双轮铣槽机在高强度复合地层连续墙施工中的应用

孙 波

（中交一公局集团有限公司，北京 100024）

1 国内双轮铣槽机的发展

随着城市轨道交通的快速发展，地铁成为城市不可或缺的组成部分，近年来，全国各大城市均开启了地铁建设新热潮，地铁的施工工艺有了较大变化，创新的工艺工法代替了传统的工艺工法，使地铁建设更加快速、安全。

双轮铣槽机由法国地基建筑公司于1971年首先提出了水力绞刀（hydrofeaise）这一机器的概念，并申请了专利，指出将铣削工具装在钻机的底部进行施工，利用泥浆反循环的方法排出碎屑，其工作效率较传统的成槽设备（如反循环钻机、抓斗等）更高，施工中通过铣齿的更换，可满足多数地质岩层的铣削，适应性较强。由于采用了良好的显示界面，操作者可以根据操作界面对双轮铣槽机成槽的偏斜情况及时显示并指导纠偏，保证铣头垂直，成槽质量好且精度高。

2 双轮铣成槽机在复合地层中的应用研究

2.1 复合地层双轮铣成槽要点研究

2.1.1 复合地层特性分析

广州地铁十二号线地质复杂，岩层存在三大岩类。一是灰岩，主要位于广州市白云区，比较具有代表性的施工站点是白云文化广场站；二是砂岩，主要位于广州市越秀区、海珠区，比较具有代表性的施工站点为岭南广场站；三是混合花岗岩，主要位于番禺区，比较具有代表性的施工站点为大学城南站。以下对这三个典型的站点进行双轮铣槽机在广州复合地层中的施工应用分析，具体如表1所示。

表1 代表性车站岩层特性统计表

（1）白云文化广场站地层特性：白云文化广场站站地质详勘及补勘报告显示，施工区域地下连续墙槽底大部嵌入中风化石灰岩、白云质灰岩＜8C-2>、微风化石灰岩、白云质灰岩＜9C-2>，饱和单轴极限抗压强度32.6～85.4 MPa，岩体基本质量等级为Ⅲ级，局部为Ⅱ级。

（2）岭南广场站地层特性：岭南广场站地质详勘及补勘报告显示，施工区域地下连续墙槽底大部嵌入泥质粉砂岩中风化层＜8-3>、泥质粉砂岩微风化层＜9-3>，饱和单轴极限抗压强度25.3～68.0 MPa，岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级。

（3）大学城南站站地层特性：大学城南站地质详勘及补勘报告显示，施工区域地下连续墙槽底大部嵌入混合花岗岩中风化层＜8Z>、混合花岗岩微风化层＜9Z>，饱和单轴极限抗压强度16.8～35.7 MPa，岩体基本质量等级为Ⅳ级局，部为Ⅲ级。

2.1.2 复合地层双轮铣槽要点分析

（1）灰岩地层铣槽要点分析。灰岩地层主要特点为岩石强度高、岩面高低不平，存在溶洞。

铣槽时要注意以下控制措施：①铣槽前需对下溶洞进行探测处理，避免铣槽过程中出现地层塌方，造成事故。②灰岩强度高，双轮铣直接成槽效率低，铣槽效率为3～5 m3/h，一面墙施工时间大于5 d，经过现场多种工艺结合对比，旋挖钻+铣槽机结合成槽技术最优，铣槽效率达到了6～8 m3/h，一面墙施工时间控制在3 d左右[1]。③由于灰岩岩面高低不平，在旋挖钻和双轮铣槽机进入岩层时，要慢速成槽，贯入度控制在5 cm/min以内，确保不偏槽。④灰岩地层基本不含泥，不能自行造浆，铣槽过程中应注意泥浆质量控制，适当增大泥浆比重，施工过程中，及时补浆，避免造成上部槽壁塌方[2]。⑤灰岩铣槽过程中发生偏槽的概率大，铣槽时应严格控制垂直度，随挖随纠偏，避免造成地下连续墙钢筋笼下放困难，槽段侵限。

（2）砂岩地层铣槽要点分析。砂岩地层的主要特点为含泥量高、RQD值高。铣槽时应注意以下几点控制措施：

①砂岩地层含泥量高，容易结泥饼，若清理不及时，可能造成糊轮，耽误铣槽进度。②铣槽过程中每进尺3～5 m，应反向转动双轮1 min，可有效解决结泥饼问题。③由于砂岩RQD值达到80%～95%，岩层致密，建议先采用旋挖钻或冲击钻引孔，再进行双轮铣铣槽。④砂岩强度不高，可采用锥齿铣轮，加大成槽效率。⑤砂岩含砂率高，铣槽过程中泥浆含砂量大，会降低铣槽效率，磨损铣轮和泥浆泵，因此，铣槽过程中应严格控制泥浆质量、加大泥浆循环。

（3）混合花岗岩地层铣槽要点分析。混合花岗岩的地层特点为岩层破碎，石英含量高。

铣槽时应注意：①因花岗岩石英含量高，铣槽过程中易造成对刀齿和泥浆泵损坏，因此，铣槽过程中应严格控制泥浆质量，促使泥浆达到足够的润滑效果。②混合花岗岩岩层破碎，铣槽时岩块直径大，应增大抽渣泵的功率，减少岩渣滞留，可有效加快成槽进度[3]。③混合花岗岩强度不高，岩层破碎，可采用锥齿铣轮，加大成槽效率。

2.2 双轮铣槽机结合旋挖钻钻孔技术研究

四钻三铣工艺是利用双轮铣槽机结合旋挖钻的施工方法，现使用旋挖钻对地下连续墙进行引孔，再采用双轮铣槽机进行成槽的施工。四钻三铣工艺具体如图1所示。

图1 四钻三铣工艺示意图

相对于直接采用双轮铣槽机成槽，四钻三铣工艺能够提高地连墙的成槽效率，经现场实践证明，可提高成槽效率0.5～0.8倍左右。四钻三铣施工工艺，旋挖钻需先对地连墙进行引孔，引孔后双轮铣再铣槽，形成流水作业，合理配置设备搭配数量，能更快促进施工生产，降低成本。采用旋挖钻先行进行引孔，可有效控制槽段的垂直度，避免发生偏槽。

2.3 套铣接头技术研究

套铣接头只适用于双轮铣槽机，把常规的大槽段划分为大小相邻的槽段（大槽段宽6.8 m，小槽段宽2.4 m），采用跳槽施工方法施工，先施工大槽段，再进行小槽段施工，施工小槽段是铣掉相邻大槽段约20 cm混凝土切面，浇筑小槽段，最后形成一个封闭的结构，以起到止水的作用。

以广州某拥有19个车站的路段为例。其中，8个车站采用套铣接头，分别为聚龙站、南航新村站、白云文化广场站、烈士陵园站、岭南广场站、赤岗站、大学城北站、大学城南站。

使用套铣接头的优点：

（1）套铣接头取消了工字钢接头，节约了工字钢材料费用及安装费用。现场一个标准站能够节约100万～150万元的材料成本和加工费用。

（2）采用套铣接头后地连墙钢筋笼无接头工字钢，以标准两层站为例，钢筋笼重量减少约8 t左右，地连墙钢筋笼吊装设备型号变小，原计算需采用150 t的履带吊作为主吊，调整为套铣接头后仅需要100 t的履带吊作为主吊，节约了现场施工成本。

（3）套铣接头由于只需双轮铣对地连墙接头处进行铣切，无须冲击钻对地连墙接头处进行冲铣，取消了振动源，对周边环境影响较小，比较适用于邻近建筑物、地铁车站、居民区的施工[4]。

（4）套铣接头经现场实践证明，止水效果较工字钢接头止水效果更好。

3 应用成果分析

（1）施工进度方面：相较于传统的冲击钻、钻挖钻、成槽机成槽，采用双轮铣槽机成槽能够较大提高成槽速度，节省工期。

（2）环境保护方面：双轮铣槽机施工噪声对周边居民影响小。双轮铣槽机自带泥浆分离配套设备，可最大限度循环利用泥浆，减少泥浆排放，施工过程中增加泥浆压滤设备和污水处理设备，加强对废水的处理，使废水达到可直接排放的标准，减少对水环境的破坏。

（3）社会影响方面：相较于传统成槽施工，双轮铣槽机成槽过程中产生的噪声量及震动较小，在临近既有线、临近管线、居民生活区、文物保护区等成槽作业，对既有线和文物保护起到了较好的保护作用。本工程浔峰岗站、聚龙站、白云文化广场站、大学城北站、大学城南站均临近既有地铁线，岭南广场站临近赤岗塔和广州塔，在施工过程中既有线和文物监测数据均符合规范和设计要求，相对于传统的地连墙成槽施工对周围的居住生活环境影响较小。

（4）经济方面：双轮铣槽机施工成本较常规的成槽设备成本高，但综合进度、环境保护、社会影响方面考虑，双轮铣槽机较有优势，尤其在地质条件复杂、环境保护要求高、社会环境影响较大的地区，连墙施工建议采用双轮铣槽机施工工艺。

4 结语

本文依托广州地铁十二号开展了双轮铣槽机在广州高强度复合地层施工中的应用研究，取得了较好的效果。对于周边环境复杂、敏感的地下车站施工，采用双轮铣槽工艺，减小了对周围居住环境、临近既有线、临近文物的影响，提高成槽质量及工效。因此，双轮铣槽机在高强度复合地层中施工的优势较为明显，对以后施工的类似地层、类似的周边环境施工具有一定的参考作用。