土力双轮铣在地下连续墙施工中的应用

王 雷

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300222)

1 工程概况

广州地铁22号线番祈中间风井长87m，标准段宽25.54m，基坑深38.78m，盾构端头井段宽32.1m，深41m。盾构井段采用砼支撑，标准段采用三道砼支撑+三道钢支撑，为地下四层、双柱三跨矩形框架结构，用明挖施工法施工。主围护结构使用1.2m厚地下连续墙，地下连续墙槽深41～45m。

番祈中间风井地层从上到下主要为素填土、中粗砂层、冲积洪积黏性土层、淤泥质土层、残积土层、花岗岩全风化层带(6H)、混合花岗岩全风化层带(6Z)、花岗岩强风化带(7H)、混合花岗岩强风化带(7Z)、花岗岩中等风化带(8H)、混合花岗岩中等风化带(8Z)等(见图1)。

图1 地质剖面

花岗岩中等风化带(8H)RQD值20%～40%，平均抗压强度24MPa；混合花岗岩中等风化带(8Z)RQD值25%～40%，平均抗压强度24.2MPa；花岗岩微风化带(9H)RQD值70%～80%，平均抗压强度67.6MPa；混合花岗岩微风化带(9H)RQD值70%～80%，平均抗压强度83.38MPa。

2 现场布置及施工原理

土力SC-135双轮铣最大切割深度120m，工作重量为205t，最大切割扭矩为2×153kN·m，适用槽宽2800～3200mm，适用槽厚800～1800mm。土力SC-135双轮铣设备主要由土力双轮铣(1)、成槽机(2)、起重设备(3)、泥浆制备(4)及筛分系统(5)等组成。现场布置见图2。

图2 现场布置

主要工作部位为铣刀架，提引器可使刀架90°旋转，铣刀架高约12m、重约40t，刀架带有电气与液压控制系统，底部安装3个水平向排列的液压马达，马达两侧装有铣齿的铣轮。作业中，两个铣轮分别按相反方向低速转动，用其铣齿使地层围岩破碎铣削，通过铣轮中间的泥浆泵(450m3/h)吸沙口将破碎铣削的石渣与泥浆混合物排放至地面泥浆筛分机进行处理，之后再使筛分后的泥浆返回槽段内,如此往复循环至成槽。铣刀架构造见图3。

图3 铣刀架构造

3 主要施工控制点

3.1 垂直度控制

土力DMS系统可相对于深度或时间显示并记录操作参数，操作员可实时获得钻进参数进行设备操作。土力的DMS控制室可通过DMS系统中的GPS设备锁定机器位置(经度及纬度)，通过DMS系统可记录并传输操作过程中的工作参数。DMS系统也可连接个人电脑(PC)，演示出套铣接头尺寸。通过3D软件，可创建铣削项目的3D演示，可直接看出接头质量及垂直度(X，Y，Z)对成墙后的影响。

刀架的前后和左右侧面上有12块可独立活动的推板，操作员通过电脑屏幕上显示的X轴、Y轴、Z轴数据，通过调整推板位置实时调整刀架姿态。在调整推板的同时也可以通过两个铣头的扭矩和转速进行纠偏，两个铣头可以独立或同时摆动进行纠偏。铣刀架推板及铣头见图4。

图4 铣刀架推板及铣头

3.2 工字钢接头处理

实际施工中，一序槽工字钢外侧采用沙包回填，工字钢腹板到侧壁宽40cm。二序槽施工时，由于双轮铣刀架铣轮与工字钢保持一定距离(10cm)，距离工字钢腹板约35cm，对工字钢接头采取专门措施，对二序槽工字钢腹板间充填的沙包进行洗刷处理，以保证接头质量和防止开挖过程中渗漏[1]。

3.2.1 钢丝刷刷壁器

在抓斗末端斗齿安装钢丝刷刷壁器，该刷壁器固定于成槽机的斗架体上，通过成槽机的斗架体带动钢丝刷刷壁器实现上下运动，从而对地下连续墙刷洗面进行清理刷壁。刷壁器采用螺栓连接，拆装方便，由于成槽机斗架体自重比较大、上下卷扬机的速度快，能有效保证刷壁效果。钢丝刷刷壁器见图5。

3.2.2 刷壁铲板

入岩部分，在铣槽机刀架上安装刷壁铲板，向外侧尺寸约为35cm，为双轮铣铣轮与工字钢腹板的实际距离，铲板宽度为82cm，既便于铲板能嵌入工字钢腹腔内部，又利于铲板在工字钢腹腔内的上下运动。工作时，随着铣槽机刀架往下铣挖，铲板紧贴着工字钢腹板往下把腹板内部的附着物铲除，通过铣槽机纠偏系统，控制刀架的垂直度和左右方向，以确保铲板紧贴腹板。铲板实际上在刀架上左右各一个，对于左右两侧的工字钢，刀架上下运动时，都能起到相应的刷壁作用。

刷壁铲板与钢丝刷刷壁器相比，利用了铣槽机刀架自重较大、垂直度控制较好和实时纠偏的特点，且刷壁铲板的刚度高，附着在腹板上的混凝土也能通过刀架的反复上下运动被铲除。刷壁铲板见图6。

图6 刷壁铲板

3.2.3 防绕流铁皮

在一序槽钢筋笼工字钢两侧焊接镀锌铁皮，在一序槽混凝土浇筑时，利用混凝土流动性和浇筑时混凝土的张力，打开工字钢两侧镀锌铁皮，以阻挡混凝土向二序槽绕流，从而减少二序槽工字钢腹板上的混凝土附着[2]。

3.3 双轮铣铣轮选型

双轮铣槽机铣轮上的铣齿按照地层适用性分为标准齿和锥齿。可根据不同工程地质特点，选用相适应的铣轮。各种铣轮配置见图7。

图7 不同类型的铣轮

3.4 泥浆筛分系统

泥浆筛分系统一直是地连墙施工比较头痛的问题，主要是筛分出来的渣土含水率高，成浆糊状，现场文明施工难处理，另外渣土外运时容易外泄，污染路面。对比宝峨铣槽机的筛分系统，土力采用了三级筛分，而宝峨采用的是两级筛分，所以，土力的循环后泥浆质量远比宝峨的高。宝峨机通常在成槽后，用于清孔的时间长达一天，甚至更长。而土力机清孔时间几乎不到一个小时。过程中的泥浆质量测试，土力机也远比宝峨机的高，所以宝峨机在成槽过程中需要不断添加膨润土和纯碱等造浆，用于泥浆补充和调节[3]。

土力筛分系统循环处理后的泥浆质量很高，可以在铣切过程中随时保持较高的泥浆质量，提高成槽效率和护壁质量，同时，在铣槽完成后，泥浆基本已经达到清孔要求，无须再用较长时间来清孔，既能提高施工效率，又能保证浇筑质量。

为了改善渣土的含水率，在保证工艺要求的基础上，不减少筛网目数，或者不减少筛分级数的前提下，更换了二、三级的筛网，在保证工艺要求的基础上，适当减少了筛网目数，比最初的含水率降低了一半左右。

4 施工中存在的问题

4.1 泥饼

双轮铣铣头在土层中切削钻进，影响施工进度的主要因素是在全风化花岗岩以上岩层作业过程中产生的泥饼糊住双轮铣的铣头，产生的泥饼将钻头全部包裹，只能靠人工铲除。根据施工现场的施工功效统计，可知土力SC-135双轮铣并不适用于土层作业，更加适用于强风化花岗岩等以上坚硬地层。泥饼见图8。

图8 泥饼

4.2 铣槽纠偏

针对全风化以上土层直接采用土力双轮铣作业产生的泥饼并没有很好的解决措施，极大地降低了施工效率，先采用成槽机进行抓槽，再采用土力双轮铣铣槽。因受成槽机的垂直度和抓槽的干净度影响，双轮铣纠偏需要一定的时间，限制了双轮铣的功效。

5 施工功效分析

对比在土层中双轮铣的施工进度和成槽机自身的施工功效，成槽机能够抓至全风化花岗岩岩层，成槽机在此条件下的施工进度远领先于双轮铣的施工进度。在硬岩中，为了提高双轮铣在岩层中的进尺，可先采用冲击钻引孔，再用双轮铣铣槽。冲击钻引孔后，能够有效提高双轮铣的作业进度[4]。但是仍存在两个影响因素：ⓐ冲击钻引孔后存在刀架受力不均衡，加压容易引起偏孔；ⓑ冲击钻成孔后的岩芯较粉碎，筛分机筛分的泥浆很稀，泥浆较难存放和处理。

根据现场实际施工情况和施工记录，先采用成槽机抓槽，再使用土力SC-135双轮铣铣槽，能有效加快施工进度。土力双轮铣SC-135主要担当的角色为对成槽机在全风化花岗岩以上的槽位进行修整和纠偏，以及在强风化花岗岩和中微风化花岗岩岩层下的铣槽[5]。

6 结 语

土力双轮铣SC-135在硬岩中作业具有很强的适用性，实践表明：在开挖深度大于40～50m的条件下，能够有效保证垂直度，满足相关的规范及设计要求。其在硬岩中的铣削速度与传统冲击钻成槽、宝峨等设备相比具有更好的施工效率。其独立后配套泥浆筛分系统，能够快速过滤泥浆，使渣样与泥浆分离，泥浆循环使用，满足环保要求。