土力雙輪銑在地下連續(xù)墻施工中的應(yīng)用

王 雷

(中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300222)

1 工程概況

廣州地鐵22號(hào)線番祈中間風(fēng)井長(zhǎng)87m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.54m，基坑深38.78m，盾構(gòu)端頭井段寬32.1m，深41m。盾構(gòu)井段采用砼支撐，標(biāo)準(zhǔn)段采用三道砼支撐+三道鋼支撐，為地下四層、雙柱三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，用明挖施工法施工。主圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用1.2m厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻槽深41～45m。

番祈中間風(fēng)井地層從上到下主要為素填土、中粗砂層、沖積洪積黏性土層、淤泥質(zhì)土層、殘積土層、花崗巖全風(fēng)化層帶(6H)、混合花崗巖全風(fēng)化層帶(6Z)、花崗巖強(qiáng)風(fēng)化帶(7H)、混合花崗巖強(qiáng)風(fēng)化帶(7Z)、花崗巖中等風(fēng)化帶(8H)、混合花崗巖中等風(fēng)化帶(8Z)等(見(jiàn)圖1)。

圖1 地質(zhì)剖面

花崗巖中等風(fēng)化帶(8H)RQD值20%～40%，平均抗壓強(qiáng)度24MPa；混合花崗巖中等風(fēng)化帶(8Z)RQD值25%～40%，平均抗壓強(qiáng)度24.2MPa；花崗巖微風(fēng)化帶(9H)RQD值70%～80%，平均抗壓強(qiáng)度67.6MPa；混合花崗巖微風(fēng)化帶(9H)RQD值70%～80%，平均抗壓強(qiáng)度83.38MPa。

2 現(xiàn)場(chǎng)布置及施工原理

土力SC-135雙輪銑最大切割深度120m，工作重量為205t，最大切割扭矩為2×153kN·m，適用槽寬2800～3200mm，適用槽厚800～1800mm。土力SC-135雙輪銑設(shè)備主要由土力雙輪銑(1)、成槽機(jī)(2)、起重設(shè)備(3)、泥漿制備(4)及篩分系統(tǒng)(5)等組成。現(xiàn)場(chǎng)布置見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)布置

主要工作部位為銑刀架，提引器可使刀架90°旋轉(zhuǎn)，銑刀架高約12m、重約40t，刀架帶有電氣與液壓控制系統(tǒng)，底部安裝3個(gè)水平向排列的液壓馬達(dá)，馬達(dá)兩側(cè)裝有銑齒的銑輪。作業(yè)中，兩個(gè)銑輪分別按相反方向低速轉(zhuǎn)動(dòng)，用其銑齒使地層圍巖破碎銑削，通過(guò)銑輪中間的泥漿泵(450m3/h)吸沙口將破碎銑削的石渣與泥漿混合物排放至地面泥漿篩分機(jī)進(jìn)行處理，之后再使篩分后的泥漿返回槽段內(nèi),如此往復(fù)循環(huán)至成槽。銑刀架構(gòu)造見(jiàn)圖3。

圖3 銑刀架構(gòu)造

3 主要施工控制點(diǎn)

3.1 垂直度控制

土力DMS系統(tǒng)可相對(duì)于深度或時(shí)間顯示并記錄操作參數(shù)，操作員可實(shí)時(shí)獲得鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)備操作。土力的DMS控制室可通過(guò)DMS系統(tǒng)中的GPS設(shè)備鎖定機(jī)器位置(經(jīng)度及緯度)，通過(guò)DMS系統(tǒng)可記錄并傳輸操作過(guò)程中的工作參數(shù)。DMS系統(tǒng)也可連接個(gè)人電腦(PC)，演示出套銑接頭尺寸。通過(guò)3D軟件，可創(chuàng)建銑削項(xiàng)目的3D演示，可直接看出接頭質(zhì)量及垂直度(X，Y，Z)對(duì)成墻后的影響。

刀架的前后和左右側(cè)面上有12塊可獨(dú)立活動(dòng)的推板，操作員通過(guò)電腦屏幕上顯示的X軸、Y軸、Z軸數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)整推板位置實(shí)時(shí)調(diào)整刀架姿態(tài)。在調(diào)整推板的同時(shí)也可以通過(guò)兩個(gè)銑頭的扭矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行糾偏，兩個(gè)銑頭可以獨(dú)立或同時(shí)擺動(dòng)進(jìn)行糾偏。銑刀架推板及銑頭見(jiàn)圖4。

圖4 銑刀架推板及銑頭

3.2 工字鋼接頭處理

實(shí)際施工中，一序槽工字鋼外側(cè)采用沙包回填，工字鋼腹板到側(cè)壁寬40cm。二序槽施工時(shí)，由于雙輪銑刀架銑輪與工字鋼保持一定距離(10cm)，距離工字鋼腹板約35cm，對(duì)工字鋼接頭采取專(zhuān)門(mén)措施，對(duì)二序槽工字鋼腹板間充填的沙包進(jìn)行洗刷處理，以保證接頭質(zhì)量和防止開(kāi)挖過(guò)程中滲漏[1]。

3.2.1 鋼絲刷刷壁器

在抓斗末端斗齒安裝鋼絲刷刷壁器，該刷壁器固定于成槽機(jī)的斗架體上，通過(guò)成槽機(jī)的斗架體帶動(dòng)鋼絲刷刷壁器實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)地下連續(xù)墻刷洗面進(jìn)行清理刷壁。刷壁器采用螺栓連接，拆裝方便，由于成槽機(jī)斗架體自重比較大、上下卷?yè)P(yáng)機(jī)的速度快，能有效保證刷壁效果。鋼絲刷刷壁器見(jiàn)圖5。

3.2.2 刷壁鏟板

入巖部分，在銑槽機(jī)刀架上安裝刷壁鏟板，向外側(cè)尺寸約為35cm，為雙輪銑銑輪與工字鋼腹板的實(shí)際距離，鏟板寬度為82cm，既便于鏟板能嵌入工字鋼腹腔內(nèi)部，又利于鏟板在工字鋼腹腔內(nèi)的上下運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，隨著銑槽機(jī)刀架往下銑挖，鏟板緊貼著工字鋼腹板往下把腹板內(nèi)部的附著物鏟除，通過(guò)銑槽機(jī)糾偏系統(tǒng)，控制刀架的垂直度和左右方向，以確保鏟板緊貼腹板。鏟板實(shí)際上在刀架上左右各一個(gè)，對(duì)于左右兩側(cè)的工字鋼，刀架上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，都能起到相應(yīng)的刷壁作用。

刷壁鏟板與鋼絲刷刷壁器相比，利用了銑槽機(jī)刀架自重較大、垂直度控制較好和實(shí)時(shí)糾偏的特點(diǎn)，且刷壁鏟板的剛度高，附著在腹板上的混凝土也能通過(guò)刀架的反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)被鏟除。刷壁鏟板見(jiàn)圖6。

圖6 刷壁鏟板

3.2.3 防繞流鐵皮

在一序槽鋼筋籠工字鋼兩側(cè)焊接鍍鋅鐵皮，在一序槽混凝土澆筑時(shí)，利用混凝土流動(dòng)性和澆筑時(shí)混凝土的張力，打開(kāi)工字鋼兩側(cè)鍍鋅鐵皮，以阻擋混凝土向二序槽繞流，從而減少二序槽工字鋼腹板上的混凝土附著[2]。

3.3 雙輪銑銑輪選型

雙輪銑槽機(jī)銑輪上的銑齒按照地層適用性分為標(biāo)準(zhǔn)齒和錐齒?？筛鶕?jù)不同工程地質(zhì)特點(diǎn)，選用相適應(yīng)的銑輪。各種銑輪配置見(jiàn)圖7。

圖7 不同類(lèi)型的銑輪

3.4 泥漿篩分系統(tǒng)

泥漿篩分系統(tǒng)一直是地連墻施工比較頭痛的問(wèn)題，主要是篩分出來(lái)的渣土含水率高，成漿糊狀，現(xiàn)場(chǎng)文明施工難處理，另外渣土外運(yùn)時(shí)容易外泄，污染路面。對(duì)比寶峨銑槽機(jī)的篩分系統(tǒng)，土力采用了三級(jí)篩分，而寶峨采用的是兩級(jí)篩分，所以，土力的循環(huán)后泥漿質(zhì)量遠(yuǎn)比寶峨的高。寶峨機(jī)通常在成槽后，用于清孔的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一天，甚至更長(zhǎng)。而土力機(jī)清孔時(shí)間幾乎不到一個(gè)小時(shí)。過(guò)程中的泥漿質(zhì)量測(cè)試，土力機(jī)也遠(yuǎn)比寶峨機(jī)的高，所以寶峨機(jī)在成槽過(guò)程中需要不斷添加膨潤(rùn)土和純堿等造漿，用于泥漿補(bǔ)充和調(diào)節(jié)[3]。

土力篩分系統(tǒng)循環(huán)處理后的泥漿質(zhì)量很高，可以在銑切過(guò)程中隨時(shí)保持較高的泥漿質(zhì)量，提高成槽效率和護(hù)壁質(zhì)量，同時(shí)，在銑槽完成后，泥漿基本已經(jīng)達(dá)到清孔要求，無(wú)須再用較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)清孔，既能提高施工效率，又能保證澆筑質(zhì)量。

為了改善渣土的含水率，在保證工藝要求的基礎(chǔ)上，不減少篩網(wǎng)目數(shù)，或者不減少篩分級(jí)數(shù)的前提下，更換了二、三級(jí)的篩網(wǎng)，在保證工藝要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少了篩網(wǎng)目數(shù)，比最初的含水率降低了一半左右。

4 施工中存在的問(wèn)題

4.1 泥餅

雙輪銑銑頭在土層中切削鉆進(jìn)，影響施工進(jìn)度的主要因素是在全風(fēng)化花崗巖以上巖層作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的泥餅糊住雙輪銑的銑頭，產(chǎn)生的泥餅將鉆頭全部包裹，只能靠人工鏟除。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工功效統(tǒng)計(jì)，可知土力SC-135雙輪銑并不適用于土層作業(yè)，更加適用于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等以上堅(jiān)硬地層。泥餅見(jiàn)圖8。

圖8 泥餅

4.2 銑槽糾偏

針對(duì)全風(fēng)化以上土層直接采用土力雙輪銑作業(yè)產(chǎn)生的泥餅并沒(méi)有很好的解決措施，極大地降低了施工效率，先采用成槽機(jī)進(jìn)行抓槽，再采用土力雙輪銑銑槽。因受成槽機(jī)的垂直度和抓槽的干凈度影響，雙輪銑糾偏需要一定的時(shí)間，限制了雙輪銑的功效。

5 施工功效分析

對(duì)比在土層中雙輪銑的施工進(jìn)度和成槽機(jī)自身的施工功效，成槽機(jī)能夠抓至全風(fēng)化花崗巖巖層，成槽機(jī)在此條件下的施工進(jìn)度遠(yuǎn)領(lǐng)先于雙輪銑的施工進(jìn)度。在硬巖中，為了提高雙輪銑在巖層中的進(jìn)尺，可先采用沖擊鉆引孔，再用雙輪銑銑槽。沖擊鉆引孔后，能夠有效提高雙輪銑的作業(yè)進(jìn)度[4]。但是仍存在兩個(gè)影響因素：?沖擊鉆引孔后存在刀架受力不均衡，加壓容易引起偏孔；?沖擊鉆成孔后的巖芯較粉碎，篩分機(jī)篩分的泥漿很稀，泥漿較難存放和處理。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況和施工記錄，先采用成槽機(jī)抓槽，再使用土力SC-135雙輪銑銑槽，能有效加快施工進(jìn)度。土力雙輪銑SC-135主要擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧珵閷?duì)成槽機(jī)在全風(fēng)化花崗巖以上的槽位進(jìn)行修整和糾偏，以及在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中微風(fēng)化花崗巖巖層下的銑槽[5]。

6 結(jié) 語(yǔ)

土力雙輪銑SC-135在硬巖中作業(yè)具有很強(qiáng)的適用性，實(shí)踐表明：在開(kāi)挖深度大于40～50m的條件下，能夠有效保證垂直度，滿足相關(guān)的規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。其在硬巖中的銑削速度與傳統(tǒng)沖擊鉆成槽、寶峨等設(shè)備相比具有更好的施工效率。其獨(dú)立后配套泥漿篩分系統(tǒng)，能夠快速過(guò)濾泥漿，使渣樣與泥漿分離，泥漿循環(huán)使用，滿足環(huán)保要求。