雙輪銑槽機在硬巖地層地下連續(xù)墻施工中的應(yīng)用

張緒鵬

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

0 引言

液壓雙輪銑槽機作為目前最先進(jìn)的地下連續(xù)墻施工設(shè)備，具有成槽施工效率和精度高、槽形規(guī)則、安全環(huán)保、噪聲低、振動小等優(yōu)點，它對地層適應(yīng)性強，可以在淤泥、粉土、砂、礫石、卵石及硬巖等各類地層中開槽施工，尤其是在硬巖中，不僅開挖槽孔的速度快，而且槽孔的垂直度高，有效地改善了沖擊鉆、旋挖鉆等傳統(tǒng)成槽設(shè)備在硬巖地層功效低、噪音、塌孔等問題。本文通過雙輪銑槽機在硬巖地層地下連續(xù)墻施工中的成功應(yīng)用，闡述了雙輪銑槽機的工作原理、施工工藝、施工工效等主要技術(shù)特點，具有較好的工程實際應(yīng)用價值。

1 工程背景

1.1 工程概況

廣州地鐵某車站為地下三層島式站臺車站，呈東西走向，全長200 m，基坑寬度為35 m，基坑深為40 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻設(shè)計共110幅，墻厚1 200 mm，墻高約42～44 m，標(biāo)準(zhǔn)段幅寬6 m，采用H型鋼接頭。車站周邊有汽車站、酒店、居民樓等建筑，基坑地層自上而下為：素填土(厚1.6 m)、粉細(xì)砂(厚3.9 m)、粉質(zhì)黏土(厚4.21 m)、可塑狀黏土(厚5.10 m)、硬塑狀黏土(厚9.13 m)、全風(fēng)化混合體花崗巖(厚4.67 m)、強風(fēng)化混合花崗巖(厚4.92m)、中風(fēng)化混合花崗巖(厚21.56 m)、微風(fēng)化混合花崗巖(厚8.94 m)，中風(fēng)化混合花崗巖抗壓強度為220～400 kPa，微風(fēng)化混合花崗巖抗壓強度約800 kPa。

1.2 機械選型

車站的地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖面東低西高，坡度較大，且?guī)r面線高，強度大，結(jié)合類似地質(zhì)條件下以往的施工經(jīng)驗，若采用傳統(tǒng)的沖擊鉆成槽工藝，槽孔垂直度較難控制，容易造成偏孔?；又苓呌芯用駞^(qū)、酒店、汽車站等，人流密集，對施工功效、噪音控制、環(huán)保等要求較高，此外，夜間無法施工，工期較短，沖擊鉆及旋挖鉆等成槽施工效率低，施工速度慢，無法滿足工期要求。經(jīng)過綜合考察和經(jīng)濟技術(shù)對比分析，最終選擇了意大利土力SC-135雙輪銑槽機進(jìn)行巖層開槽施工。

2 雙輪銑槽機工作原理

土力SC-135雙輪銑槽機設(shè)備的主要工作部位為銑刀架部位，銑刀架帶有液壓和電氣控制系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動下部兩個輪軸轉(zhuǎn)動，水平切削、破碎地層，采用反循環(huán)出碴。銑槽時，兩個銑輪低速轉(zhuǎn)動，方向相反，其銑齒將地層圍巖銑削破碎，中間液壓馬達(dá)驅(qū)動泥漿泵，通過銑輪中間的吸砂口將鉆掘出的巖渣與泥漿混合物排到地面泥漿站進(jìn)行集中除砂處理、然后將凈化后的泥漿返回槽段內(nèi)，如此往復(fù)循環(huán)，直至終孔成槽。

雙輪銑槽機可以做到信息化施工，銑頭部分安裝了傳感器，實時傳輸掘進(jìn)工作參數(shù)，在操作屏上可以直觀地看到雙輪銑槽機的工作狀態(tài)，通過調(diào)整糾偏板和調(diào)整銑槽速度實時進(jìn)行糾偏，可以有效地控制槽孔的垂直度。

3 地下連續(xù)墻施工工藝

3.1 施工工藝的選擇

根據(jù)車站地質(zhì)，上部土層有淤泥及粉細(xì)砂層等軟弱地質(zhì)，長時間暴露容易發(fā)生塌孔，下部花崗巖層強度高，巖層坡度走勢無規(guī)律可循，造成地下連續(xù)墻成槽施工困難，垂直度無法精確控制，且下部巖石成槽時間長，如果不能及時成槽澆筑混凝土，會擾動已成槽的土層發(fā)生塌孔。本項目地下連續(xù)墻采用液壓抓斗成槽機和雙輪銑槽機相配合的施工方式，液壓抓斗成槽機主要進(jìn)行土層施工，中微風(fēng)化花崗巖地層采用雙輪銑槽機進(jìn)行成槽施工。同時，由于微風(fēng)化地層巖石強度較高，采用純銑工藝仍無法滿足施工要求，為提高成槽效率，在微風(fēng)化地層采用旋挖鉆引孔和雙輪銑相結(jié)合的方式進(jìn)行施工，以提高功效。

3.2 地下連續(xù)墻施工工藝

3.2.1 連續(xù)墻槽段劃分

連續(xù)墻施工采用跳槽法，根據(jù)槽段長度與成槽機的開口寬度，確定出Ⅰ序槽和Ⅱ序槽，先施工Ⅰ序槽，再施工Ⅱ序槽，Ⅰ序槽槽段長為6 m，采用三刀切削法施工，前兩刀先對稱切削兩側(cè)部位，長度約為2.5 m，經(jīng)過前兩刀的切削后中間部位剩余約1～2 m的未切削槽段，再切削第3刀。Ⅱ序槽段長度根據(jù)實際情況確定，Ⅰ序槽和Ⅱ序槽采用H型鋼接頭。

3.2.2 導(dǎo)墻施工

1)槽段開挖前，應(yīng)沿地下連續(xù)墻軸線構(gòu)筑導(dǎo)墻，以防止地表土的坍塌，保證成槽精度。

2)為保證抓斗、雙輪銑、鋼筋籠進(jìn)出較為順利，導(dǎo)墻需外放50～100 mm，其凈距允許偏差為±10 mm。

3)導(dǎo)墻中心線應(yīng)與地下連續(xù)墻軸線重合，軸線允許偏差為±10 mm。

4)導(dǎo)墻頂標(biāo)高比地面高100 mm，防止場地內(nèi)泥漿流入導(dǎo)墻內(nèi)。同時需要設(shè)置溢漿孔，防止成槽過程中泥漿溢至導(dǎo)墻外，避免影響文明施工。

5)導(dǎo)墻深度達(dá)到2 m時必須放坡開挖，混凝土澆筑完成后，采用黏土夯實，嚴(yán)防漏漿，防止地表水滲入槽內(nèi)，引起槽段塌方。

3.2.3 泥漿制備

泥漿主要是在地下連續(xù)墻挖槽過程中起護(hù)壁作用，泥漿具有一定的密度，在槽內(nèi)對槽壁產(chǎn)生一定的靜水壓力，相當(dāng)于一種液體支撐，槽內(nèi)泥漿面如高出地下水位0.5～1.0 m，能防止槽壁坍塌。 在開槽過程中，需及時補充泥漿，始終保持泥漿液面距離導(dǎo)墻面0.2 m左右，并高于地下水位1 m以上。根據(jù)環(huán)保要求，做好廢漿處理。

3.2.4 雙輪銑成槽施工

強風(fēng)化花崗巖以上的各層開挖采用液壓抓斗成槽機進(jìn)行施工，中微風(fēng)化花崗巖地層采用雙輪銑槽機進(jìn)行成槽施工，雙輪銑施工控制要點如下：

1)開槽施工前，雙輪銑銑頭要精確定位，雙輪銑的中心線和地連墻的軸線要重合，偏差控制在±5 cm以內(nèi)。再在導(dǎo)墻頂部用液壓固定架固定住銑刀架，并用全站儀做初始校核，以保證槽孔垂直精度控制在1.5‰以內(nèi)。

2)銑進(jìn)速度應(yīng)緩慢均勻，遇到巖石時銑進(jìn)速度控制在0.3～0.6 m/min，防止兩側(cè)受力不均造成偏斜，控制好銑進(jìn)速度是保證地連墻垂直度的關(guān)鍵。

3)成墻厚度：為保證成墻厚度，應(yīng)根據(jù)銑頭刀片磨損情況定期測量刀片外徑，當(dāng)磨損達(dá)到2 cm時必須對刀片進(jìn)行修復(fù)。

4)墻體均勻度：為確保墻體質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)過程中的注漿均勻性以及由氣體升揚置換墻體混合物的沸騰狀態(tài)，槽段開挖完畢，應(yīng)檢查槽位、槽深、槽寬及槽壁垂直度，合格后方可進(jìn)行后續(xù)工作。

3.2.5 技術(shù)措施

3.2.5.1 防止槽壁坍塌措施

本工程地連墻成槽穿越淤泥層及粉細(xì)砂層等不良地層，容易發(fā)生塌孔，主要采取以下措施確保槽壁穩(wěn)定：

1)改善泥漿性能：適當(dāng)增大泥漿比重，提高泥漿黏度，增大槽內(nèi)泥漿壓力，施工中及時補漿，始終保持泥漿液面穩(wěn)定，保證泥漿液面比地下水位高0.5～1 m。

2)減小施工影響：a.機械操作要平穩(wěn)，盡量減少抓斗對槽壁的碰撞和引起泥漿振蕩。b.施工過程中控制地面的重載，圍護(hù)結(jié)構(gòu)15 m范圍內(nèi)臨時荷載必須≤20 kPa。c.安放鋼筋籠做到穩(wěn)、準(zhǔn)、平，防止因鋼筋籠上下移動而引起槽壁坍方。d.成槽后及時澆筑混凝土，盡量縮短槽壁的暴露時間。e.成槽過程增加對周圍建筑物沉降和位移以及地面的沉降監(jiān)測的頻次，及時反饋監(jiān)測信息，根據(jù)監(jiān)測信息制訂相關(guān)的措施。

3)在施工中，一旦出現(xiàn)塌槽后，要及時填入砂土，用抓斗在回填過程中壓實，并在槽內(nèi)和槽外(離槽壁1 m處)進(jìn)行注漿處理，待密實后再進(jìn)行挖槽。

3.2.5.2 槽壁加固措施

連續(xù)墻成槽前，對淤泥及粉細(xì)砂層進(jìn)行槽壁加固處理，于基坑外側(cè)采用單排600@450 mm單軸攪拌樁，加固深度從地面往下穿過淤泥、粉細(xì)砂層進(jìn)入不透水層0.5 m。

3.2.5.3 旋挖鉆引孔措施

由于車站墻體入微風(fēng)化巖層達(dá)10 m，施工時發(fā)現(xiàn)，齒輪出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損，損耗極大，施工效率非常低，成槽速度僅約0.5 m/h。以上情況出現(xiàn)后，重新對巖層進(jìn)行了研究，并取巖芯做巖石抗壓強度試驗，該花崗巖的最大單軸抗壓強度達(dá)到了800 kPa，且?guī)r石裂隙發(fā)育少、整體性好、強度較高。從巖石的特性、進(jìn)度和經(jīng)濟方面進(jìn)行綜合考慮，決定使用旋挖鉆配合施工。在銑槽之前用旋挖鉆在第1刀和第2刀的中間位置用旋挖鉆施工兩個直徑1.2 m的孔，減輕銑槽機齒輪磨損，提高成槽效率。經(jīng)改進(jìn)后，取得了良好的效果，引孔后微風(fēng)化巖層銑進(jìn)速度達(dá)到1～2 m/h。

3.2.6 驗槽清孔

挖槽結(jié)束后應(yīng)將槽底的沉渣等雜物清理干凈，槽底清理和置換泥漿1 h后，槽底500 mm高度以內(nèi)的泥漿密度≤1.15，槽底沉渣厚度≤100 mm。

3.2.7 混凝土灌注

地下連續(xù)墻水下混凝土灌注采用導(dǎo)管法，每幅墻均采用兩根導(dǎo)管進(jìn)行灌注，導(dǎo)管間距≤3.0 m，混凝土中導(dǎo)管埋深應(yīng)>500 mm，混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工，以確?；炷翝仓|(zhì)量。

4 功效對比分析

1)工藝對比：常規(guī)的沖擊鉆和旋挖鉆等成槽設(shè)備遇到硬巖時成槽垂直度較難控制，一旦發(fā)生偏孔很難糾偏，垂直度不易控制。沖擊巖層時振動較大，對槽壁會造成較大擾動，易造成槽壁坍塌。而雙輪銑槽機自帶垂直糾偏裝置，能有效地控制槽段垂直度，能做到隨銑隨糾。雙輪銑能做到信息化施工，能及時調(diào)整工作參數(shù)，有利于保證連續(xù)墻的施工質(zhì)量。

2)功效對比：雙輪銑槽機在巖層中特別是硬巖地層中的優(yōu)勢十分明顯，經(jīng)統(tǒng)計實際銑槽時間，中風(fēng)化地層銑槽速度為1.5 m/h，微風(fēng)化巖層旋挖鉆引孔和雙輪銑結(jié)合工藝銑槽速度可達(dá)到1～2 m/h，每幅地連墻成槽時間為2～3 d，較沖擊鉆成槽相比，成槽施工效率大大提高。

3)連續(xù)墻質(zhì)量對比：基坑開挖后對地連墻質(zhì)量進(jìn)行了驗收，墻面無露筋鼓包現(xiàn)象，接頭接縫良好，垂直度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。且接頭漏水少，減少了后期堵水的費用，墻面平整，無明顯鼓包現(xiàn)象，混凝土外觀質(zhì)量較好。

5 結(jié)語

本項目成功進(jìn)行了雙輪銑在硬巖地層地下連續(xù)墻的施工，取得了良好效果，實踐證明，雙輪銑槽機在硬巖地層中有著極大的優(yōu)越性，施工效率大大提高，有利于保證地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，為硬巖地層地下連續(xù)墻的施工提供了寶貴經(jīng)驗。