全回轉CD機清障技術及應用研究

趙子紅

摘要：隨著城市化進程加快，在既有城區建設工程樁、地下通道等基礎隱蔽工程時，會碰到原有廢棄的混凝土樁、塊石基礎、管道等地下障礙物影響正常施工，因此施工前必須探明并及時清除這些障礙物。本文結合臨沂城區濱河路地下通道工程清障施工工程實例，分析研究了全回轉CD機處理地下障礙物的技術要點，提出了施工控制的關鍵技術問題，可供設計、施工、監理、質量控制等技術人員參考借鑒。

關鍵詞：全回轉CD機? 地下工程? 清障技術? 應用研究

Research on Obstacle Clearing Technology and Application of Full Rotary CD Machine

ZHAO Zihong

（Linyi City Management Bureau Municipal Management Service Center， Linyi， Shandong Province， 276000 China）

Abstract： With the acceleration of the urbanization process， in the construction of piles， underground passage and other concealed foundation works in the existing urban areas， the original abandoned concrete piles， stone foundations， pipes and other underground obstacles will affect the normal construction. Therefore， these obstacles must be detected and removed in time before construction. Combined with the example of obstacle removal construction of Binhe Road Underpass project in Linyi City， this paper analyzes and studies the technical key points of treating underground obstacles with full rotary CD machine， and puts forward the key technical problems of construction control， which can be used as a reference for technicians in design， construction， supervision and quality control.

Key Words： Full-back CD machine; Underground engineering; Removal technology;? Application study

1工程概況

臨沂市位于山東省東南部，沂河、祊河穿城而過，建成于2005年前后的“兩河四岸”的濱河路工程城區段長度約100km。近年來，為方便通行，沿濱河路改擴建了多處下穿通道。通道改建工程地處河邊狹長地帶，地下水與河水相通，致使該區域地下水位較高，水壓力較大。同時改建通道距離周邊建筑物及市政管線較近，根據歷史尋訪記錄和地質勘探資料，多處地段存在地下障礙物影響新建工程施工，受施工現場影響，常規大開挖等施工方法無法滿足施工場地要求。經多方案技術、經濟可行性分析論證，最終確定采用全回轉CD機地下清障技術清除地下障礙物。

2工法原理

地下清障工法的類型很多，名稱也很多，如RT工法、超級工法、全回轉CD工法、MACD工法等。針對地下埋深較深，普通開挖無法實施的廢棄障礙物，主要采用全套管全回轉旋切鉆機（即全回轉CD機），其主要施工原理是利用旋切鉆機回轉的強大動力產生的壓力和扭矩驅動鋼套管回轉360°，同時將鋼套管壓入地下造孔。驅使鋼套管管口的合金鉆頭對土壤、巖石、混凝土塊及金屬物體等障礙物切削破碎，之后用液壓沖抓斗將鋼套管內破碎障礙物清出，利用鋼套管護壁作用，保護周圍臨近基礎不受擾動，確保清障工作在鋼套管內順利完成^[1]。全回轉旋切鉆機功率極大，可切碎鋼筋、混凝土、塊石等堅硬物體。全回轉工法使用的鋼套管，則根據工程清障范圍的需要，直徑最小0.8m，最大可至3.0m。

3工程施工

3.1改建通道和清障

改建通道工程位于沂河岸邊，地下水位較高，隨著深度的增加存在一定的水壓力。根據歷史尋訪記錄和地質勘探資料，沿途基坑內多處存在廢棄的防汛拋石、混凝土塊、引水管道等形成地下障礙物，主要是河道原防汛墻的塊石基礎、混凝土管道和建筑物樁基等，埋深在7～11m，且有部分障礙物正好位于通道主體結構下。同時改建通道距離周邊建筑物及市政管線較近，最遠處不超過3m，有的地方幾乎緊鄰建筑物，常規清障方法無法應用于本工程。經多方案技術、經濟可行性分析論證，最終確定采用全回轉CD機地下清障設備清除地下障礙物。

（1）詳勘確定障礙物。對于施工現場地下管線比較復雜的地段，清障前需要在清障區域開挖管線樣槽，查明障礙物現狀情況，如有管線，要明確是否報廢才能進行施工^[2]。在考慮未知清障工作量較大的情況下，采用150型地質鉆機對地下障礙物進行詳細勘探，根據詳勘資料確定障礙物清除范圍?？碧娇孜怀拭坊ㄐ尾贾?，延長米方向間距1.0m，探障深度為6～16m。

（2）布置清障孔位。遵循先探后清的要求，對暫時沒有發現障礙物的區域再進行加密補探。清障孔位根據邊墻厚度布置，地下墻厚小于0.8m的采用1.8m或2.0m單排清障套管（搭接800mm）施工，地下墻厚大于0.8m的采用1.5m雙排清障套管（搭接400mm）施工。

（3）設備就位。由于CD機整套設備重量較大，且工作時受力較大，因此施工前要采取工程措施，提高地基承載力，使場地具有足夠的承載力來滿足施工設備安全穩固的要求^[3]。由測量人員精確放樣清障孔位，用100t履帶起重機固定安裝定位鋼板，將35t回轉鉆機固定在底板上，在回轉鉆機上套上反力架，然后將100t履帶起重機壓在反力架上，起到穩定回轉鉆機的作用。鉆機就位后要隨時觀察和調整水平度，確保施工時套管垂直度不低于1/300。

3.2套管壓入和鉆進

（1）放入端部套管。用100t履帶起重機將10m長套管對準回轉鉆機中心放入，首節套管對整孔的垂直精度影響較大，必須精準壓入。第一節套管頂部安裝合金鉆頭，可以隨著套管壓入旋轉切削破碎障礙物。首先讓主夾盤抓住鋼套管，再將鋼套管前端插入輔助夾盤，推力油缸收縮放下鋼套管，要防止鉆頭碰撞輔助夾盤，確保夾緊套管在起重機將鋼套管吊起懸空狀態下盡快完成。

（2）套管自重壓入。發動機調整盤調至“6”時為高速狀態（速度調整盤為“10”時為低速狀態），回轉速度為中等，向左調整液壓動力鉆的“壓力調整盤”，調整液壓回路在打開狀態，保持“壓拔按鈕”處于“壓入”狀態，此時推力油缸不供油，完全由鋼套管自身重力驅使推力油缸下降到的最大行程。為了不擾動套管周邊地基，防止造成鉆機下方地基松動坍塌，初期插入時要更多地利用套管自身重力下壓，盡量不要讓套管上下運動。只有當自重壓入且速度逐漸變慢時，才可增加機械壓入力^[4]。

自重壓入力的計算公式為：

壓入力（自重）F=鉆機（部分）自重（W₁）+鋼套管自重（W₂）

（3）套管靜壓回轉。采用楔形夾緊機構將鋼套管固定在回轉鉆機的回轉支承環上，鋼套管和楔形夾緊機構的咬合與松開用夾緊油缸控制。夾緊油缸向上松開時楔形夾緊機構隨同夾緊油缸一同向上提升;向下收縮夾緊油缸時，楔形夾緊機構也隨著油缸同步下降，從而將鋼套管和回轉鉆機回轉支承牢固咬合。用液壓馬達驅動鋼套管回轉，將主動小齒輪動力由從動輪傳遞到回轉支承外圈的環形齒輪上，帶動回轉支承在套管周圍回轉，回轉支承旋轉產生的扭矩通過楔形夾緊機構再傳遞到鋼套管上，帶動鋼套管回轉。因為位于鉆機固定部分的夾緊油缸不與套管一起回轉，從而使液壓管始終處于接續狀態，回轉時無須將夾緊油缸和液壓管分離，這可以大大提高鉆進效率。

當自重壓入速度逐漸變慢后，向右調整液壓動力站“壓入力調整盤”，推力油缸由液壓油缸供油，使液壓漸漸升高，并保持“壓拔按鈕”處于“壓入”狀態，此時轉為液壓壓入模式，壓入力的計算公式為：

壓入力F=鉆機（部分）自重（W₁）+鋼套管自重（W₂）+液壓力（p）;

且壓入力F>周圍地基摩阻力（R）+鋼套管前端阻力（D）。

施工過程中必須對鉆頭負荷進行控制，當單個鉆頭負荷超過4t時，施工時鉆頭會產生強烈的沖擊及振動，證明鉆頭處于過載狀態，這時需要利用“B-CON機構”讓拉拔油缸供油來，稍稍提起鋼套管，減輕鉆頭負荷。主要是根據測量計算的鋼套管自身重力W_c、鉆機部分重量W_m（約25t）及周圍土體的表面摩阻力F是否匹配來確定鉆頭負荷。調整拉拔油缸壓力的大小來控制鉆頭負荷，讓鉆頭在設定負荷范圍內進行回轉切削破碎作業。為減少鋼套管與鉆孔周圍土體鉆進的摩擦阻力，必須使鋼套管在不小于360°旋轉的同時壓入基礎，使鋼套管頂部的合金鉆頭切削破碎障礙物，進行正常施工作業。

（4）套管內挖掘。選用對應鋼套管直徑的沖抓斗來排除回轉鉆機鉆進切削施工產生的渣土及破碎的障礙物，沖抓斗直徑有2000mm、1800mm、1500mm、1200mm、1000mm、800mm等多種規格，最大重量可達到6.1t，容積0.4m³，高度4.0m，可適用于不同地質條件下的障礙物挖掘需求。

一般單節套管長度10m，當障礙物深度大于10m時，需要接長套管，在回轉鉆機上對接，先用履帶起重機將套管回直，再用用高強螺栓逐節連接套管。

（5）障礙物清除。利用回轉鉆機清理塊石時，將帶有合金鉆頭的鋼套筒用回轉鉆機壓入到塊石表面，利用鋼套筒的自身重力將鋼套管回轉下壓，穿越塊石層，對于進入鋼套管內的破碎塊石可以用沖抓斗抓出清除。其他破碎的障礙物可以用多頭抓斗清除。多頭抓斗的構成有配重、連桿、導向板等固定設備及大型螺旋鉆頭等，用100t起重機將多頭抓斗吊入鋼套管內，慢慢放到清理挖掘工作面的底部，施工時一邊回轉鋼套管一邊壓入，在RT動力驅動下多頭抓斗和鋼套管同步回轉，各種障礙物就會被前端帶有合金鉆頭的螺旋鉆切削破碎，然后抓出外運^[5]。

依次按照上述工序壓入鋼套管、旋轉鉆進、切削破碎作業、清除鋼套管內的破碎障礙物，直到基礎底部原狀土，才可確認完成清障工作。

（6）鋼套管拔出及回填。在確定鉆進施工工作面達到設計基礎高程，同時全部清除完破碎的障礙物后，再用回轉鉆機自上而下反向回轉逐節拔出套管，同時用挖掘機將優質原狀土或低摻量的水泥土從鋼套管孔口回填至清障孔內。為保證回填土體密實度，要邊回填邊反回轉拔出鋼套管并分層用重錘夯實回填土，要緩慢拔出最后一節鋼套管，確?；靥钔馏w密實，直至回填到地面，完成單孔清障施工^[6]。

4清障工程量（見表1）

5施工優點

5.1對相鄰地基土體擾動小

相對于大開挖等其他清障措施，采用全回轉CD機地下清障設備清除地下障礙物全過程施工都是在鋼套管內進行破碎清障并及時回填封孔，不破壞相鄰地基原狀土，對地下土體不產生擾動。同時，用鋼套管支撐孔壁，在鋼套管周邊的土體應力釋放前，就已經將障礙物清除并及時封孔回填，對相鄰構筑物基礎無影響?？梢怨澕s施工空間和時間，滿足城區狹小空間施工要求^[7]。

5.2清障范圍廣，施工安全質量可靠

該工法根據工程地基基礎需要可以清除各類地下障礙物，比如不同規格、埋深環境復雜、常規清除施工難度較大的廢棄混凝土樁基、舊混凝土管道、樹樁木塊、塊石砌體等各種形式障礙物。

5.3清障效率高、可以確保新建工程順利施工

可以根據新建工程需要對障礙物局部破碎切割或將障礙物整體破碎清除，確保后續工程順利施工，清障施工和新建工程施工過程效率高、風險較小。

5.4滿足節能環保要求

該工法在清障施工全過程中，占用場地面積小，設備產生的噪音低，沒有外排泥漿，不影響周邊施工環境，且清障速度快，檢測方法簡便，質量效果明顯，達到了預期效果。

6幾點體會

（1）在編制具體施工方案時，要搜集鄰近建筑和地下埋設物歷史和現狀資料，掌握場地的工程地質、水文地質和地下障礙物的整體情況。

（2）施工方案確定后，應結合工地實際情況選擇有代表性地段進行現場試驗性施工，以確定最優施工參數。

（3）清障范圍一般為圍護結構或坑內樁位，需精確定位后才能施工。

參考文獻[z1]

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