图1 系统总体构成图
图2 施工工艺流程图
拉槽法建造地下连续薄混凝土防渗墙新技术
在长江堤防隐蔽工程中的应用
□ 陈 飞
摘 要
拉槽法建造地下连续防渗墙施工技术，是结合长江重要堤防隐蔽工程，针对长江堤防地质条件，由原长委综合勘测局自行研究的一项新施工技术，具有多项创新点。该技术较好地解决了长江中下游复杂地层、连续弯曲地段，可靠隔离、自动控制等施工难题。采用连续成槽、分段隔离、连续成墙的施工方案确保了所成防渗墙质量。 长江水利委员会综合勘测局针对长江中下游大堤的地质条件对建造地下连续薄混凝土防渗墙的成槽设备和成槽（墙）施工技术进行了广泛的研究，研制了LC－2型全自动监控式拉槽机。该机为机电、液压、电脑监控一体化设计。在工程中得到广泛应用。该机已于1999年获国家专利。《建造地下连续薄混凝土防渗墙施工技术研究》项目，在长江堤防隐蔽工程粑铺标段施工质量均达到优良，施工总面积为2万ｍ2。拉槽法建造地下连续薄混凝土防渗墙技术于2001年4月通过水利部鉴定，为国际领先水平。该技术研究已获湖北省2001年度科技进步一等奖。
一、新技术的特点
拉槽法地下连续薄混凝土防渗墙施工新技术，是采用沿防渗墙设计轴线连续开挖并对已成槽段分段隔离浇灌混凝土，从而形成混凝土连续防渗墙体的一种施工技术。
本技术主要应用于水利工程、工民建、交通等领域地下连续防渗墙、挡土墙，适用于土类、砂类及砂卵石地层。
1.工艺特点
该技术利用岩土工程工艺理论对地下连续防渗墙的成槽、成墙、墙体防渗机理等进行分析研究，解决了成槽过程中出现的墙体垂直分叉和墙体不连续、槽形不规则、浇筑段接头多等技术问题，对地层具有广泛的适应性。该技术利用机电、液压、数控一体化新技术，设计出自动控制、自动调整、参数输出的全自动监控拉槽机设备，解决了刀具主动加力技术难题。利用水动力学原理和材料力学理论采用分段式设置圆柱形钢管隔离体隔离槽段解决了成槽段分段隔离浇灌技术难题。具有隔离安全、可靠、成本低、浇筑槽段长等特点。为长江流域复杂地层条件成功地研究了一整套连续成槽、分段隔离浇灌、连续成墙的成套工艺装备和配套施工工法，从而为江堤治理提供了一种最为可靠的先进技术手段。
2．施工设备系统
本技术施工设备主要由全自动监控式拉槽机（主机）、隔离体起拔机、混凝土浇筑机、混凝土运输车等设备组成。
全自动监控式拉槽机。其工作原理是刀具驱动采用机械传动方式，由电机驱动减速器，通过曲柄滑块机构使刀具获得上下往复直线运动，同时，刀具随主机在液压拉力作用下，沿施工轴线产生水平进刀移动，刀具在上述复合作用下连续切削土体而形成槽段。
二、主要工作系统
全自动监控式拉槽机主要计算设计参数取值见表1。主要工作系统由：刀具、液压给进、控制、排渣循环系统等组成。
表
1 主要设计参数取值| 参数名称 | 设计参数 |
| 成槽深度(最大) (m) | 25 |
| 成槽宽度 (cm) | 20～35 |
| 主卷扬最大提升能力 (kN) | 100 |
| 刀具行程 (mm) | 530 |
| 刀具往复频率 (次/min) | 15 |
| 刀具最大给进力 (kN) | 140 |
| 刀具最大拉力 (kN) | 75 |
| 刀具调节角度 (°) | 0～90 |
| 成槽效率 (m2/h) | 25～35 |
| 驱动功率 (kW) | 30 |
| 最小转变半径 (m) | 300 |
1．刀具系统
刀具系统由刀架及安装在刀架上的多个刀具组成。刀头架为刀架和传动机构连接体，动力及传动机构、刀架均与刀头架连接。它主要由电机、摆线针轮减速器、偏心盘、连杆、滑块、反循环通道法兰盘、头架体等组成。本机刀具系根据成槽深度由不同长度的单刀具配置连接而成。它同安装在刀头架上的曲柄滑块机构连接，用来切削土体和排弃废渣。各单刀具主要由切削具、滚动滑道、刀体、气举反循环管道及排渣管道等组成，其切削具与刀体为可分离的两部分，两者采用滚动滑道连接。使切削具在上下运动切削土体时，刀体固定不动。这样，可充分利用切削功率，减少切削振动和刀具换向冲击。另外，在下部刀具上还装有气举反循环装置，用于排渣。同时在刀头架沿刀具切削方向，设置了一长度可调节的推杆，在切削土体时，可实现对刀具的主动加力。进给滑架装置在拉槽机主机的尾部，通过进给油缸与拉槽机主机连接。其主要由液压进给油缸、液压锁紧油缸、摇臂、拉杆、锁紧块、滑架体等组成。拉槽过程中，在液压锁紧油缸的作用下，通过摇臂、拉杆使锁紧块紧抱钢轨，进给滑架处于被锁紧状态。当刀架处上始点时，进给油缸拉动拉槽机主机，实现刀具进给。当进给行程至终点时，锁紧块在液压锁紧油缸的作用下，处于松开状态。进给滑架在液压进给油缸的作用下，向前移动，实现进给滑架的“导杆”运动。
2．液压给进系统
液压给进系统由液压传动完成。给进系统能够实现在导轨上的自行锁紧、加力等动作。给进系统与夹持系统相关联，实现有序动作。进给系统配置在拉槽机的尾部，通过进给油缸与拉槽主机连接。主要由液压进给油缸、液压锁紧油缸、拉杆、锁紧块、滑架体等组成。拉槽过程中，在液压锁紧油缸的作用下，通过摇臂、拉杆锁紧钢轨，进给滑架处于被锁紧状态，实现主机进给移动。当进给油缸处于进给终点时，锁紧块在液压锁紧油缸的作用下，处于松开状态。进给滑架在液压进给油缸的作用下，以主机为反力支撑实现后移。
3．主机控制系统
本机控制系统由角度传感器、位移传感器检测数据，电脑监控发出指令，执行机构完成动作。能够实现运动过程的顺序控制和刀具给进压力和速度的调控，能显示和打印输出有关施工工艺参数。
4．排渣循环系统
本机可采用“泵吸”和“气举”两种冲洗液反循环形式。可根据地质条件和槽孔深度进行切换使用。泵吸反循环系统安装于主机底盘上，泵吸反循环系统具有系统真空度大、工作可靠性好的特点，能从地下连续抽吸出最大粒径约140ｍｍ的卵石。气举反循环，使用槽深大于10ｍ，采用并列式结构，安装在刀具的排渣管上，从而大大地简化了排渣结构和降低泵设备故障率。
5．浇筑台车、隔离体、输送台车
（1）浇筑台车。主要完成混凝土料浇筑、隔离体安装起拔。混凝土料提升包括浇筑导管的提升，全部工作在作业机台上进行，电控操作。
（2）混凝土输送车。完成从搅拌机到浇筑台车之间的混凝土输送，输送台车具有独立的动力系统，可完成低速混凝土运送和高速空载返回，同时将导管可放置于台车上，降低劳动强度，提高了工作效率。混凝土输送台车由柴油机驱动，避免了电动机动力线在地上长距离来回拖动，带来的不安全因素，而且移动距离不受限制。该台车能够满足两台混凝土搅拌机同时作业所产生的拌和量；从而提高浇筑效率，使该技术的综合效率得到进一步的提高。
（3）隔离体。目前所见隔离体可分为刚性和柔性两类。柔性隔离体（如胶囊、土工膜袋）的接触效果好，但使用成本高、寿命短，事故处理难度大，“脱模”难以掌握；本技术系采用圆柱刚性隔离体，隔离安全可靠、能重复使用。已有的各种成墙工法，接缝较多。从理论上讲，本工法的墙体浇筑段长度在槽段稳定、浇筑强度足够的条件下，可不受限制。具有如下特点：一是钢管与槽壁圆弧形接触结构稳定；二是利用组合式形式，实现长度的任意组合，圆弧扩槽结合钢管隔离体可达到与不完整槽壁的贴合；三是利用液压油缸作为隔离体的起拔动力，墙体质量可靠性得到了有效的保证；最大起拔力可达150ｔ。
6．电脑监控
（1）监控系统总体构成。LC－2拉槽机电脑监控系统主要由多个检测传感器、监控电脑、打印机、系统电源及手动控制按钮等几部分组成，如图1所示。
（2）监控电脑构成。监控电脑包括电脑主板、操作按键、液晶显示器。电脑监测系统可通过监测底盘纵向和横向的水平度、刀具的倾角，从而确定拉槽机的成槽质量和成槽深度。可监测刀具往复次数和成槽效率，并自动累计成槽长度和成槽面积。监测数据可保存并及时打印输出。
（3）自动控制功能。电脑监控系统可根据滑架到位检测传感器提供的信息，在进给到位时，可自动顺序进行松开夹持器→进给油缸伸展→伸展到位后夹紧器夹紧→继续进给的控制，从而可实现全自动连续成槽。
三、施工工艺
1．施工工艺流程图（见图2）
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2．工艺说明
（1）平整场地。对作业面地基进行平整压实，确保施工机械运行安全、稳定。
（2）建造导槽。根据设计防渗墙轴线进行测量放线，导槽轴线与防渗墙轴线应重合。
（3）铺设枕木、钢轨。在平整坚实的施工地基上铺设枕木和钢轨，轨道与防渗墙轴线平行，轨道间距2.66ｍ，枕木间距0.5～0.8ｍ，以保证拉槽机行走平稳。在铺设好的钢轨上安装拉槽机和浇筑台车。
（4）泥浆制备。泥浆具有稳定孔壁、悬浮弃渣、冷却刀具等作用，施工中，向槽孔两侧渗透的泥浆还能有助于防渗。施工中所用泥浆性能指标为：比重1.05～1.2，粘度22～30ｓ。为减少环境污染、降低工程造价，对泥浆采用除砂器进行净化循环使用。
（5）造刀具孔。刀具孔采用工程钻机施工，钻头直径800ｍｍ，孔深大于防渗墙设计深度1ｍ，导向孔孔位应在防渗墙设计轴线上，在防渗墙深度变化处及轴线转折处，均应设置导向孔。
（6）安装刀具。利用拉槽机的卷扬吊装刀具，在刀具孔内进行安装。
（7）拉槽。开始拉槽应缓慢进行，待泥浆循环正常后，即可按正常速度拉槽。施工过程中，必须注意槽孔内泥浆液面的升降变化，及时补充浆液，发现漏浆时，必须采取有效的止漏措施，确保槽孔孔壁稳定，防止塌孔。
（8）槽段隔离。在槽段隔离部位用钻机在槽中心扩孔，孔径为槽宽的1.4（1.5）倍，然后下入管式隔离体。
（9）清槽验收和换浆。槽孔隔离后，用反循环进行清槽。达到规定要求，经验收合格后进行换浆。
（10）混凝土浇筑。混凝土按照设计配合比准确计量拌制，并按水下混凝土导管法浇筑。
（11）起拔隔离体。待初凝后用起拔油缸松动隔离体，达到墙体自立强度后，起拔隔离体。
四、工程实例
1．工程概况
长江重要堤防隐蔽工程粑铺长江干堤防渗工程位于长江中下游右岸湖北省鄂州市境内，上起鄂州市白浒镇、下止鄂州市城区洋澜堤闸，堤线全长约42.3km，为长江干流二级堤防。该防渗堤段堤身填土主要由壤土和黏土组成。上部为黄色黏土、壤土、砂壤土、细砂不等厚互层或呈透镜状分层，厚5（15.0）ｍ；下部为灰黑色黏土夹砂壤土、壤土透镜体，厚度I（24.0）ｍ。堤段桩号112＋200～114＋790，115＋516～116＋280两段含砾质土，砾质土分布在深度2～5.0ｍ，主要成分为石英砂岩，粒径30～40cm，采用射水法、链锯法和深层搅拌工法等均不能适应该地层，故采用拉槽法造塑性混凝土防渗墙，工程量26753.8ｍ2。
2．成槽（墙）工艺参数（见表2）
表2 成槽（墙）工艺参数
| 成 槽 作 业 | 成 墙 作 业 | ||
| 成槽宽度(cm) | 30 | 混凝土坍落度 (cm) | 18～22 |
| 成槽深度(m) | 10～25 | 混凝土扩散度 (cm) | 34～40 |
| 成槽速度(m/min) | 1～1.5 | 导管间距 (m) | 3 |
| 刀具倾角(º) | 0～90 | 导管至槽机两端距离 (m) | 1.5 |
| 刀具给进力(kN) | 140 | 导管底口距孔底距离 (cm) | 15～25 |
| 空压机气压(Mpa) | 0.4 | 导管乾埋深 (m) | 1.5～6 |
| 空压机排气量(m3) | 9 | 混凝土上升速度 (m/h) | ≥2 |
| 泥浆粘度(s) | 20 | 混凝土面上升高差 (cm) | ≤0.5 |
| 泥浆失水量(ml/30min) | 30 | 沉渣厚度 (cm) | ≤10 |
（作者为水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院党委书记、副院长）
责任编辑 纪红