羅云峰

1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2. 上海市地下工程施工泥漿專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái) 上海 200433

城市建設(shè)的高速發(fā)展導(dǎo)致土地資源及可供開發(fā)建設(shè)的地上空間嚴(yán)重不足，大型城市中淺層地下空間的建設(shè)開發(fā)已趨于飽和，50 m及以上深度的深層地下空間開發(fā)成為上海等大型城市建設(shè)的必然選擇。在上海等軟土地區(qū)實(shí)施深度超50 m地下空間開發(fā)，地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深度將超過百米，將不得不面對(duì)地質(zhì)條件、深部砂層水土壓力分布復(fù)雜和施工難度大等一系列技術(shù)問題，對(duì)施工工藝提出了巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)于深度超百米的地下連續(xù)墻，傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻工藝存在諸多局限性，地下連續(xù)墻套銑工藝因其具備土層適應(yīng)性高、成槽深度大、垂直精度高、接縫抗?jié)B性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生[1-6]。地下連續(xù)墻套銑工藝施工不可避免地會(huì)應(yīng)用到泥漿，其主要起著護(hù)壁、攜渣和冷卻銑輪三大作用，從某種意義上來說，泥漿質(zhì)量將決定著套銑工藝地下連續(xù)墻墻體施工質(zhì)量。本文背景工程蘇州河深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程試驗(yàn)段SS1.2標(biāo)（以下簡(jiǎn)稱蘇州河深隧）是軟土地區(qū)首次規(guī)模化實(shí)施百米級(jí)地下連續(xù)墻，無工程化應(yīng)用先例可供參考，本文進(jìn)行百米級(jí)地下連續(xù)墻套銑工藝護(hù)壁泥漿技術(shù)研究具有直接的工程意義，為百米級(jí)超深地下連續(xù)墻順利安全實(shí)施提供了必要的技術(shù)支撐，也為后續(xù)類似工程泥漿質(zhì)量管控提供參考。

1 背景工程概況

蘇州河深隧1.2標(biāo)基坑分為4個(gè)區(qū)域。1區(qū)（豎井）：開挖深度約59.6 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.5 m厚、105 m深地下連續(xù)墻；2區(qū)（綜合設(shè)施深坑）：開挖深度33.8 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m厚、80 m深地下連續(xù)墻；3區(qū)（進(jìn)水渠道）：開挖深度33.3 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m厚、80 m深地下連續(xù)墻；4區(qū)（綜合設(shè)施淺坑）：開挖深度8.80～16.65 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m厚、105 m深地下連續(xù)墻（圖1、圖2）。

巖土工程勘察報(bào)告顯示土層分布情況如圖3所示，成槽過程中穿越十多種不同的土層，淺層淤泥質(zhì)黏土流塑性較高，易發(fā)生頸縮和塌方，深層砂質(zhì)沉積土層中存在含量極高的細(xì)粉砂，不易在泥漿循環(huán)過程中被除砂機(jī)分離，更有十余米穿越了⑨1層粉細(xì)砂和⑨2層中砂，墻底位于⑩層黏土，成槽施工難度大，成槽精度要求高。因此，確定合理的泥漿材料配比和性能指標(biāo)，對(duì)槽壁穩(wěn)定性及循環(huán)泥漿性能指標(biāo)調(diào)控起到至關(guān)重要的作用。

圖3 豎井土層分布剖面示意

2 泥漿配比試驗(yàn)研究

根據(jù)多年地下連續(xù)墻施工泥漿應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和以往不同泥漿材料試驗(yàn)及應(yīng)用情況總結(jié)，同時(shí)結(jié)合背景工程地質(zhì)和環(huán)境條件，確定本次泥漿配比試驗(yàn)采用復(fù)合鈉基膨潤土泥漿。這種泥漿性能穩(wěn)定，懸渣攜渣能力強(qiáng)，可以減少地下連續(xù)墻槽段底部的沉渣，和套銑泵吸反循環(huán)工藝有較好的適應(yīng)性，且其聚合物分子作用還能較好吸附細(xì)微土砂形成大顆粒，從而加速沉淀，有利于泥漿循環(huán)處理。

泥漿配比試驗(yàn)選取優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土結(jié)合CMC（羧甲基纖維素）、純堿等材料來進(jìn)行。根據(jù)本工程施工工藝及施工質(zhì)量要求，再結(jié)合上海地方標(biāo)準(zhǔn)中泥漿指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而確定本文背景工程地下連續(xù)墻成槽泥漿性能控制標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 泥漿性能指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)

使用所選定的泥漿材料，在泥漿實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行配比小樣試驗(yàn)，將膨潤土、CMC、純堿按既定的比例加入清水中，使用專用的泥漿分散攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢? min制成泥漿，對(duì)剛制備好的新漿靜置24 h后分別進(jìn)行黏度、相對(duì)密度、含砂率、失水量、泥皮厚度、pH值、動(dòng)切力、靜切力、塑性黏度、表觀黏度等一系列泥漿性能指標(biāo)測(cè)試分析研究。通過大量小樣配比試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)優(yōu)選，初步確定背景工程泥漿配比：水∶膨潤土∶CMC∶純堿＝1 000∶60∶0.3∶3。

把泥漿實(shí)驗(yàn)室小樣試驗(yàn)所確定的泥漿配比在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)制備并再次進(jìn)行測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)雖然配比一致，但測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室小樣數(shù)據(jù)是存在差異的。通過深入的觀測(cè)、對(duì)比分析查找到導(dǎo)致性能指標(biāo)存在差異的可能原因有：現(xiàn)場(chǎng)拌制時(shí)間不足，部分?jǐn)嚢璨痪鶆?，?dǎo)致泥漿材料未能充分水化；CMC和純堿等外加劑摻量?jī)x器較為簡(jiǎn)單，不夠精確；CMC較難溶于水，在短時(shí)間攪拌制備泥漿過程中溶解不充分；此外，現(xiàn)場(chǎng)泥漿攪拌桶內(nèi)長(zhǎng)期殘留20 cm深余漿未能抽盡，也會(huì)導(dǎo)致泥漿性能受影響。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)制備泥漿和實(shí)驗(yàn)室制備的泥漿的性能指標(biāo)差異情況，在滿足既定的泥漿性能指標(biāo)的前提下，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)攪拌設(shè)備容積、工效和膨潤土加料便攜性等因素，最終確定背景工程泥漿配合比：水∶膨潤土∶CMC∶純堿＝1 500∶100∶0.5∶3。

3 泥漿過程控制技術(shù)研究

過程控制主要是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿制備、應(yīng)用、調(diào)節(jié)再利用等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行必要的檢測(cè)控制。通過對(duì)槽段內(nèi)不同深度泥漿和循環(huán)池泥漿進(jìn)行取樣分析，以便及時(shí)采取相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)百米內(nèi)不同深度泥漿性能的快速精準(zhǔn)檢測(cè)和控制。

3.1 泥漿制備控制

為使泥漿材料充分水化，最大程度地發(fā)揮好材料效能，并提高項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)泥漿制備工效，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泥漿制備提出下列控制要求。

1）準(zhǔn)備好較大存儲(chǔ)容器，提前24 h對(duì)難溶于水的CMC進(jìn)行水化，拌制5 min以上進(jìn)行靜置，靜置過程中每8 h攪拌一次，以使得CMC能充分水解。

2）泥漿的加料攪拌順序?yàn)椋簲嚢柰凹右话胨?，添加膨潤土材料，開始攪拌的同時(shí)繼續(xù)往攪拌桶里加水到既定刻度，隨后摻加既定量的提前水化好的CMC水溶液，再摻加既定量的純堿，攪拌5 min，打入新漿池存貯備用。

3）每次攪拌桶攪拌完成后，保證桶內(nèi)泥漿盡可能抽凈，減少桶底殘留和淤積。

4）在靜置過程中要不定時(shí)用空壓機(jī)對(duì)泥漿池進(jìn)行翻滾攪拌，攪拌時(shí)間每池不少于5 min，攪拌頻率每次每天不少于1次，預(yù)防長(zhǎng)期靜置而產(chǎn)生離析。

5）在輸入槽段或是摻兌進(jìn)循環(huán)池前，再次使用空壓機(jī)對(duì)泥漿池（箱、罐）進(jìn)行翻滾攪拌，攪拌時(shí)間不少于5 min。

3.2 槽段泥漿取樣檢測(cè)控制

地下連續(xù)墻成槽施工過程中，各種特性的復(fù)雜土層會(huì)對(duì)槽段內(nèi)泥漿性能產(chǎn)生不確定影響，因此需對(duì)槽段內(nèi)不同深度泥漿進(jìn)行取樣檢測(cè)測(cè)試，通過得到的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控，使成槽施工過程中所用泥漿質(zhì)量滿足要求的性能指標(biāo)，保證地下連續(xù)墻安全高效施工。

傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻泥漿取漿器具為人工手提式簡(jiǎn)易取漿器，這種方式全程依靠人工提上提下進(jìn)行取漿，相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，取漿位置還不準(zhǔn)確，并存在一定的危險(xiǎn)性，在深度不大的地下連續(xù)墻中應(yīng)用居多。百米級(jí)地下連續(xù)墻施工進(jìn)行快速、高效泥漿檢測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)控的基礎(chǔ)是具有相適應(yīng)的取漿裝置，顯然傳統(tǒng)簡(jiǎn)易取漿器具無法滿足要求。本文對(duì)取漿檢測(cè)裝置及方法進(jìn)行了革新，創(chuàng)新研制了地下連續(xù)墻槽段內(nèi)系列原位泥漿檢測(cè)取漿器具，能夠滿足超深地下連續(xù)墻施工需求。

首先研發(fā)了第一代地下連續(xù)墻施工槽段內(nèi)泥漿取樣器具，改變傳統(tǒng)的人工操作方式，采用將取漿器穩(wěn)定固定于槽段上的形式，通過手搖纏繞有測(cè)繩的定滑輪，下放、提升測(cè)繩上連接的分段式取漿桶，對(duì)槽段內(nèi)泥漿進(jìn)行取樣檢測(cè)。在應(yīng)用過程中改良第一代取漿器具，研制了第二代取漿裝置，整體穩(wěn)定性增加，取漿位置更加準(zhǔn)確、更省力，且便于在大型場(chǎng)地移動(dòng)，靈活機(jī)動(dòng)。

這2種地下連續(xù)墻槽段內(nèi)泥漿取漿器具雖然相對(duì)于傳統(tǒng)簡(jiǎn)易取漿器具有較大的創(chuàng)新，但也存在一定的缺陷，比如刻度易磨損，導(dǎo)致取漿深度不精確、深度大取漿效率低下等，無法滿足背景工程百米級(jí)地下連續(xù)墻不同深度的泥漿取漿檢測(cè)要求。

基于規(guī)模化百米級(jí)超深地下連續(xù)墻取漿工作量大、人工手搖定滑輪方式進(jìn)行百米地下連續(xù)墻取漿費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不夠安全等問題，創(chuàng)新研發(fā)了一種地下連續(xù)墻槽段泥漿電動(dòng)取漿裝置，槽段取漿效率得到極大提高，取漿過程快速且平穩(wěn)，安全高效。根據(jù)設(shè)置深度顯示器，直觀、準(zhǔn)確地達(dá)到取漿深度，實(shí)現(xiàn)了深度超百米、最深達(dá)150 m的地下連續(xù)墻施工槽段內(nèi)不同深度泥漿性能的精準(zhǔn)檢測(cè)和控制。

3.3 循環(huán)泥漿指標(biāo)調(diào)節(jié)控制

在粉細(xì)砂含量高地層進(jìn)行套銑工藝施工，會(huì)遇到除砂機(jī)無法分離極小顆粒粉細(xì)砂（顆粒直徑0.026 mm以下）的難題，雖經(jīng)過除砂、沉淀等泥漿處理，循環(huán)泥漿含砂率仍超過25%，此時(shí)循環(huán)漿將當(dāng)成廢漿被遺棄處理。這種情況下，成槽泥漿將變成一次性攜渣的載體，將在較大程度上提升施工成本和增大液廢排放處理量，既不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保。亟待尋找一種既能降低廢漿率，又能不影響泥漿性能的方法來有效加快細(xì)砂沉淀和調(diào)節(jié)泥漿指標(biāo)至可用范圍。基于此，開展了循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)控制技術(shù)研究。

通過取等量的經(jīng)多級(jí)沉淀含砂率仍超25%的一期槽段、二期槽段循環(huán)泥漿，分別利用清水、添加劑及新漿進(jìn)行勾兌試驗(yàn)，觀察勾兌后泥漿性能指標(biāo)變化規(guī)律，圖4、圖5分別顯示了一期槽段、二期槽段循環(huán)泥漿不同樣品組進(jìn)行調(diào)節(jié)試驗(yàn)的含砂率變化情況。從圖4可知，在樣品泥漿中兌入新漿能夠有效地改善含砂率，泥漿中粉細(xì)砂的沉淀加快，而且在短時(shí)間內(nèi)作用明顯。其中采用1∶1的比例摻入新漿調(diào)節(jié)泥漿指標(biāo)，勾兌后粉細(xì)砂在短時(shí)間內(nèi)迅速聚合沉淀，靜置2 h后泥漿含砂率下降到8%，隨后沉淀過程減緩，最終經(jīng)6～24 h后含砂率下降到5%，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。從圖5可知，采用與一期槽段同樣的勾兌比例或略微提高勾兌比例均可以在較長(zhǎng)時(shí)間（6 h）的沉淀后，使泥漿指標(biāo)達(dá)到循環(huán)利用標(biāo)準(zhǔn)。二期槽段循環(huán)泥漿按照新漿與原漿6∶4的勾兌比例，在短時(shí)間（2 h）內(nèi)泥漿性能指標(biāo)已基本恢復(fù)到循環(huán)漿指標(biāo)要求。

圖4 一期槽段循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)試驗(yàn)含砂率變化

圖5 二期槽段循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)試驗(yàn)含砂率變化

基于循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)試驗(yàn)，提出了一種粉細(xì)砂層地下連續(xù)墻施工循環(huán)泥漿再生調(diào)節(jié)方法。該方法通過提高單位體積泥漿中聚合物與粉細(xì)砂顆粒的比例，加快粉細(xì)砂顆粒的集聚沉淀，且不影響泥漿的相對(duì)密度、黏度和酸堿度等其他指標(biāo)。以此調(diào)節(jié)方法開發(fā)了循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)技術(shù)，通過循環(huán)高效檢測(cè)、調(diào)整，有效改善了循環(huán)泥漿性能，實(shí)現(xiàn)了粉細(xì)砂含量超25%的高含砂率循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)。

對(duì)循環(huán)池中采用循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)技術(shù)處理的循環(huán)漿進(jìn)行取樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。圖6顯示經(jīng)循環(huán)處理后的泥漿其性能指標(biāo)均在規(guī)范和工程要求的上下限可控范圍之內(nèi)，達(dá)到了再利用要求。

圖6 循環(huán)處理后泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)

4 實(shí)施效果

背景工程百米超深地下連續(xù)墻在成槽過程中對(duì)每幅槽段不同深度泥漿性能進(jìn)行了取漿跟蹤測(cè)試，主要測(cè)試了相對(duì)密度、黏度、含砂率、失水量這4項(xiàng)泥漿重要指標(biāo)，并及時(shí)將測(cè)試指標(biāo)與規(guī)范和工程要求的質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超出控制指標(biāo)時(shí)及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控或作廢棄處理。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，取樣分析的近50幅槽段泥漿性能都較為穩(wěn)定且無較大差異，結(jié)合成槽過程泥漿實(shí)時(shí)有效的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，近50幅槽段內(nèi)不同深度泥漿相對(duì)密度、黏度、含砂率及失水量這4項(xiàng)主控指標(biāo)絕大部分都在允許的控制范圍內(nèi)，僅有極個(gè)別槽段泥漿指標(biāo)略微超標(biāo)，但經(jīng)過及時(shí)的調(diào)控調(diào)節(jié)后均在可控范圍之內(nèi)。

背景工程歷時(shí)一年半有余，共計(jì)完成地下連續(xù)墻施工119幅，為了更好地展示背景工程百米級(jí)超深地下連續(xù)墻實(shí)施效果，對(duì)其中105 m深共計(jì)84幅地下連續(xù)墻的成槽垂直度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，84幅105 m深的地下連續(xù)墻成槽垂直度均滿足1/1 000設(shè)計(jì)要求，其中4幅地下連續(xù)墻垂直度更是達(dá)到1/4 000以上，9幅地下連續(xù)墻垂直度達(dá)到1/3 000以上，30余幅地下連續(xù)墻垂直度達(dá)1/2 000以上。這也從側(cè)面印證了本工程地下連續(xù)墻施工成槽護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用是成功的，效果是顯著的。

5 結(jié)語

本文針對(duì)軟土地區(qū)百米級(jí)地下連續(xù)墻規(guī)?；瘜?shí)施工程無先例、泥漿在百米地層的適用性未知等問題，結(jié)合百米級(jí)超深地下連續(xù)墻的施工特點(diǎn)和地層特性，通過小樣配比試驗(yàn)結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)和環(huán)境條件，優(yōu)選配制出復(fù)合鈉基泥漿配合比，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)泥漿制備、應(yīng)用、調(diào)節(jié)再利用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出針對(duì)性的技術(shù)管控措施。針對(duì)規(guī)?；倜准?jí)超深地下連續(xù)墻取漿工作量大、人工取漿存在的局限性，創(chuàng)新研發(fā)了地下連續(xù)墻槽段泥漿電動(dòng)取漿裝置對(duì)百米深槽段內(nèi)任意位置泥漿進(jìn)行跟蹤取樣檢測(cè)，進(jìn)而為泥漿性能調(diào)控提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了百米深度地下連續(xù)墻施工槽段內(nèi)不同深度泥漿性能的精準(zhǔn)檢測(cè)和控制。同時(shí)，針對(duì)粉細(xì)砂含量較高土層中循環(huán)漿經(jīng)處理后含砂率仍過高的問題，開發(fā)了循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠較好地處理粉細(xì)砂問題，有效改善了循環(huán)泥漿性能，實(shí)現(xiàn)了粉細(xì)砂含量超25%的高含砂率循環(huán)泥漿再生利用。最后，對(duì)背景工程地下連續(xù)墻成槽泥漿相關(guān)重要性能指標(biāo)和成槽質(zhì)量進(jìn)行了直觀的展示，印證了背景工程成槽護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用是成功的，效果也是顯著的。

本文所進(jìn)行的護(hù)壁泥漿技術(shù)研究為百米級(jí)超深地下連續(xù)墻順利安全實(shí)施提供了必要的技術(shù)支撐，對(duì)后續(xù)類似工程泥漿質(zhì)量管控亦具有參考意義。