TRD小角度转弯施工技术研究

1　工程概况

北京城市副中心三大建筑包括城市副中心剧院、城市副中心图书馆、首都博物馆东馆，北侧毗邻京杭大运河，东南侧为东方化工厂旧址。总占地面积约70hm2，规划建筑规模约59万m 2 ，基坑深度达到34.9m，止水帷幕为水泥土连续墙，墙厚0.8m，帷幕底进入⑨层隔水层，帷幕底标高-29.000m/-30.000m，深度达到49~55m，整个项目地下连续墙体施工长达2127.6m。基坑内坑中坑较多，要求止水帷幕效果好，距离东方厂污水处理原址，仅160m，地下水保护责任大。

工程处于潮白河故道下游，地层分布复杂，土层岩性以粘性土、粉土和沙土交互沉积层为主，地层均匀性较差，地下水丰富，在地表下45m范围内无连续隔水层，标贯度大于100。

2　工程地质与水文地质条件

2.1　工程地质条件

本工程场区位于潮白河冲洪积扇中下部，地层以粘性土、粉土和砂土交互沉积层为主。场区地层划分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类。新近沉积层主要有粉砂、细砂②层和粘质粉土、砂质粉土③层。

第四纪沉积层依次为细砂、中砂④层；粘土、重粉质粘土⑤层；细砂、中砂⑥层；粉质粘土、重粉质粘土⑦层；细砂、中砂⑧层；重粉质粘土、粉质粘土⑨层。细砂、中砂④层和细砂、中砂⑧层厚度达7~8m，密实，标贯度比较高，最大标贯度达115。

2.2　水文地质条件

通过勘察，各层地下水类型及钻探期间实测水位情况见表1。工程场区潜水–承压水天然动态类型属渗入－蒸发、径流型，主要接受大气降水入渗、地下水侧向径流及地表水体渗漏等方式补给，以蒸发及地下水侧向径流等方式排泄；其水位年动态变化规律一般为：6~9月水位较高，其他月份水位相对较低，其水位年变化幅度一般为1~2m。

表1　地下含水层

3　止水帷幕施工

三大项目整体TRD墙体长度共2127.6m，深度49~55m。TRD施工选用TRD–III型，机械设备选型见表2。

表2　TRD机械设备选型

3.1　三维模拟

施工前对三大项目整体基坑工程建立长×宽×高为1150m×1150m×150m的三维流固耦合模型（图1），土体采用摩尔库仑本构，上部结构采用荷载的形式施加，地下水深度约为地表下6m处，采用压力水头设置，施工区域周边采用地下连续墙的形式设置了截水帷幕。

图1　止水帷幕施工模型

（a）模型1；（b）模型2

3.2　三步成墙施工

切割箱钻至预定深度，注入挖掘液先行挖掘、松动土层一段距离，然后回撤挖掘至原处，再注入固化液向前推进搅拌成墙；对地基土充分混合、搅拌松动后再进行固化成墙搅拌，控制推进速度0.2~2.0m/h，控制回撤切割推进速度5~10m/h，控制成墙搅拌推进速度1.0~3.0m/h。

三步施工法成墙工序：先行切割→回撤切割→搭接成型部50cm→成墙搅拌→退避挖掘→反复操作，重复第2至第5环节。具体示意如图2所示。

图2　三步施工法成墙工序示意

4　转折点止水帷幕施工

4.1　传统TRD转折点施工

传统TRD工法止水帷幕施工至转角部位需要进行切割箱拔出分解工序，应形成十字形搭接形式，对已成型墙体充分切割，再次进行成墙搅拌，确保冷接缝施工质量。切割箱自行打入挖掘工序需要20h，水泥土墙体现行挖掘需要120~160min/m，回撤挖掘需要30~50min/m，成墙搅拌需要40~60min/m，切割箱拔出分解工序需要12h，由此可知TRD工法施工综合功效每日可施工约5m。

4.2　小角度折线转弯成墙施工

在工程施工过程中，转折点较多，在TRD墙体2127.6m长度中，共有17处转折点，其中转折点最小角度为108°，最大角度为166°。由于TRD设备通常只能直线切割掘进，在遇到折线时需要拔出切割箱，待先行施工的墙体达到一定强度后，再重新下切割箱进行下一段墙体的施工，折线节点处施工周期长，如图3所示。

图3　小角度成墙工序示意

（a）第一次角度回撤；（b）第二次角度切割；（c）第一次角度切割；（d）第三次角度回撤；（e）第二次角度回撤；（f）第三次角度切割

4.2.1　刀具加宽

TRD施工直线切割时，采用的切割刀具为250mm、550mm、450mm、500mm、504mm、550mm、310mm、360mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm、850mm，为实现转折点处土体切割转弯，对其中550mm、650mm、750mm、850mm刀具进行加宽30mm。

4.2.2　循环切割

进行墙体1直线切割→第一次小角度回撤→小角度直墙一次切割→第二次小角度回撤→小角度直墙二次切割→第三次小角度回撤→墙体2直线切割。先行切割和回撤切割都应超出帷幕墙一幅刀箱宽度，墙体1与墙体2循环切割搭接长度不小于350mm。当箱体由墙体1转至墙体2方向后，再一次喷浆成墙。

4.3　墙体转角计算

刀具加宽30mm，墙体第一次角度回撤角度偏移约0.086，通过正切角度计算约为5?°每次切割回撤偏转角度为10°，共循环切割3次，偏转角度为30°，可实现转折点≥150?°角连续墙体施工。通过上述施工方法，在TRD地下连续墙体施工过程中，可以通过调节机械角度，来回切割土体，实现角度大于150°补角且不大于30°的小角度转角施工。通过试验可知：下切割箱20h，先行挖掘每小时可前进0.43m、回撤挖掘每小时可前进2m、成墙搅拌每小时可前进1m，拔下切割箱12h，综合功效每日可施工约7m，平均每个转折点节约时间32h，全长转折点17处（图4），角度大于150°转折15处，节约时间20d。

图4　小角度转弯节点

5　结束语

北京城市副中心三大建筑属于地标性建筑，工期紧任务重，在基坑施工阶段，通过采用TRD小角度转弯施工技术，保证了止水帷幕的连续性，在施工过程中，转角处每日连续施工7m，比传统转角每日施工5m增加了2m，单处节点可节约32h，本工程中共节约20d，为基坑顺利完工打下了良好基础。