双轮铣槽机在硬岩地层地下连续墙施工中的应用

张绪鹏

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

0 引言

液压双轮铣槽机作为目前最先进的地下连续墙施工设备，具有成槽施工效率和精度高、槽形规则、安全环保、噪声低、振动小等优点，它对地层适应性强，可以在淤泥、粉土、砂、砾石、卵石及硬岩等各类地层中开槽施工，尤其是在硬岩中，不仅开挖槽孔的速度快，而且槽孔的垂直度高，有效地改善了冲击钻、旋挖钻等传统成槽设备在硬岩地层功效低、噪音、塌孔等问题。本文通过双轮铣槽机在硬岩地层地下连续墙施工中的成功应用，阐述了双轮铣槽机的工作原理、施工工艺、施工工效等主要技术特点，具有较好的工程实际应用价值。

1 工程背景

1.1 工程概况

广州地铁某车站为地下三层岛式站台车站，呈东西走向，全长200 m，基坑宽度为35 m，基坑深为40 m，围护结构采用地下连续墙，地下连续墙设计共110幅，墙厚1 200 mm，墙高约42～44 m，标准段幅宽6 m，采用H型钢接头。车站周边有汽车站、酒店、居民楼等建筑，基坑地层自上而下为：素填土(厚1.6 m)、粉细砂(厚3.9 m)、粉质黏土(厚4.21 m)、可塑状黏土(厚5.10 m)、硬塑状黏土(厚9.13 m)、全风化混合体花岗岩(厚4.67 m)、强风化混合花岗岩(厚4.92m)、中风化混合花岗岩(厚21.56 m)、微风化混合花岗岩(厚8.94 m)，中风化混合花岗岩抗压强度为220～400 kPa，微风化混合花岗岩抗压强度约800 kPa。

1.2 机械选型

车站的地质条件较复杂，岩面东低西高，坡度较大，且岩面线高，强度大，结合类似地质条件下以往的施工经验，若采用传统的冲击钻成槽工艺，槽孔垂直度较难控制，容易造成偏孔。基坑周边有居民区、酒店、汽车站等，人流密集，对施工功效、噪音控制、环保等要求较高，此外，夜间无法施工，工期较短，冲击钻及旋挖钻等成槽施工效率低，施工速度慢，无法满足工期要求。经过综合考察和经济技术对比分析，最终选择了意大利土力SC-135双轮铣槽机进行岩层开槽施工。

2 双轮铣槽机工作原理

土力SC-135双轮铣槽机设备的主要工作部位为铣刀架部位，铣刀架带有液压和电气控制系统，通过液压系统驱动下部两个轮轴转动，水平切削、破碎地层，采用反循环出碴。铣槽时，两个铣轮低速转动，方向相反，其铣齿将地层围岩铣削破碎，中间液压马达驱动泥浆泵，通过铣轮中间的吸砂口将钻掘出的岩渣与泥浆混合物排到地面泥浆站进行集中除砂处理、然后将净化后的泥浆返回槽段内，如此往复循环，直至终孔成槽。

双轮铣槽机可以做到信息化施工，铣头部分安装了传感器，实时传输掘进工作参数，在操作屏上可以直观地看到双轮铣槽机的工作状态，通过调整纠偏板和调整铣槽速度实时进行纠偏，可以有效地控制槽孔的垂直度。

3 地下连续墙施工工艺

3.1 施工工艺的选择

根据车站地质，上部土层有淤泥及粉细砂层等软弱地质，长时间暴露容易发生塌孔，下部花岗岩层强度高，岩层坡度走势无规律可循，造成地下连续墙成槽施工困难，垂直度无法精确控制，且下部岩石成槽时间长，如果不能及时成槽浇筑混凝土，会扰动已成槽的土层发生塌孔。本项目地下连续墙采用液压抓斗成槽机和双轮铣槽机相配合的施工方式，液压抓斗成槽机主要进行土层施工，中微风化花岗岩地层采用双轮铣槽机进行成槽施工。同时，由于微风化地层岩石强度较高，采用纯铣工艺仍无法满足施工要求，为提高成槽效率，在微风化地层采用旋挖钻引孔和双轮铣相结合的方式进行施工，以提高功效。

3.2 地下连续墙施工工艺

3.2.1 连续墙槽段划分

连续墙施工采用跳槽法，根据槽段长度与成槽机的开口宽度，确定出Ⅰ序槽和Ⅱ序槽，先施工Ⅰ序槽，再施工Ⅱ序槽，Ⅰ序槽槽段长为6 m，采用三刀切削法施工，前两刀先对称切削两侧部位，长度约为2.5 m，经过前两刀的切削后中间部位剩余约1～2 m的未切削槽段，再切削第3刀。Ⅱ序槽段长度根据实际情况确定，Ⅰ序槽和Ⅱ序槽采用H型钢接头。

3.2.2 导墙施工

1)槽段开挖前，应沿地下连续墙轴线构筑导墙，以防止地表土的坍塌，保证成槽精度。

2)为保证抓斗、双轮铣、钢筋笼进出较为顺利，导墙需外放50～100 mm，其净距允许偏差为±10 mm。

3)导墙中心线应与地下连续墙轴线重合，轴线允许偏差为±10 mm。

4)导墙顶标高比地面高100 mm，防止场地内泥浆流入导墙内。同时需要设置溢浆孔，防止成槽过程中泥浆溢至导墙外，避免影响文明施工。

5)导墙深度达到2 m时必须放坡开挖，混凝土浇筑完成后，采用黏土夯实，严防漏浆，防止地表水渗入槽内，引起槽段塌方。

3.2.3 泥浆制备

泥浆主要是在地下连续墙挖槽过程中起护壁作用，泥浆具有一定的密度，在槽内对槽壁产生一定的静水压力，相当于一种液体支撑，槽内泥浆面如高出地下水位0.5～1.0 m，能防止槽壁坍塌。 在开槽过程中，需及时补充泥浆，始终保持泥浆液面距离导墙面0.2 m左右，并高于地下水位1 m以上。根据环保要求，做好废浆处理。

3.2.4 双轮铣成槽施工

强风化花岗岩以上的各层开挖采用液压抓斗成槽机进行施工，中微风化花岗岩地层采用双轮铣槽机进行成槽施工，双轮铣施工控制要点如下：

1)开槽施工前，双轮铣铣头要精确定位，双轮铣的中心线和地连墙的轴线要重合，偏差控制在±5 cm以内。再在导墙顶部用液压固定架固定住铣刀架，并用全站仪做初始校核，以保证槽孔垂直精度控制在1.5‰以内。

2)铣进速度应缓慢均匀，遇到岩石时铣进速度控制在0.3～0.6 m/min，防止两侧受力不均造成偏斜，控制好铣进速度是保证地连墙垂直度的关键。

3)成墙厚度：为保证成墙厚度，应根据铣头刀片磨损情况定期测量刀片外径，当磨损达到2 cm时必须对刀片进行修复。

4)墙体均匀度：为确保墙体质量，应严格控制掘进过程中的注浆均匀性以及由气体升扬置换墙体混合物的沸腾状态，槽段开挖完毕，应检查槽位、槽深、槽宽及槽壁垂直度，合格后方可进行后续工作。

3.2.5 技术措施

3.2.5.1 防止槽壁坍塌措施

本工程地连墙成槽穿越淤泥层及粉细砂层等不良地层，容易发生塌孔，主要采取以下措施确保槽壁稳定：

1)改善泥浆性能：适当增大泥浆比重，提高泥浆黏度，增大槽内泥浆压力，施工中及时补浆，始终保持泥浆液面稳定，保证泥浆液面比地下水位高0.5～1 m。

2)减小施工影响：a.机械操作要平稳，尽量减少抓斗对槽壁的碰撞和引起泥浆振荡。b.施工过程中控制地面的重载，围护结构15 m范围内临时荷载必须≤20 kPa。c.安放钢筋笼做到稳、准、平，防止因钢筋笼上下移动而引起槽壁坍方。d.成槽后及时浇筑混凝土，尽量缩短槽壁的暴露时间。e.成槽过程增加对周围建筑物沉降和位移以及地面的沉降监测的频次，及时反馈监测信息，根据监测信息制订相关的措施。

3)在施工中，一旦出现塌槽后，要及时填入砂土，用抓斗在回填过程中压实，并在槽内和槽外(离槽壁1 m处)进行注浆处理，待密实后再进行挖槽。

3.2.5.2 槽壁加固措施

连续墙成槽前，对淤泥及粉细砂层进行槽壁加固处理，于基坑外侧采用单排600@450 mm单轴搅拌桩，加固深度从地面往下穿过淤泥、粉细砂层进入不透水层0.5 m。

3.2.5.3 旋挖钻引孔措施

由于车站墙体入微风化岩层达10 m，施工时发现，齿轮出现了严重的磨损，损耗极大，施工效率非常低，成槽速度仅约0.5 m/h。以上情况出现后，重新对岩层进行了研究，并取岩芯做岩石抗压强度试验，该花岗岩的最大单轴抗压强度达到了800 kPa，且岩石裂隙发育少、整体性好、强度较高。从岩石的特性、进度和经济方面进行综合考虑，决定使用旋挖钻配合施工。在铣槽之前用旋挖钻在第1刀和第2刀的中间位置用旋挖钻施工两个直径1.2 m的孔，减轻铣槽机齿轮磨损，提高成槽效率。经改进后，取得了良好的效果，引孔后微风化岩层铣进速度达到1～2 m/h。

3.2.6 验槽清孔

挖槽结束后应将槽底的沉渣等杂物清理干净，槽底清理和置换泥浆1 h后，槽底500 mm高度以内的泥浆密度≤1.15，槽底沉渣厚度≤100 mm。

3.2.7 混凝土灌注

地下连续墙水下混凝土灌注采用导管法，每幅墙均采用两根导管进行灌注，导管间距≤3.0 m，混凝土中导管埋深应>500 mm，混凝土浇筑应连续进行，严禁中途停工，以确保混凝土浇筑质量。

4 功效对比分析

1)工艺对比：常规的冲击钻和旋挖钻等成槽设备遇到硬岩时成槽垂直度较难控制，一旦发生偏孔很难纠偏，垂直度不易控制。冲击岩层时振动较大，对槽壁会造成较大扰动，易造成槽壁坍塌。而双轮铣槽机自带垂直纠偏装置，能有效地控制槽段垂直度，能做到随铣随纠。双轮铣能做到信息化施工，能及时调整工作参数，有利于保证连续墙的施工质量。

2)功效对比：双轮铣槽机在岩层中特别是硬岩地层中的优势十分明显，经统计实际铣槽时间，中风化地层铣槽速度为1.5 m/h，微风化岩层旋挖钻引孔和双轮铣结合工艺铣槽速度可达到1～2 m/h，每幅地连墙成槽时间为2～3 d，较冲击钻成槽相比，成槽施工效率大大提高。

3)连续墙质量对比：基坑开挖后对地连墙质量进行了验收，墙面无露筋鼓包现象，接头接缝良好，垂直度满足设计及规范要求。且接头漏水少，减少了后期堵水的费用，墙面平整，无明显鼓包现象，混凝土外观质量较好。

5 结语

本项目成功进行了双轮铣在硬岩地层地下连续墙的施工，取得了良好效果，实践证明，双轮铣槽机在硬岩地层中有着极大的优越性，施工效率大大提高，有利于保证地下连续墙的施工质量，为硬岩地层地下连续墙的施工提供了宝贵经验。