銑槽機(jī)在地下連續(xù)墻入巖成槽施工中的應(yīng)用

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概況

1.1 工程情況

福州軌道交通1號(hào)線上藤站位于福州市倉(cāng)山區(qū)六一南路南北方向的中藤路下，上藤路東北側(cè)。

車站為地下3層島式車站，主體結(jié)構(gòu)外包長(zhǎng)137.6 m，寬23.2 m。開挖深度標(biāo)準(zhǔn)段為22.3～22.7 m，南端頭井段基坑深度約為24.1 m，北端頭井段基坑深度約為24.9 m，本車站附屬結(jié)構(gòu)主要為4 個(gè)出入口和3 個(gè)風(fēng)井。1#～4#出入口基坑深度分別約7 m和10 m，1#風(fēng)井基坑深度約為14 m，2#風(fēng)井基坑深度約為15 m，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐體系圍護(hù)形式。根據(jù)周圍環(huán)境條件，基坑開挖的保護(hù)等級(jí)為一級(jí)基坑。主體結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)使用年限為100 年，安全等級(jí)為一級(jí)。

主體圍護(hù)形式采用地下連續(xù)墻，槽段最深34.5 m，最淺28 m，地下連續(xù)墻厚0.8 m，共計(jì)58 幅。

上藤站在盾構(gòu)施工階段南端頭井為三叉街—上藤站區(qū)間的盾構(gòu)接收井，北端頭井為上藤站—達(dá)道站區(qū)間的始發(fā)井（此區(qū)間為下穿閩江段）。由于上藤路道路寬度不夠，無(wú)轉(zhuǎn)彎半徑，而且受11 kV架空高壓電線影響，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)上藤站南端后由路面轉(zhuǎn)運(yùn)至北端不具備條件，因此只能采取盾構(gòu)機(jī)站內(nèi)過(guò)站。我項(xiàng)目部通過(guò)與業(yè)主方及設(shè)計(jì)方屢次溝通，對(duì)車站的主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻進(jìn)行了減薄處理。經(jīng)設(shè)計(jì)方上海市軌道交通隧道工程設(shè)計(jì)研究院驗(yàn)算，在增加鋼筋用量的基礎(chǔ)上將地下3 層的側(cè)墻厚度由900 mm改為800 mm，這樣就可將中柱與側(cè)墻的凈距由6 400 mm增加至 6 500 mm，以滿足Φ6 480 mm盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)過(guò)站的要求。

從Φ6 480 mm盾構(gòu)機(jī)尺寸與結(jié)構(gòu)凈空尺寸6 500 mm來(lái)看，我項(xiàng)目部認(rèn)為主體結(jié)構(gòu)尺寸已達(dá)到極限，施工控制要點(diǎn)必須放在圍護(hù)結(jié)構(gòu)即地下連續(xù)墻施工上。在施工中必須確保地下連續(xù)墻不能侵入結(jié)構(gòu)界限，為后續(xù)的主體結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造有利條件。這樣，地下連續(xù)墻垂直度控制尤為關(guān)鍵。

1.2 地質(zhì)情況

1.2.1 地質(zhì)勘查報(bào)告

上藤站地巖面變化較大，極不均勻，風(fēng)化巖層強(qiáng)度較高，地下連續(xù)墻成槽過(guò)程中，不僅需要穿越殘積礫質(zhì)黏土層、全風(fēng)化花崗巖層，還需穿越散體強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層及強(qiáng)度較高的中等風(fēng)化花崗巖層。

地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵在于成槽，但是入巖段的成槽速度相當(dāng)緩慢，極有可能造成槽壁坍塌而影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，而地下連續(xù)墻垂直度控制尤為關(guān)鍵。因此成槽施工是本工程地下連續(xù)墻施工的重點(diǎn)控制工序。從地質(zhì)斷面分布情況看，在殘積礫質(zhì)黏土層中單純采用抓斗成槽完全可行，但在進(jìn)入全風(fēng)化花崗巖層后功效就將大為降低，在進(jìn)入散體強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層和碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層后，單純使用液壓抓斗無(wú)法成槽，在中等風(fēng)化花崗巖層中更是不能使用普通成槽機(jī)直接抓土成槽。

1.2.2 實(shí)際施工地質(zhì)情況

我項(xiàng)目部在上藤站基坑土方開挖過(guò)程發(fā)現(xiàn)碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖有標(biāo)高抬高現(xiàn)象。碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度較高，普通挖機(jī)根本無(wú)法挖動(dòng)，必須采用鎬頭機(jī)進(jìn)行破碎鑿除。

1.3 周邊環(huán)境

本工程位于福州市區(qū)，環(huán)境較為復(fù)雜，上藤路現(xiàn)狀為東南—西北向的單行道，路幅寬約11 m，車流量較小。西側(cè)為多層居民樓（商鋪）距離基坑為25.1 m；福泰餅廠距離基坑最近為20.9 m。東側(cè)為太平巷市場(chǎng)綜合樓、福州市第二醫(yī)院（距離為43.5 m）、工地項(xiàng)目部。北側(cè)為上藤路、太平巷、萬(wàn)春巷道路交叉口，北側(cè)為臨時(shí)用地。

2 選用銑槽機(jī)原因分析[1-6]

2.1 合同履約情況分析

我項(xiàng)目部于2011年5月與福州地鐵有限責(zé)任公司簽訂福州市軌道交通1號(hào)線07合同段工程合同，工作內(nèi)容包括兩車站（上藤站、三叉街站），兩區(qū)間（上藤站—三叉街站區(qū)間、達(dá)道站—上藤站區(qū)間）的土建結(jié)構(gòu)施工，合同總工期為2011年5月5日至2013年11月4日。

上藤站地下連續(xù)墻合同開工日期為2011年5月5日，由于受前期動(dòng)拆遷、管線搬遷、名樹保護(hù)等各方面原因影響，實(shí)際開工日期為2012年6月18日，致使實(shí)際開工日期較原合同約定開工日期滯后逾1 年。為響應(yīng)業(yè)主方2015年城運(yùn)會(huì)前地鐵通車的目標(biāo)，我項(xiàng)目部按業(yè)主要求采取趕工措施，增加設(shè)備投入，引進(jìn)銑槽機(jī)進(jìn)行施工，以加快工程進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)階段性工期要求。將原合同中地下連續(xù)墻施工采取抓斗成槽機(jī)與沖擊鉆機(jī)配合的方式改為抓銑結(jié)合并配置沖擊鉆機(jī)以輔助地下連續(xù)墻施工。具體方法為采用重型液壓抓斗成槽機(jī)進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工，液壓抓斗施工入全風(fēng)化巖層，待液壓抓斗抓不動(dòng)后，立即改用銑槽機(jī)接著成槽施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)沖擊鉆機(jī)在銑槽機(jī)維護(hù)期間進(jìn)行輔助成槽施工，確保工程施工不停滯，使業(yè)主方2015年城運(yùn)會(huì)前地鐵通車的目標(biāo)成為可能。

2.2 施工工藝和機(jī)械選擇分析

目前國(guó)內(nèi)地下連續(xù)墻成槽機(jī)械主要有三種：雙輪銑槽機(jī)、抓斗成槽機(jī)、沖擊式鉆機(jī)，其主要特點(diǎn)見表1。

表1 地下連續(xù)墻施工機(jī)械對(duì)比

比較以上三種成槽機(jī)械主要特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、周邊環(huán)境、施工工期、施工質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)成本情況等，決定采取抓銑結(jié)合的方式進(jìn)行施工，同時(shí)沖擊鉆機(jī)在銑槽機(jī)維修期間輔助使用。具體分析情況如下：

2.2.1 地質(zhì)條件分析

根據(jù)《福州市軌道交通1號(hào)線工程（上藤站）巖土工程勘查報(bào)告》（詳勘），我項(xiàng)目部在進(jìn)行上藤站地下連續(xù)墻施工籌劃時(shí)將上藤站每幅地下連續(xù)墻入散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖深度進(jìn)行列表，最淺入巖5.3 m，最深達(dá)16.2 m，平均超過(guò)12 m。

對(duì)于此種地質(zhì)條件，再根據(jù)目前國(guó)內(nèi)地下連續(xù)墻成槽機(jī)械選型，可以有2 套施工方案進(jìn)行施工。第1套施工方案：采用抓斗成槽機(jī)與沖擊鉆機(jī)配合使用的方式進(jìn)行施工；第2套施工方案：采取抓銑結(jié)合并配置沖擊鉆機(jī)以輔助地下連續(xù)墻施工的方式進(jìn)行施工。通過(guò)分析，計(jì)劃采用第1套方案即抓斗成槽機(jī)挖至散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖至挖不動(dòng)后再用2 臺(tái)沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行沖擊鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，鉆孔成排孔布置形成整幅地下連續(xù)墻后再下鋼筋籠、澆筑混凝土。同時(shí)為防止工期上存在嚴(yán)重滯后的情況發(fā)生，備用方案為第2套方案，采取抓銑結(jié)合的方式進(jìn)行施工，即用抓斗成槽機(jī)挖至抓不動(dòng)，然后用銑槽機(jī)成槽至設(shè)計(jì)標(biāo)高。此備用方案的前提條件是在施工導(dǎo)墻時(shí)應(yīng)先將導(dǎo)墻施工成][形，以滿足銑槽機(jī)的地面荷載要求。

2.2.2 周邊環(huán)境分析

從工程周邊環(huán)境圖上看出，本工程周邊臨近福州市第二醫(yī)院和居民區(qū)，而根據(jù)工期安排，地下連續(xù)墻必須日夜連續(xù)施工才能確保業(yè)主方要求2015年地鐵通車的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，施工中要嚴(yán)格控制施工產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲對(duì)周邊居民方面帶來(lái)的影響，尤其針對(duì)福州市第二醫(yī)院方面提出施工產(chǎn)生振動(dòng)不能影響其精密醫(yī)療儀器正常的使用，并保證不至于損壞等特殊要求，因此從施工工藝和機(jī)械設(shè)備選擇上需要綜合考慮來(lái)采取合理的施工方法避免因施工擾民發(fā)生投訴而造成工程停滯現(xiàn)象的產(chǎn)生。而本工程地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)上要求必須滿足入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖4.5 m以上或入中風(fēng)化花崗巖2 m以上的條件，這樣勢(shì)必在進(jìn)行成槽入巖施工時(shí)將會(huì)產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲。比較銑槽機(jī)、抓斗成槽機(jī)和沖擊式鉆孔機(jī)成槽施工的特點(diǎn)，銑槽機(jī)具有低沖擊、低振動(dòng)和噪聲小的特點(diǎn)恰好能解決以上問(wèn)題，因此本工程選擇銑槽機(jī)進(jìn)行日夜施工。

2.2.3 施工工期分析

上藤站第1幅地下連續(xù)墻A-10采用成槽機(jī)與2 臺(tái)沖擊鉆機(jī)配合施工，于2012年8月3日7：58開始，至2012年8月11日1：10距設(shè)計(jì)標(biāo)高還差6 m，共耗時(shí)8 d?？偨Y(jié)第1幅地下連續(xù)墻的施工過(guò)程，我項(xiàng)目部又認(rèn)真重排地下連續(xù)墻施工工期并多次召開專題會(huì)議，認(rèn)為若依此方法施工，上藤站地下連續(xù)墻共58 幅，約需耗時(shí)464 d，顯然業(yè)主方要求2015年城運(yùn)會(huì)前地鐵通車的目標(biāo)根本不可能完成，而與業(yè)主方所簽訂合同約定工期為2011年5月5日至2013年11月4日，實(shí)際上藤站因受前期動(dòng)拆遷、管線搬遷、保護(hù)古樹等各方面原因的影響，致使開工日期較原合同約定開工日期滯后逾1 年（即2012年6月18日完成主體結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)拆遷工作后才進(jìn)場(chǎng)施工）。本著為工程著想的目的經(jīng)慎重考慮決定舉全公司之力，克服困難，將福州地鐵07標(biāo)作為公司重點(diǎn)，立即從上海調(diào)撥1 臺(tái)銑槽機(jī)及相應(yīng)配套設(shè)備至上藤站進(jìn)行地下連續(xù)墻施工。

從第1幅未完成的地下連續(xù)墻就開始采取第2套方案即抓銑結(jié)合的方式進(jìn)場(chǎng)成槽施工，具體方法為先采用抓斗成槽機(jī)成槽至抓不動(dòng)，然后再用銑槽機(jī)成槽至設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)為趕進(jìn)度，在銑槽機(jī)因在巖層掘進(jìn)時(shí)過(guò)度使用而進(jìn)行維修期間，采用與沖擊鉆機(jī)配合使用的方法進(jìn)行施工，力求使成槽施工不停滯，從第1幅地下連續(xù)墻至第58幅地下連續(xù)墻結(jié)束僅耗時(shí)94 d，節(jié)約工期370 d，完成業(yè)主方要求2015年城運(yùn)會(huì)前地鐵通車的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)成為了可能。

福州軌道交通1號(hào)線另一個(gè)標(biāo)段為盾構(gòu)閩江過(guò)江接收站，同為地下3 層，地下連續(xù)墻幅數(shù)相差不多，其地下連續(xù)墻施工采用的是第1套施工方案（即抓斗成槽機(jī)與沖擊鉆機(jī)配合使用的方式）進(jìn)行施工，實(shí)際耗時(shí)約14 個(gè)月。

2.2.4 成槽施工質(zhì)量分析

成槽施工是地下連續(xù)墻施工中必須控制的關(guān)鍵工序，成槽施工質(zhì)量的優(yōu)劣決定了地下連續(xù)墻的質(zhì)量。采取第2套抓銑結(jié)合方案施工，銑槽機(jī)進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽時(shí)槽壁垂直度高，槽壁光滑平整，不易塌方，為后期主體結(jié)構(gòu)順利施工又能贏得施工時(shí)間。而采取第1套抓斗成槽機(jī)配合沖擊鉆孔方式施工時(shí)，槽段垂直度差，槽壁不平整，易塌方影響周邊環(huán)境。

尤為關(guān)鍵的是本工程盾構(gòu)機(jī)由于施工場(chǎng)地周邊環(huán)境限制，只能采取在地下3層站內(nèi)過(guò)站的方式進(jìn)行移動(dòng)，必須確保地下連續(xù)墻不能侵限，因此從成槽施工質(zhì)量分析，采用銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工應(yīng)為首選方案。

2.2.5 經(jīng)濟(jì)成本分析

（a）使用銑槽機(jī)進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工時(shí)混凝土導(dǎo)墻的施工不同于抓斗成槽機(jī)施工導(dǎo)墻，我公司選用的銑槽機(jī)型號(hào)為寶峨CBC-33型，為德國(guó)寶峨公司生產(chǎn)，自重達(dá)130 t，其施工工藝見圖1。由于銑槽機(jī)施工時(shí)緊貼槽壁而且質(zhì)量超過(guò)成槽機(jī)約53 t，因此成槽施工前混凝土導(dǎo)墻施工尤為關(guān)鍵。使用銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工導(dǎo)墻必須做出][形，并設(shè)置圈梁，在導(dǎo)墻施工上會(huì)增加少量成本。

（b）銑槽機(jī)及其配套設(shè)備規(guī)格高、數(shù)量多、調(diào)遷費(fèi)用大。

（c）銑槽機(jī)及其配套設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜、費(fèi)用高。

（d）銑槽機(jī)及其配套設(shè)備耗材均為進(jìn)口產(chǎn)品，進(jìn)貨時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用較大，其中銑齒總耗量8 337 個(gè)。

圖1 銑槽機(jī)施工工藝示意

綜合以上分析，采用銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工從有形經(jīng)濟(jì)成本上來(lái)看費(fèi)用較大，但如采用第1套抓斗成槽機(jī)配合沖擊鉆孔方式施工，在地下連續(xù)墻施工工期上要延長(zhǎng)超過(guò)1年，同時(shí)地下連續(xù)墻施工質(zhì)量較差將增加混凝土方量以及由此造成的混凝土的鑿除費(fèi)用，極大地制約了后續(xù)主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度；而且工地周圍居民樓較多，還有醫(yī)院以及一些危房，因?yàn)檎駝?dòng)、噪聲而引起擾民并造成工程停滯不前的無(wú)形成本增大，兩者比較實(shí)際費(fèi)用相差不大。

3 銑槽機(jī)的施工效果

現(xiàn)在上藤站已經(jīng)結(jié)構(gòu)封頂，并且先期由三叉街始發(fā)到達(dá)上藤站的下行線盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)順利完成了站內(nèi)過(guò)站的任務(wù)。由我項(xiàng)目部施工的標(biāo)段與福州市軌道交通1號(hào)線另一標(biāo)段比較，采取抓銑結(jié)合的方式進(jìn)行施工是非常合理的。我公司在整個(gè)地下連續(xù)墻施工階段采取了實(shí)際行動(dòng)積極履行合同義務(wù)，在上藤站主體結(jié)構(gòu)封頂后，另一標(biāo)段地下連續(xù)墻施工還未全部結(jié)束。

從上藤站地下連續(xù)墻施工效果來(lái)看，決定采取抓銑結(jié)合的方式在福州軌道交通1號(hào)線上藤站進(jìn)行施工是正確的。銑槽機(jī)在針對(duì)入巖施工方面無(wú)論在工程質(zhì)量還是進(jìn)度上都取得了成功，尤其在聲譽(yù)方面贏得了福州市工程界的好評(píng)。