超深地连墙双轮铣施工技术研究

王雅宜

(中铁隧道股份有限公司，河南 郑州 450001)

地下连续墙是目前基坑支护常见的方法。在城市建筑物密集区开挖基坑，工作面常常由于场地影响而无法展开，采用地下连续墙施工是快速打开局面的主要方法。由于该技术应用普遍，应用开发程度很深，绝大部分地区仅仅将其作为一个不起眼的常规工序，地下连续墙的施工组织、工艺攻关等针对性研究较为缺乏。文章依托春风隧道项目，对明挖隧道在城市密集区的地下连续墙快速施工技术展开研究，在城市市政工程中尚属首次。

1 工程简介

春风隧道线路全长约5.078km，分为西端地面道路、西明挖段、盾构段和东明挖段四部分。西明挖段围护结构采用地下连续墙、钻孔灌注桩、钢板桩+内支撑的支护形式，地下连续墙厚度分别为600mm、800mm、1000mm；接头采用工型钢接头，标准幅宽6m，共105幅；异型幅及其他宽3.9 ～8.3m，共20 幅，深度约为10.9 ～27.4m 不等，总计125 幅。西明挖后配套段及始发井段地下连续墙共计54 幅，深度为18 ～28.7m 不等。地层从上至下依次是填土、淤泥、粉质黏土、卵石层、砂层、砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化花岗岩。部分地连墙入岩早，岩层厚，基岩硬（盾构井周边地下连续墙入岩深度均在8m以上，强度在40MPa 以上，且盾构井内有两处断层破碎带），施工困难。

2 设备选型

二期地连墙采用液压抓斗成槽机和冲桩机结合的方式进行成槽，此段地连墙入岩较浅，但是施工周期长，硬岩部分冲桩机平均工效为0.06m/h。地下连续墙常规施工方法有双轮铣、成槽机、冲桩机3 种类型单独或者组合施工，各种设备优缺点如表1 所示。

表1 地下连续墙施工常用机械对比表

双轮铣槽机成槽工法特点：（1）工效高。双轮铣槽机借助UCS 阀，适应强度40 ～100MPa 的各种岩层，钻进能力强，成槽速度快。（2）成桩质量好。双轮铣槽机DMS 电子系统可时刻监控液压双轮铣的工作参数及位置；可对垂直度的偏差及时进行修正，泥浆通过循环系统实时循环，保证施工质量。（3）环境影响小。成槽过程噪音及震动小，对周边建筑影响小；切削渣通过反循环系统并经过泥浆处理系统的分离可重复利用，环境污染小。（4）垂直度控制好。可有效监控成槽垂直度，及时对垂直度进行调整纠偏。根据工程的特点及工程量，决定采用1 台ZTSX100 液压铣槽机进行盾构井及后配套段地连墙基岩部分工程的施工，计划工效为1.2m/h。

3 施工情况

3.1 施工现状

现场2018 年6 月18 日至7 月16 日双轮铣共铣槽10 幅，有效施工时间427h，铣槽236.56m，成槽效率仅为0.55m/h，远不能满足≥1.2m/h 的施工要求。

3.2 原因分析

从双轮铣参数可以看出，在硬岩掘进过程中，双轮铣刀盘地面承重只有7.5t，而2018 年6 月18 日至7 月16 日施工期间，地面承重平均值为9.8t，考虑原因为双轮铣对岩面的压力较小，导致铣槽缓慢。

3.3 初步措施

初步认定为地面承重较小，所以在WA-15 地连墙铣槽期间采取了加大地表承重的措施，由最初的7 ～12t加大至≥15t，铣槽速度明显提升，达到了1.21m/h。但是在双轮铣铣槽过程中，双轮铣刀架摆动大，垂直度偏差大，垂直度检测为4.3‰，不满足规范要求，必须再次修正垂直度。虽然速度明显加快，但垂直度无法保证，需花费更多时间进行修正垂直度。

4 提高双轮铣施工工效的研究

4.1 问题分析

由于双轮铣直接铣软泥层存在糊轮风险，泥浆无法进行分离二次使用，造成泥浆浪费，铣槽只比液压抓斗快2 ～3 倍，但成本高昂，所以在单元槽段施工前，用液压抓斗将槽段岩层以上软弱地层开挖完，后期入岩部分采用液压铣槽机进行成槽。从前期槽段成槽结果看，正常情况下，双轮铣对岩面的压力在7 ～12t 不会影响成槽精度，能达到设计要求的≤3‰，但成槽效率较低（0.55m/h）。如果单纯地对岩面加压，速度有明显提升，但成槽的精度达不到要求，成槽后需要进行二次修边，浪费大量时间。为解决上述问题，既保证成槽的精度，又提高双轮铣效率，决定采用对照试验的方法进行研究，找出最优双轮铣施工方案。

4.2 原因分析

双轮铣工作核心为刀盘对岩面加压，刀具切削岩面使之破碎，由于刀架是由钢丝绳悬吊下放进槽段，因此自稳能力差，铣槽过程中会由岩面的反作用力而晃动。刀架对岩面施加的压力越大，反作用力也就越大，刀架晃动越加厉害，直至超出纠偏板的纠偏能力，垂直度无法控制。由采取增加压力措施来看，会导致刀盘急剧抖动，使垂直度变大，槽段偏斜。如减小刀盘的接触面积，提岩面压强，双轮铣成槽效率即可增大；对地连墙槽段进行预引孔，再进行双轮铣铣槽，采取该措施将减小双轮铣与开挖面接触面积，达到增大压强的效果。

4.3 引孔措施选择

刀架宽3.2m，厚0.96m，单个刀盘直径为1.2m，两个刀盘中心距为2m，盾构井及后配套段标准幅槽段宽6m，厚1m。双轮铣一二刀示意图如图1 所示，从图中可以看出，前两刀铣完后中间剩余0.6m，第一二刀的位置无法改变，所以设想先将第三刀使用成孔机械成孔，再在槽段两端分别成孔两个。

图1 双轮铣一二刀示意图

由于槽段厚1m，因此成孔直径最大为1m。相邻两孔最近距离为2m，双轮铣刀架两圆心相距也是2m，这就保证了刀盘左右两个不会受力不均。同时，因为同期进行格构柱施工，现场有旋挖钻机和冲桩机，通过现场以前的施工得知，旋挖钻机的施工效率是冲桩机无法比拟的，而且旋挖钻机成孔的垂直度比冲桩机更好，旋挖钻机还具备自动性高、人工成本低、环保、低噪等特点，所以拟采用旋挖钻机进行引孔。

4.4 实施方案

（1）旋挖钻机引孔。分别在槽段的左右边线和中线处打三个孔。为了控制旋挖钻机在中风化硬岩地层中的旋挖速度和垂直度，采用截齿筒钻进行硬岩部分的钻取，上层土层采用掏砂钻进行钻取，两个钻头灵活使用，保证了施工进度和精度。（2）液压抓斗成槽。引孔后，确认好双轮铣正在铣的那幅槽的完成时间，由于成槽机在盾构井段土层的施工时间一般在5 ～6h，那么在双轮铣还有6h 完成时，就可以进行下幅槽段的成槽，避免成槽后等待双轮铣的时间过长，造成塌孔、泥浆沉淀等问题，保证工序的有效衔接。（3）双轮铣铣槽。在成槽完成后，双轮铣在1h 内开始铣槽，防止槽段内塌孔。双轮铣在铣槽期间，每隔1h 进行双轮铣的参数记录，实时观察垂直度和铣槽进度，结合地面承重进行相应的调整，使双轮铣的工效及精度都有一定的保障。

4.5 效果检查

（1）采用WA-8 号地连墙作为试验段，除去强风化地层的速度，在中风化地层平均速度为1.42m/h，达到了1.2m/h 的速度，测得成槽垂直度为1.4‰，符合设计及规范要求。（2）最初双轮铣的铣槽平均速度是0.55m/h，垂直度为2.6‰，引孔后，双轮铣的成槽速度增加至1.42m/h，垂直度为1.4‰，增强压力后，成槽速度达到了2.08m/h，垂直度为2.7‰。（3）引孔及加压均有非常显著的效果，能够在保证垂直度的情况下加快铣槽速度，最终速度增加了3.78 倍，单幅槽整体铣槽时间加快了约2.5 倍。

5 结束语

（1）双轮铣施工成本高，但在硬岩地层施工速度远大于成槽机、冲击钻，及其施工噪声小，成槽质量好，结合工程造价和工程工期的前提下，具有良好的推广应用前景。（2）引孔及加压对双轮铣施工质量和效率均有显著提升，能够在保证垂直度的情况下加快铣槽速度，但需根据刀盘钻进速度合理加压，成槽时应根据地连墙幅宽合理选择施工方法，避免偏压造成施工质量下降。（3）导墙的超挖量和施工垂直度对后续成槽施工起到关键性的引导作用，如何提高导墙施工质量将是下一步施工研究的重点。