM搅拌墙施工期间对隧道影响较小，隧道整体位移均在1 mm以内，搅拌墙的施工过程对既有隧道几乎不产生影响。在搅拌墙施工结束后，对地下连续墙施工及和后续基坑开挖施工期间隧道位移进行监测，整体位移也均在2 mm以内，位移较小，说明CSM搅拌墙对土体加固效果明显，在施工完成后对既有线起到了明显的保护作用，基坑施工对隧道影响较小，达到了预期目标。
▍4 效益分析
4.1 社会效益
双轮铣深层搅拌墙施工工艺加固完成后使车站在超深地下连续墙施工过程中，以及后期基坑开挖过程中周边地表、测斜、既有线等变形稳定，同时施工过程中未对既有线产生影响。为今后类似邻近既有线工程建设积累了成功的实施经验。
4.2 成本效益
既有线原加固方案为搅拌桩加固，加固面积达到707 m2，将方案优化为双轮铣深层搅拌墙加固，加固深度为54 m，墙厚0.8 m。经过效益计算，双轮铣深层搅拌墙工程量造价相比搅拌桩造价节省85.9万元，水泥材料价格节省141.8万元，共节省227.7万元，相比原方案造价节省40.73%，明显降低了预期成本。
▍5 结 语
本项目在天津市软土富水地层中采用双轮铣深层搅拌墙，成功地解决了加固施工、后期地下连续墙施工及车站开挖过程中对既有线产生变形影响的问题，同时加快了施工效率，降低了施工成本。通过对搅拌墙施工期间及后续基坑施工期间既有线监测数据的分析，结果表明搅拌墙加固施工未对既有线产生影响，保证了后续施工过程中隧道变形的稳定。
本项目采用75kW双稳压装置保证动力稳定性，采用水泥土墙榫接头形式以及重点转角部位植入塑料止水板带，确保止水效果。本项目适用于软土地层地基加固处理、围护结构成墙以及坚硬地层成槽。双轮铣深层搅拌墙加固施工在邻近既有线加固施工中有很好的推广价值。
来源：《地基基础》
作者：魏斌
/ 扩展阅读 /
⽔泥⼟铣削搅拌墙 CSM工法
CSM工法 Cutter Soil Mixing （铣削深层搅拌技术）是一种创新性深层搅拌施工方法。此工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术，是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌，可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较，CSM工法对地层的适应性更高，可以切削坚硬地层（卵砾石地层、岩层）。
双轮铣深搅设备(CSM)特点
施工效率高：
双轮铣拥有两个大扭矩齿轮箱，铣轮上切割齿布局设计合理、切削能力强、施工效率高；
地层适应范围更广：
能够在坚硬的地层进行深层搅拌施工，克服了传统的多轴搅拌系统不能在坚硬地层施工的缺点；源于双轮铣技术，该工法具有一定的入岩能力，能够截断地下水通过墙底风化岩进行渗透的途径；
墙体垂直度更好：
双轮铣设备中具有高精度垂直度传感器，施工中可以通过电脑动态监测成槽的垂直度，利用双轮铣设备所配置的纠偏系统及时调整，确保墙体精度；
墙体质量更好：
通过电脑控制水泥浆液注入量、水泥浆和土体混合均匀，从而墙体均匀度及质量好、材料利用率高，较其他搅拌工艺，可以节约材料；
施工过程更加环保：
直接将原状地层做为建筑材料，弃土和弃浆量总量小，节能环保，符合基础施工技术发展的趋势；
施工阶段扰动低：
施工阶段几乎没有震动，采用原位搅拌，对周边建筑物基础扰动小，可以贴近建筑物施工；
墙体的深度更大：
导杆式双轮铣深搅设备，施工深度可达53m，
悬吊式双轮铣深搅设备，施工深度可达80m。
导杆式 CSM工法主机
悬吊式 CSM工法主机
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