TRD工法和CSM工法
在上海地区超深基坑工程止水帷幕的应用
摘 要
摘要：介绍了TRD和CSM 2种新的止水帷幕施工工法的施工原理、施工设备和施工方法。结合硬X射线自由电子项目1号工作井和5号工作井工程实例，对两者的施工和止水效果进行比较和总结，指导了硬X射线自由电子项目2号工作井、3号工作井和4号工作井的止水帷幕的施工。结果表明TRD工法更适用于上海地区超薄基坑工程止水帷幕。
关键词：止水帷幕；TRD工法；CSM工法；超深基坑施工
前 言
地下水的存在不可避免地给富水基坑的设计及施工造成影响。虽然降水可降低基坑水位，但与此同时会对周边环境产生一定影响，严重的甚至会出现地面下陷、管线破裂、房屋沉降开裂。近年来上海地区地下空间开发向更深层发展，基坑工程甚至要考虑上海地区第二承压水层的影响，若采用的传统的隔断式围护（即隔断产生影响的承压水层），会使工程费用大增。而运用悬挂式围护配合止水帷幕的方法既能减少费用，也能够满足基坑开挖的安全条件。
止水帷幕一般采用旋喷桩和搅拌桩工法，其止水深度和止水效果不能满足当前越来越深的地下空间开发的要求。TRD（渠式切割深层搅拌地下水泥土连续墙）工法和CSM（双轮铣深层搅拌桩）工法是近年出现的新的止水帷幕的施工工法，能够满足超深止水帷幕的施工要求。
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工程概况及地质情况1.1工程概况
硬X自由电子激光装置项目包括5个工作井。1号工作井位于祖冲之路以南三八河西侧，开挖深度为39.45~43.9 m，工作井规模73.2 m×20.0 m（内净）。5号工作井位于集慧路西侧、三八河东侧的绿化苗圃内，为地下3层箱型结构，工作井规模55 m×76 m（内净），工作井基坑普遍区域挖深42.1 m，南侧靶球区域挖深45.45 m。1号工作井和5号工作井分别选用了TRD和CSM两种不同的工法施工止水帷幕，旨在对比2种止水帷幕在超深基坑施工中的应用可行性，并由此指导后序2号井、3号井和4号井的止水帷幕施工。
1.2水文地质情况
1.2.1地层地质情况
根据《硬X射线自由电子激光装置项目岩土工程详细勘察补充报告》，工程沿线场地150 m深度范围内土层由第四系全新统至中更新统沉积地层组成，按其成因类型、土层结构及性状特征可划分为11个主要工程地质单元层。本工程基坑段开挖及支护结构影响深度范围内的土层为第①1层、第②层、第③层、第④层、第⑤1层、⑤1j层、第⑤2层、第⑤3层、第⑤3a层、第⑤4层、第⑥层、第⑦1层、第⑦2层、第⑧21层、第⑧22层和第⑨层。浅部第①1层人工填土以素填土为主，土质松散，部分为杂填土。第③层、第④层、第⑤1层、第⑤3层为软黏性土，具有含水量高、孔隙比大、强度低、渗透性差、灵敏度高的特点。第⑤1j层、第⑤2层、第⑤3a、第⑦1层和第⑦2层为粉土和砂土，该土层在基坑开挖过程中易发生塌方、流砂等不良地质现象，在施工中应采取必要的止水、降水及排水措施。
1.2.2水文地质情况
各施工竖井场地水文地质条件较复杂，均分布潜水、微承压水和第一、第二、第三承压含水层。微承水层指第⑤1j层、第⑤2层、第⑤3a层，第一承压水层指第⑦层，第二承压水层指第⑨层，第三承压水层指第11层。其中第二承压水和第三承压水在拟建场区均相互连通，水头较高。
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方案初选
原设计采用隔断式地下连续墙并用MJS（全方位高压喷射）工法在地下连续墙墙缝进行加固。原设计地下连续墙深105m，隔断上海地区第二承压水层。基于节省工期和节省费用，改为悬挂式地下连续墙。然后在地下连续墙外侧做一层止水帷幕，并在地下连续墙与止水帷幕之间布置降压井，综合保障开挖降深需求和周围环境的沉降限制。
CSM主机施工占地面积小，移动方便，相对较灵活，只需泵管、后台、主机布置合理即可，而TRD主机较为笨重，且TRD主机在开始一段等厚度水泥土搅拌墙施工和结束一段等厚度水泥土搅拌墙施工时必须安装切割箱和拆除切割箱，因此CSM工法适合于场地狭小、形状不规则、每段较短及搭接较多的工程，而TRD工法更适用于形状规则、每段较长及搭接较少的工程。
1号井基坑规模较小，周围建构筑物较多，施工场地较小。鉴于CSM工法施工止水帷幕采用分搭接施工，CSM 成槽机可灵活移动的特点，1 号井 止水帷幕采用 CSM 工艺：长 250 m，等厚度水泥土墙共计 100 幅，厚 850 mm，深 62.9 m。CSM成槽机有导杆式和悬挂式两种，本项目选用悬挂式成槽机。
导杆式 CSM工法主机
悬挂式 CSM工法机
1 号井的施工采用“硬铣工法”。“硬铣工法”槽段示意见图 1，图中头字母为“P”系列为一期槽段墙，头字母为“S”系列为二期槽段墙。当一期槽段墙达到一定硬度后再施工二期槽段墙。其优点 在于：在二期槽段墙施工时，不会将泥块掺杂到相邻已完成的一期槽段墙内，保证了墙体质量；一期槽段墙硬化后，施工二期槽段时，设备接触地面范围内地耐力不会大幅度下降，利于保证设备稳定性，但是同时也会增加等待的时间，进而影响工期。
悬挂式CSM工法设备
5号井基坑规模较大，周围建构筑物较小，施工场地较大。5号井等厚度水泥土搅拌墙止水帷幕采用TRD工法：长351m、厚900mm、深68.15 m。由于TRD转角幅止水效果不稳定，所以在转角幅处设置了加固措施。另由于周围环境保护要求高且施工深度大，5号井选用三步施工法。三步法施工法：第一步横向前进注入切割液切削，切割一定距离后终止；第二步主机反向回切（即相反方向移动）。第三步主机正向回位，箱式刀具底端注入固化液，使切割土与固化液混合搅拌。TRD在开始一段等厚度水泥土搅拌墙施工和结束一段等厚度水泥土搅拌墙施工时必须要安装切割箱和拆除切割箱，而拆除的切割箱会占用较多的场地。三步法施工比较见表1。
TRD-EN （最大设计深度 70m）
TRD-80E （最大设计深度 80m）
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施工情况及效果
3.1施工情况
1号井止水帷幕施工开始于2018年11月25日，结束于2019年3月24日，历时148d，完成止水帷幕250m；5号井止水帷幕施工开始于2018年11月25日，结束于2019年7月12日，历时230d，完成止水帷幕351m（见表2）。
考虑到5号井止水帷幕的施工深度（68.15 m）大于1号井止水帷幕施工深度（62.9 m）及5号井止水帷幕施工厚度（900 mm）大于1号井止水帷幕施工厚度（850 mm），所以两者施工工效比较接近。
3.2施工效果
两种止水帷幕施工完成后，取芯抗渗检测和取芯抗压检测均满足设计要求。在降水井施工过程中和施工完成后，按照设计要求进行了单井和群井实验，实验结果表明利用该体系能够在开挖过程中将坑内水位降至安全水位。
但是在后续的开挖过程中，1号井出现了明显的漏水情况。采用在两墙间增设降水井和加固地下连续墙墙缝的方法，成功完成堵漏，并最终完成基坑顺利封底，对后续结构施工无影响。5号井在开挖过程未出现明显漏水现象，基坑顺利封底。
3.3原因分析
TRD主机带动切削刀具整体进行水平运动，在进行纵向切割确定深度横向推进成槽，最后注浆，所形成的墙体连续等厚度、截水性能好。CSM主机通过钻杆下端的一对液压铣轮，对原地层进行铣、削、搅拌，同时掺入水泥浆固化液，形成一段一段的墙体。墙体每幅墙之间的搭接不是特别可靠，然而设计要求利用取芯抗渗检测和取芯抗压检测，不能很好地检测出CSM墙体接头处的渗漏情况。
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结 语
TRD工法和CSM工法在硬X自由电子激光装置项目1号工作井和5号工作井的对比应用，表明在近乎相同的施工时间下，TRD工法施工形成的相对厚度均匀、性能稳定的连续墙体的止水可靠性强于CSM工法形成的有铣接头的不连续墙体。最终2号工作井、3号工作井和4号工作井都采用TRD工法进行止水帷幕施工，并且以良好的止水性能顺利服务于后续的开挖，保证工程的安全。
CSM的施工深度和TRD的施工深度均能满足要求，TRD墙体连续等厚度、截水性能好。CSM墙体每幅墙之间的搭接不够可靠，在高水头承压水作用下，容易出现漏水现象。悬挂式地下连续墙配合止水帷幕的围护形式对止水帷幕的止水效果要求很高，因此TRD工法更适合于上海的超深基坑止水帷幕施工。
CSM主机施工占地面积小，移动方便，相对较灵活，只需泵管、后台、主机布置合理即可，而TRD主机较为笨重，且TRD主机在开始一段等厚度水泥土搅拌墙施工和结束一段等厚度水泥土搅拌墙施工时必须安装切割箱和拆除切割箱。因此可见CSM工法适合于场地狭小，形状不规则，每段较短，搭接较多的工程，而TRD工法更适用于形状规则，每段较长，搭接较少的工程。
超深TRD工法案例
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复杂地质条件下62m超深TRD止水帷幕关键施工技术
南京新媒体大厦61米深
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南京华新丽华河西项目54-58米深
北京绿心三大建筑项目48-50米深
上海国际金融中心53米深
南京正荣项目53米深
苏州国际财富广场46米深
天津中钢响螺湾项目45米深
TRD工法（Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method），又称等厚度水泥土地下连续墙工法，其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定强度和厚度的墙。
TRD工法通过水平横向运动成墙，可形成没有接口的等厚连续墙体，其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固，其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全，与传统柱列式地下连续墙相比隔渗，经济性好。
TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层，在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。
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