▍摘 要
［摘要］上软下硬地层且富水环境中，基坑止水帷幕的施工质量直接影响基坑开挖安全和变形控制。依托青岛市地铁7号线周村站深大基坑工程，从施工机械、施工方法和信息化角度探讨CSM工法，形成整体式止水帷幕施工关键技术。系统研究了CSM刀盘选型与配置，浆液材料配合比，双轮铣头多点喷浆技术及注浆参数，浆液制备、存储方法，跳打搭接循环施工方法，以及CSM钻进全过程数据信息化监测方法。基于现场监测结果，CSM工法水泥土墙深基本超出设计墙深0.5%,基坑开挖过程外围水位最大降深为1.5 m,右邻省道最大沉降值为13.1 mm,基坑开挖安全，表明CSM整体式止水帷幕适应性强、成墙质量好。
▍0 引 言
随着我国城市化进程的发展，城市地下空间开发越发完善，城市地铁建设规模越来越大。山东青岛为沿海城市，普遍为上软下硬地层，浅层多分布粉质黏土层，深层多分布砂岩。地下水赋水丰富，地铁深大基坑开挖前对止水帷幕结构要求高，止水帷幕的渗透性直接影响基坑的开挖安全和质量。
国内学者对复杂地质条件下深大基坑止水帷幕施工技术开展了大量的试验研究与技术探索。张锴锋等运用现场试验和现场监测研究富水粉细砂层基坑TRD水泥土墙施工技术，测试了水泥土墙的抗渗性能。鞠海燕等采用理论分析和数值模拟研究SMW工法桩的设计参数，包括桩体插入比、桩体内插型钢型号、水泥土桩径和钢支撑预加轴力。管锦春对比分析了深基坑TRD工法和SMW工法形成止水帷幕的特点和优点。李成巍等依托上海前滩某深大基坑工程，采用现场试验和监测数据分析方法，研究了CSM工法等厚度水泥土搅拌墙用于止水帷幕的隔水效果。姜树震为了控制高地下水位、卵石层深大基坑的开挖，提出了“CSM+TRD”联合地下连续墙施工技术。胡文东等重点分析了复杂地质条件下深基坑CSM止水帷幕的设计要点及施工工艺。
本文依托青岛地铁7号线周村站深大基坑工程，提出CSM工法整体式止水帷幕施工关键技术，工程应用表明CSM工法适用性强、止水效果好。
▍1 工程概况
1.1周村站工程概况
周村站主体长度为160m,标准段宽度为20.5 m,基坑深26.5~28.1 m,为3层结构，车站顶板埋深约3.4m,总建筑面积约14 567.45m2。
1.2工程地质与水文地质条件
周村站地层自上而下分布素填土，粉质黏土，粗砾砂，粉质黏土，粗砾砂，强风化泥质砂岩，中风化泥质砂岩、砂岩，微风化泥质砂岩、砂岩，为典型的上软下硬复合地层，如图1所示。
›周村站地下水位线深度为4~5m,地下水为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，富水性良好，地层渗透条件好，水量丰富，为富水地层。
1.3邻近建（构）筑物
周村站周边存在较多既有建（构）筑物，车站北侧近距离相邻环城北路，最小距离2m,其次是地铁1号线出入段、环城路小学和东郭庄车辆段；车站东北侧为青新高速；车站南侧为大周村。周村站与邻近建（构）筑物的位置关系如图2所示。
▍2 上软下硬地层CSM施工关键技术
2.1 CSM工法刀盘配置与动态更换技术
CSM工法双轮铣头刀盘配置如图3所示。CSM工法刀盘可更换，出厂刀盘为截齿刀盘。对于周村站粉质黏土，截齿刀盘存在泥饼糊刀盘情况。为了解决上述问题，将刀盘更换为5+1板齿刀盘和9+1板齿刀盘。5+1板齿刀盘钻进至中风化泥质砂岩时，钻进速度和搅拌效果变差，仍存在轻微糊轮现象。因此，钻进至中风化、微风化泥质砂岩时，更换为9+1板齿刀盘，刀盘自带刮泥刀及对称合金条，解决了少量糊轮、钻进速度慢的问题。
2.2成墙试验
为了保证CSM的施工成墙质量，施工前先进行成墙试验，试成墙长度≥6m。为了确定水、水泥和原状土的材料配合比，试验采用3种水泥掺量，水泥占原状土质量比为30%,25%和20%。试成墙钻进作业时，切削液注浆压力控制在1~1.5MPa,固化液注浆压力控制在2MPa以内。试成墙完成28d后，采用钻孔取芯对试成墙抗压强度和渗透系数进行分析，如图4所示，试验结果如表1所示。CSM水泥墙的抗压强度要求＞1.0MPa,渗透系数<1.0×10-7 cm/s,由试验结果发现可知，水泥掺量为30%和25%时均可满足要求，但水泥掺量为25%时存在芯样未成型的情况，因此，采用水泥掺量为30%的材料配合比。
2.3双轮铣头钻进与提升速度控制
根据试成墙试验以及上海、天津、武汉等地区CSM水泥土墙的施工经验,确定了双轮搅拌钻进与提升的速度控制参数。
不同岩体单轴抗压强度下双轮铣头钻进与提升速度如图5所示。铣轮在土层及砂层中（岩体单轴抗压强度≤10MPa)钻进时，钻进速度约0.5 m/min,进入强风化泥质砂岩、砂岩（岩体单轴抗压强度10~20MPa),钻进速度为0.2m/min,进入中风化泥质砂岩、砂岩（岩体单轴抗压强度20~30MPa),钻进速度为0.1 m/min。钻进至设计深度，铣轮复搅提升，自下而上中风化泥质砂岩、砂岩提升速度约0.2m/min,强风化泥质砂岩、砂岩提升速度约0.25m/min,土层及砂层中提升速度约0.3 m/min。
2.4双轮铣头钻进与提升改善原状土技术
双轮铣头下沉切铣与改善原状土体需进行2次搅拌喷浆，钻进过程为喷膨润土浆液，提升过程为喷水泥浆液，钻进与提升施工采用多点喷浆与搅拌技术。双轮铣头钻进过程为入岩削切、送气、喷浆。铣头先正转进入岩土层，每钻进5 m上下复搅1 m。钻进过程喷膨润土浆液搅拌，若钻进困难，送气、喷气至设计墙底标高完成；然后，铣头反转，喷水泥浆，提升搅拌至地面，钻进与提升施工技术参数如表2所示。
双轮铣头搅拌喷浆方式为多点喷浆和上下层置换搅拌，如图6所示。双轮铣头铣削、搅拌现场作业如图7所示。
2.5浆液制备、存储及其使用控制技术
CSM双轮铣头施工时需提供材料性能良好的膨润土浆液和水泥浆液，为此需在施工场地布设浆液搅拌系统和注浆系统，如图8所示。浆液搅拌系统包括搅拌机、膨润土筒仓、水泥筒仓和水仓，注浆系统包括注浆泵、空压机和存浆桶。
通过室内试验确定浆液的相对密度、黏度、稳定性、初凝和终凝时间。为防止浆液离析，放浆前须搅拌30s再倒入存浆桶。存浆桶中的浆液应不断搅动，配制好的浆液停滞时间不超过2h,超出应予废弃；浆液温度应控制在5~40℃,超出应予废弃。使用时，通过2台注浆泵和2条管路混合注入，注浆压力控制为1.5~2.0MPa,空气泵送压力为0.7~1.0MPa,注浆流量控制为150~200L/min。
2.6跳打搭接循环施工技术
CSM工法机沿行进方向采用跳打搭接循环施工方法。一次成槽形成水泥土墙长2 800mm,宽1 000mm。跳打搭接循环施工方法为先铣削搅拌形成一期水泥土墙，在2个已搅拌完成的一期水泥土墙中设置二期水泥土墙，二期水泥土墙铣削搅拌过程中会对两侧已完成的一期水泥土墙进行300mm的铣削，破碎的墙体与二期水泥土墙一同搅拌混合，实现两者之间的搭接，起到连续接头的作用。双轮搅施工成墙为等厚墙，且墙体套铣，确保接头防渗性，形成整体式止水帷幕。
2.7钻进数据信息化监测
CSM工法机具有完备的操控系统和可视化系统，具体包括操作盘、压力表、数据可视化平台和摄像监测设备，CSM施工过程所用技术参数为程序可视化控制。
CSM工法机钻进施工时，通过铣槽设置一次成槽水泥土墙的技术参数，如图9a所示。通过操作盘控制钻进、提升，操作盘与压力表控制切削动力和钻进速度，通过数据可视化平台实时获取钻进速度、钻进深度、垂直度和动力参数等，可视化呈现钻进信息，通过摄像监测设备可观测施工环境、观察后台制浆系统和输浆管道等，如图9b所示。操作手依据单幅水泥土墙设计参数，结合仪表盘显示的钻进深度和压力表的变化以及铣削持续的时间，精细确定水泥土墙成墙深度，保证墙底入中／微风化岩层深度≥1.2m。
▍3 止水帷幕施工与基坑监测结果
3.1水泥土墙成墙深度
周村站整体式止水帷幕施工完成后，随机选取25幅墙体的深度，对比分析设计墙深和实际墙深，如图10所示。结果表明：实际墙深均大于设计墙深，墙底入中／微风化岩层≥1.2m,平均深度超出设计值0.5%的要求。
3.2水泥土墙施工效率分析
CSM整体式止水帷幕施工时双头铣轮扭矩大，铣轮入岩性强，施工高效，施工效率为25~40m3/h;铣轮叶片耐磨，可拆卸更换，连续掘进，耐磨性好。双头铣轮钻进、切削过程对地层及周边建筑的扰动较小，满足要求；水泥土墙成墙全过程钻进、切削数据齐全，可为类似工程地质条件的整体式止水帷幕施工提供技术借鉴。
3.3基坑开挖外围水位监测
周村站每300m2设置1口疏水井，共设置12口疏水井。设置水位观测管监测地下水位，采用水位计进行量测。预警值为水位变化速率500mm/d。
CSM整体式止水帷幕施工完成后，基坑开挖过程中实时监测基坑外围地下水位变化，如图11所示，选取基坑四周中线各1个测点，距离基坑外围距离2.0m。由图11可知，基坑施工期间，外围地下水位存在微小波动，最大水位变化速率为100mm/d,水位面最大降深为1.5 m,基坑开挖过程安全。
3.4基坑开挖右邻省道沉降监测
周村站地表沉降预警值为累计沉降±30mm,沉降变化速率3 mm/d。基坑开挖地表沉降监测频率：开挖深度≤5m,1次/3d;5m＜开挖深度≤10m,1次/2d;10m＜开挖深度≤15m,1次/d;开挖深度＞15m,2次/d。
CSM整体式止水帷幕施工完成后，基坑开挖过程同步实时监测基坑右邻环城北路的沉降变形。沿道路走向每隔20m布设1个测点，共计8个测点。基坑开挖过程中右邻省道沉降变化曲线如图12所示。省道209地表最大沉降值为13.1 mm,满足规范和保护周边环境的要求。
▍4 结 语
1)本文依托青岛市地铁7号线周村站深大基坑工程，针对上软下硬的复杂地层条件和富水环境，提出了CSM工法等厚度整体式水泥土搅拌墙止水帷幕，通过控制施工质量，保障项目基坑安全开挖。
2)重点分析了CSM整体式止水帷幕施工关键技术，合理确定CSM工法机刀盘刀具，采用试成墙试验确定材料配合比、钻进与提升速度参数，对轮铣钻进与提升作业的2次搅拌喷浆及多点喷浆技术，配套的浆液制备、存储与使用控制技术，整体式水泥土墙的跳打搭接施工技术，以及施工全过程的可视化控制方法进行介绍。
3)基于现场监测结果，实际水泥土墙深均大于设计墙深，平均深度超出0.5%,CSM整体式止水帷幕施工质量好；基坑开挖过程外围水位最大降深为1.5 m,右邻省道最大沉降值为13.1 mm,基坑开挖安全。
来源：《施工技术》
作者：马乐
整理：项敏
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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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