复合地层双轮铣槽机施工地下连续墙技术

复合地层双轮铣槽机施工地下连续墙技术

赵军沈阳

（中铁隧道集团有限公司杭州公司浙江杭州310030）

【摘要】选择合适施工机械是解决复杂地层高效、安全、环保的施工的最有效方法。本文以杭州地铁6号线美院象山站地下连续墙施工为背景，探讨上部有粘性较大土层下部为硬岩的复杂地层中双轮铣槽机与旋挖钻机配合施工的工艺。上部土层采用旋挖钻取孔，入岩后使用双轮铣铣槽，该工艺地下连续墙施工结果证明一幅二期槽可以节省5个小时并节约600L柴油该工艺在杭州地铁6号线美院象山站地下连续墙施工中成功运用，对相似地层地下连续墙施工有较好的参考意义。

【关键词】双轮铣槽机；旋挖钻机；地下连续墙；糊轮；效率；成本

ConstructionTechnologyofDiaphragmWallbyTrenchCuttingMachinewithDoubleMillingCuttersandRotaryDrillingRiginUpper-softLower-hardGround

WeiHai-long

【Abstract】Choosingtherightconstructionmachineryisthemosteffectivewaytoexecutetheefficient,safeandenvironmentalconstructionofcomplexstrata.BasedontheconstructionofundergrounddiaphragmwallappliedinHangzhouMetroLine6XiangshanStation,thispaperdiscussestheconstructiontechnologyofrotarypiledrillandtrenchcuttingmachinewithdoublemillingcuttersusedincooperationincomplexstratawithclayinupperpartandhardrockinlowerpart.Firstlydrillholeinupperclaylayerwithrotarypiledrill,thenchangetousetrenchcuttingmachinewithdoublemillingcutterswhenhittingthehardrocklayer.Thisonstructiontechnologyofundergrounddiaphragmwallhasbeenprovenoutthatgrooveofthesecondstagecansave5hourofconstructiontimeand600litresofdiesel.ThistechnologyhasbeensuccessfullyappliedintheconstructionofundergrounddiaphragmwallofHangzhouMetroLine6XiangshanStation,whichisthevaluablereferenceforsimilarconstructionofundergrounddiaphragmwall.

【Keywords】Trenchcuttingmachinewithdoublemillingcutters；Rotarydrillingrig；Undergrounddiaphragmwall；Gluingwheel；Efficiency；Cost

【中图分类号】TU74【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）24-0084-03

1.引言

双轮铣槽机因其成槽效率高、槽壁光滑规则、低震低噪、适应地层地质范围广等优点，在世界上已得到广泛采用。1996年我国引进第一台双轮铣槽机用于三峡工程二期围堰施工以来，多应用于水利施工中[1]。近几年，在山岭隧道、地铁、大型房建工程中也得到应用，如2005年南京紫峰大厦、2008年深圳地铁东门南站、2010年香港环球贸易广场、杭州庆春东路过江隧道等。但双轮铣槽机施工成本相对较高，在现阶段国内市场还无法被广泛接受。为满足杭州地铁6号线美院象山站地下连续墙施工，我公司从德国进口了一台BC40/MC64双轮铣槽机。该项目地下连续墙一期槽采用抓铣结合施工，二期槽直接采用双轮铣槽机施工。但因项目地层复杂远超预期，在二期槽施工时经常出现糊轮现象，严重影响施工效率，增加施工成本[2]。在各方经过多次工法优化后，首次采用双轮铣槽机与旋挖钻机配合施工的工法，对施工进度起到了促进作用[3]。

2.工程概况

杭州地铁6号线美院象山站位于美院南路与杭新路交叉口，沿美院南路东西向布置。美院象山站为地下三层岛式站，是与富阳城际线的换乘站。车站主体结构宽度为23.30~24.25m，现状地面标高为7.838m，开挖深度为26.26m。采用厚度1m的地下连续墙加内支撑体系结构。

美院象山站地层自上而下分别为：①1杂填土、②2粉质粘土、④1淤泥质粘土、⑤1粘土、⑦1粘土、(16)1粘土混角砾、(35)1全风化灰岩、(35)2强风化灰岩、(35)3中风化灰岩，墙趾位于(35)3中风化灰岩层。本场区潜水初见水位般埋深1.30～1.50m，静止水位一般埋深0.50～2.70m，并随季节的变化而变化。

3.工程难点和特点

3.1地质条件复杂

该项目地层复杂，地下连续墙下部嵌入(35)3中风化灰岩，岩层抗压强度达57.7~98.3MPa，平均值75.32MPa；上部穿越⑤1粘土、⑦1粘土层，该地层特点为标贯值高、因糊轮，导致二期槽施工时，需花大量人力清理铣轮，影响施工效率。选择铣轮时，如针对⑤1粘土、⑦1粘土层采用标准轮，无法保证入岩后施工效率；如针对(35)3中风化灰岩层采用锥齿轮，在穿越粘土层时会出现多次糊轮。

3.2工期压力大

美院象山站为杭富城际的换乘站，施工工期压力较大。为保证2022年杭州亚运会的顺利召开，杭州将在未来几年建设多条地铁及城铁，而杭富线就是其中至关重要的一条。美院象山站做为地铁6号线和杭富城际的换乘站，为保证6号线按期通车，美院象山站地下连续墙施工需在2017年底完成。

4.机械配置

由于该项目的特殊性，我公司从德国购入杭州地铁市场第一台双轮铣槽机专门用于地下连续墙施工。BC40/MC64双轮铣槽机配有BE500泥浆净化系统，有效提高了施工效率，降低了泥浆成本，充分体现了高精度、低噪、环保的特点。BC40/MC64双轮铣槽机参数见表1。

5.施工工艺

5.1双轮铣成槽施工工艺

双轮铣槽机采用安装在切割轮外的截齿切削岩石[4]，并使之与膨润土悬浮液相混合，利用切齿可以将岩石碴土切割成20～70mm或更小的碎块，利用紧挨切割轮的离心泵将碎块悬浮液一同抽出并送到泥浆筛分净化系统，泥浆筛分净化包括除砂器和砾石分离器，将泥土和杂质从泥浆中分离出来，利用渣浆泵将重新生成的泥浆液泵回开挖槽内，由此而形成一个封闭回路，见图1。

图1双轮铣槽机地下连续墙施工图

Fig1Undergrounddiaphragmwallcutbytrenchcuttingmachinewithdoublemillingcutters

双轮铣槽机是一个反循环开挖工具，利用双轮铣槽机切割轮切削石碴、反循环排碴，采取三序成槽，先切削两边，再切削中间，使切割轮两侧受力均匀，如图2。

图2双轮铣成槽开挖示意图

Fig2ThediagrammaticsketchoftrenchcuttingmachinewithdoublemillingcuttersIntogroove

沟槽的垂直度由两个独立的测斜器沿墙板轴线和垂直于墙板轴线的两个方向测量，这些设备提供的数据由车内计算机进行处理并显示出来，操作人员可以连续不断的监测并在需要的时候对开挖的垂直度加以纠偏[5]。沿墙板轴线方向垂直度的调整可以通过调整切削轮速度的方法实现。

双轮铣槽机地连墙施工的接头型式为“铣接法”，即在两个一期槽中间进行二期槽成槽施工时，铣掉一期槽端头的部分混凝土，二期槽砼浇筑后与一期槽砼结合形成一道水密性较好的接头，见图3。

图3铣接头施工步序图

Fig3Theconstructionstepsofmillingjoint

5.2旋挖钻成孔施工工艺

美院象山站地下连续墙一期槽采用抓铣结合施工，上部土体采用GB30成槽机抓除，下部岩层采用双轮铣铣槽。二期槽槽宽为2.5m，成槽机斗体宽为2.8m，因此二期槽直接采用双轮铣槽机铣槽，每侧铣接15cm。前期二期槽施工，在⑤1粘土、⑦1粘土层中糊轮现象一直不能有效解决。施工一幅二期槽约需要20h，其中6~8h都浪费在清理铣轮上面。为保证地下连续墙施工进度，解决糊轮问题，各方多次进行讨论，从冲击震动影响、施工效率、成本等方面测算，确定在二期槽施工中采用先旋挖钻机取孔后双轮铣成槽的工艺。

旋挖钻成孔是通过底部带有活门的桶式回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至孔底。

5.2.1钻孔参数设定及原则

采用辅助钻孔设备在成槽范围内增加辅助钻孔，以达到加快成槽速度的目的，设备型号为宝峨BG25C旋挖钻机。美院象山站地下连续墙二期槽槽宽2.5m（两侧各铣接15cm），墙厚1m，钻孔孔径80cm，咬合10cm连续布置，见图4。

图4钻孔位置布置图（单位：cm）

Fig4Layoutofdrillingholes(cm)

1）钻孔孔径。因为地下连续墙厚度为1m，为防止出现偏孔现象，影响成槽精度，旋挖钻钻孔直径设定为80cm，距两侧槽壁各10cm。

2）钻孔深度。美院象山站(35)3中风化灰岩层顶端深度为20～25m，因此钻孔深度设定为24m，并可根据现场实际钻孔情况予以调整。钻孔尽可能取掉上部粘土，避免出现糊轮。

3）钻孔位置。因二期槽两端一期槽施工已完成，一期槽混凝土灌注可能会导致二期槽两侧端头有5～10cm绕流。为保证钻孔垂直度，免受绕流影响，连续布置三个钻孔距离端头15cm。

5.2.2方案实施及施工组织

旋挖钻和双轮铣槽机分别在两幅互不干扰的二期槽上同时施工，当槽1旋挖钻钻完3个孔时，槽2换浆完毕，双轮铣槽机从槽2移机至槽1进行铣槽。

根据现场统计旋挖钻施工效率显示，在美院象山站地层中，BG25C钻机从地面钻至(35)3中风化灰岩层时间约为2h。双轮铣施工二期槽，(35)3中风化灰岩层需要8~9h，刷壁换浆约1h。双轮铣与旋挖钻机在两个互不干扰的槽段进行施工，根据实际铣槽速度合理安排旋挖钻机提前钻孔，确保工序衔接。

5.3工艺效果对比分析

为更好了解双轮铣槽机与旋挖钻在地下连续墙二期槽中配合施工工艺效果，从施工效率、施工成本两方面与以往工艺对比分析。

取未钻孔槽段和钻孔槽段铣槽时间数据，绘制对比曲线，如图5所示。

图5未钻孔槽段和钻孔槽段铣槽时间对比曲线图

Fig5Thecontrastcurveofmillingtimebetweennondrillinganddrillinggroovesection

根据图5对比曲线可知，当先钻孔后的槽段铣槽时间比未钻孔槽段约节省5h，促进了施工进度。现场实际操作中，钻孔后的槽段铣槽几乎未出现糊轮现象，也直接反映了施工效率的提升。

取未钻孔槽段和钻孔槽段铣槽油耗数据，绘制对比曲线，如图6所示。

图6未钻孔槽段和钻孔槽段铣槽油耗对比曲线图

Fig6Thecontrastcurveofoilconsumptionbetweennondrillinganddrillinggroovesection

根据图6对比曲线可知，当先钻孔后的槽段铣槽油耗比未钻孔槽段约节省600L，节约了施工成本。

由图5和图6可知，美院象山站地下连续墙二期槽施工采用先旋挖钻取孔后双轮铣铣槽，可以最大程度避免出现糊轮现象，从而提高施工效率，降低施工成本。

该工艺实际施工中，仍遇到一些问题值得探讨：

（1）旋挖钻取孔会对土体造成极大的扰动，从而可能导致塌孔现象。在钻孔后成槽的二期槽混凝土浇注情况中，有充盈系数较大情况出现。因此当地层中具有不稳定土层，该工艺是否适用还有待检验。

（2）双轮铣槽机地下连续墙施工具有低噪环保的优点，但旋挖钻施工势必会制造极大的噪音，并会影响现场文明施工。当在市中心等繁华地区施工时，并不能满足要求。

（3）美院象山站(35)3中风化灰岩层平均抗压强度为75.32MPa，因此双轮铣槽机铣轮选用锥齿轮。当地下连续墙嵌入岩层抗压强度小于30Mpa时，可以选用标准铣轮。标准铣轮配有刮泥板，可以一定程度避免糊轮，是否仍需要旋挖钻取孔，还需根据实际情况判断。

6.结论

双轮铣槽机与旋挖钻配合施工在上部有粘性较大土层，下部为坚硬岩层的地层中可以发挥极大作用。杭州地铁6号线美院象山站地下连续墙二期槽采用双轮铣与旋挖钻配合施工工艺后，每幅二期槽可以节省5个小时并节约600L柴油，施工效率提升20%，直接施工成本节约30%。美院象山站地下连续墙二期槽的成功工艺，也为今后相似地层地下连续墙施工提供极大的参考价值。该工艺在施工中掌握好细节，可以广泛应用在上软下硬地层地下连续墙施工中。

参考文献

[1]石峰．冶勒水电站廊道混凝土防渗墙施工技术[J]．水力发电，2004(11)：62-65.(SHIFeng．Constructiontechnologyofconcretecut-offwallinthegalleryofYelehydro-powerstation[J].WaterPower，2004(11):62-65.(inChinese))

[2]严斌.双轮铣槽机与管棚钻机配合施工在地铁围护结构工程中的应用[J].隧道建设，2012（11）：36-39.

[3]颜巍．双轮铣槽机施工技术与经济性分析[J]．设备管理，2010（06）：79-81.

[4]李万莉.双轮铣槽机铣削岩土过程的数值模拟[J].中国工程机械学报，2014（10）：391-396.

[5]王嘉宁.双轮铣槽机铣削系统的智能控制[J].中国工程机械学报，2015（10）：412-417.