1 引言
在地下连续墙施工中，清孔换浆作业是施工过程中的关键工序，清孔效率、清孔质量对地下连续墙施工工期、质量安全有着较大影响，因此，选择优质、高效的清孔设备对清孔施工显得格外重要。
上海隧道工程有限公司（以下简称“上海隧道”）针对超深地下墙清孔换浆时间长、效率低，清孔不彻底等难题，和徐工集团工程机械有限公司（以下简称“徐工集团”）一起联合研发了地下连续墙专用清孔设备——XQK100自行式清孔机，并在上海市银都路越江隧道新建工程（以下简称“银都路隧道”）浦东段工作井地下连续墙施工中成功应用。通过实际应用和以往常规清孔设备和工具进行分析比较，总结新型清孔设备的优势和在未来超深地下连续墙工程推广应用的前景。
2 工程概况
2.1 工程概况
银都路隧道浦东段，含浦东工作井、浦东机架段、浦东2号明挖段（基坑）以及浦东3～4号明挖段（基坑）4个区域，本次主要施工范围为浦东工作井及浦东机架段，施工位置位于芦恒路上，基坑深约19.1～27.2m。工程平面如图1所示。
图1 银都路越江隧道新建工程（浦东段）平面设计图
银都路隧道浦东段地下连续墙厚0.8～1.2m，墙深31.5～60m，共计216幅，接头形式有十字钢板接头和GXJ橡胶止水带接头。该工程浦东段地下连续墙统计如表1所示。
表1 地下连续墙统计表
本次施工的银都路隧道浦东工作井、浦东机架段地下连续墙深度较深，施工难度较大。浦东工作井、浦东机架段围护结构施工工期短，需按时完成阶段性目标，故在项目总包部门要求下，需提高地下连续墙的施工进度的同时，还要确保施工质量及安全，不影响后期浦东工作井及机架段施工工序的计划安排。根据银都路浦东段工期要求、现场实际情况、施工成本等因素综合考虑后，为提高施工效率，在不影响施工质量及安全的前提下，决定采用上海隧道公司与徐工集团共同推进并研发的新型XQK100型清孔机配合SG70成槽设备进行浦东工作井、浦东机架段地下连续墙的施工。
3 XQK100型清孔机设备简介及施工工艺
3.1 XQK100清孔机简介
XQK100型清孔机设备作业原理：开启主机上的泥浆泵，将少量新鲜泥浆通过主机上的进浆管与总成上泥浆管传输至总成下端的搅拌叶轮，产生的泥浆压力使其旋转，将底部泥浆与沉渣进行搅拌，通过搅拌减少泥沙沉淀。同时，采用潜水排渣泵将槽段底部的泥浆及沉渣通过排渣管抽离最后从主机出渣管排出，在排渣的同时在槽段上口补充新鲜泥浆，以达成清孔换浆的目的。XQK100新型清孔机如图2所示。
图2 XQK100新型清孔机实物图
XQK100型清孔机主要由主机与清孔装置总成2部分组成，其中，主机主要由泥浆泵、进浆管、出渣管、排渣管卷盘、电缆卷盘、排渣管卷盘、电缆卷盘及备用卷扬等部件组成。XQK100新型清孔机设备主机如图3所示。
图3 XQK100新型清孔机设备主机图
清孔装置总成主要由搅拌叶轮、潜水排渣泵、螺杆马达、泥浆管、排渣管和电缆等主要部件组成，如图4所示。
图4 清孔装置总成详图
XQK100新型清孔机具有用油、电2种模式，清孔换浆施工作业直接省略了接、拆浆管工序，有效减少了工序时间，从而可以减少槽段暴露时间，降低槽段塌方的风险，确保槽段施工质量。
3.2 XQK100型清孔机施工工艺流程
3.2.1 清孔机就位
完成槽段成槽，清孔机移动至槽段边的工作位置，吊放1只容纳15m3泥浆箱置于清孔机附近，用以配合清孔机清孔时临时储存回收的泥浆。
3.2.2 下放清孔装置
清孔机、泥浆箱就位，进行新浆输送的泥浆管排布，对设备各项操作性能检查无异常后下放清孔装置。清孔装置总成末端下放深度需控制在距离槽底50cm处，以此更好地提高设备的清孔效果。
3.2.3 清孔
下放到位后，操作人员开启清孔工作装置进行清孔作业施工，现场泥浆输送速率最大值为210m³/h，故将新型清孔机清孔速率控制在210m³/h以内，确保清孔速率应与泥浆输送速率保持一致，保证槽内泥浆液面不低于导墙顶面以下30cm。根据每个槽段的施工宽度，合理安排多个点位进行清孔作业（以5.5m标准幅为例，分别对左、右孔位及中孔进行清孔作业），确保槽段沉渣厚度和泥浆指标满足规范要求。
3.2.4 槽段指标检测
清孔过程中，槽段底部的泥浆指标以中转泥浆箱上出浆口泥浆性能指标为依据（比重1.03～1.1，黏度25～35s，含砂率小于4%，pH值8～10）。具体操作为在出浆口处取得槽底抽上来的泥浆，对该泥浆进行比重、黏度、含砂率、pH值这4方面指标进行检测。清孔指标符合要求后即可关闭搅拌装置及泥浆泵，提起清孔装置总成，完成槽段清孔换浆工序；反之，则需继续清孔换浆，直至出浆口处清孔泥浆的性能指标满足要求后，方可停止清孔换浆，进行后续工序施工。
4 应用情况
银都路隧道浦东工作井地下连续墙原计划采用传统反循环清孔管或在吊车配合下直接采用泥浆泵传统反循环清孔设备进行清孔作业，原计划2.5天/幅，预计53d完成。通过多方面的商讨，最终决定采用上海隧道和徐工集团联合研制最新的XQK100型反循环清孔设备来替代传统清孔管清孔的方式，完成了21幅工作井地下连续墙。根据工作井21幅地下连续墙的施工完成情况，编制施工完成情况如表2所示。
表2 清孔施工效率表
表2中前3幅地墙清孔效率较慢，主要是在设备及泥浆后台供给量调试阶段，当XQK100型清孔机调式完成后，清孔效率逐步提高，XQK100型清孔机泥浆输送速率最大值为300m³/h。上海隧道公司由于后台泥浆系统的供给量限制，故将XQK100型清孔机泥浆输送速率控制在210m³/h以内，与后台供给量同步。从表2中可以看出，在效率提升的同时泥浆质量也完全达到规范规定要求。本工程浦东工作井21幅地下连续墙共计施工用时48d，实际施工效率平均2.2d/幅，相对于原计划采用传统清孔工艺完成时间提早了5d，超前完成了施工工期目标。
5 XQK100型清孔设备的优势
前期进场作业的浦东工作井共计21幅地下连续墙，包含6幅异形幅及15幅标准幅，21幅地下连续墙中除N-06异形幅采用传统清孔方式外，其余20幅均采用XQK100型清孔机进行清孔施工。取与N-06相同类型的地下连续墙施工数据进行对比，以便更清晰地体现采用新型清孔机清孔与传统清孔设备方式清孔的实际对比效果：5幅异形幅地下连续墙采用XQK100新型清孔机清孔，共计用时12.36h，每幅地墙平均用时2.47h；N-06地下连续墙采用传统清孔管进行清孔作业，纯清孔用时7.3h（不包含拆装清孔管时间）。根据6幅转角幅地下连续墙清孔用时、换浆方量等数据统计，编制清孔效率表如表3所示。
表3 清孔效率表
通过表3中的清孔管清孔与XQK100型清孔机的施工对比数据可见，相较于清孔管清孔，新型清孔机的应用大大提高换浆效率，且省去了清孔管接、拆管时间，减少槽段暴露时间，减小槽段发生塌方的风险，提高了槽段施工质量。
在施工过程中，XQK100型清孔机无需其他设备辅助就可以独立完成清孔作业，且该设备适用于各种厚度的地下连续墙，目前施工深度最大可达100m，清孔能力最高能达到300m³/h，采用新型清孔机各方面的施工能力与传统清孔设备清孔之间优劣差距相当的明显，可以更出色地完成清孔作业，确保施工质量及安全。
传统清孔设备产生的噪音较大，在居民较为密集的区域使用，将会严重影响周边居民的日常生活，在不得已的情况下需进行分时作业，影响了施工效率，严重时可能造成质量安全等的一系列问题。而XQK100型清孔机分为油、电双模式，在用电的情况下产生的噪音较小，对周边居民基本没有任何影响，避免了由于噪音影响而产生的分时作业等情况发生，故采用新型清孔机在确保施工功效的同时，又可以更好地提高施工质量及安全。
6 结语
根据XQK100型清孔在前期工作井21幅地下连续墙的应用中的优良表现，故在后续浦东机架段的地下连续墙上仍采用该清孔机配合施工。
XQK100型清孔机在银都路隧道浦东段所有地下连续墙中的应用将清孔时间由原来9～11h缩短至1.8～3.3h，清孔用时同比减少70%，清孔用时大大缩短，在满足施工质量的同时，又降低槽段发生塌方的风险，提高施工效率。工作井采用清孔机清孔的20幅地下连续墙中，其中，前12幅采用柴油动力进行清孔，耗油量667L，平均耗油量55.57L/幅；后续地下连续墙清孔均采用电力驱动，在保持既有清孔效率及效果的同时，大大降低了施工成本。对于工期形势较为严峻、周边环境复杂、施工质量标准要求严格等地下连续墙项目，清孔机清孔相较于其他清孔方式更为高效、便利。
摘自《上海隧道》