双轮铣槽机在地下连续墙施工中的应用

2020-07-01罗业华

港工技术 2020年3期

罗业华

（中交四航局第二工程有限公司，广东广州 510230）

引言

随着我国城市轨道交通建设的快速发展，地铁车站向着更深、更宽方向发展，周边环境也越发复杂，安全文明施工要求也越来越高。广州地铁 12号线大学城南站紧邻既有 4、7号线大学城南站建设，最近距离约0.5 m，周边环境主要为高校办公生活区、居民生活小区。12号线大学城南站地下连续墙采用液压抓斗成槽机+双轮铣槽机施工不仅对临近既有运营 4、7号线大学城南站影响小，并且在岩层厚、强度高槽段成槽功效高、质量好。

1 工程概况

大学城南站位于大学城中环东路与中心大街南路交叉口，沿道路呈西北-东南向布置。本站与既有运营 4、7号线大学城南站换乘，主体围护结构地连墙距离既有4号线最近距离0.5 m，地连墙施工需切割处理原 4、7号线大学城南站基坑支护结构锚杆、锚索。大学城南站采用明暗挖结合法施工，明挖段采用1 m厚地下连续墙+内支撑支护形式，地连墙平均深度36.0 m，标准幅宽6.0 m，平均入岩高度12.8 m，大学城南站详勘揭露中风化花岗岩强度参考值为25～35 MPa，微风化花岗岩强度平均值79.55 MPa，最高109.05 MPa，岩石近似RQD为37 %～65 %。

2 双轮铣槽机施工工艺简述

2.1 成槽设备选型

地下连续墙成槽设备传统上常选用冲击钻（岩层）辅以液压抓斗（土层）配合成槽，该工艺较为成熟，广泛应用于珠三角地区地下连续墙施工，但在强度高的微风化混合花岗岩地层中施工功效低，易偏孔，卡笼，且对周边环境影响比较大。本工程因临近既有线施工，地铁保护不应许采用冲击钻施工，项目部引进意大利土力 SC-135型双轮铣槽机（岩层）辅以德国宝峨GB60型液压抓斗（土层）配合成槽，地连墙施工期间对临近既有运营地铁线路影响小，成槽功效高、质量好。

表1 地下连续墙成槽设备主要性能指标

2.2 不同地层双轮铣槽机成槽功效分析

1）土层成槽

大学城南站大里程编号S60幅地连墙采用双轮铣槽机从地面成槽至设计槽底，在淤泥质土层中产生糊轮现象，泥浆粘性增加导致筛分系统效率降低，成槽功效底，成孔超声波检测显示局部存在塌孔现象。经过调整泥浆配比、添加膨润土等措施泥浆改良后得到较明显改善。

图1 双轮铣槽机铣轮泥饼

2）中、微风化混合花岗岩地层成槽

通过大学城南站地连墙入岩槽段不同引孔工况下双轮铣槽机成槽功效统计分析总结如下：

在中风化等软岩地层，岩石 RQD对成槽工效影响比较小，但在微风化坚硬硬岩地层，岩石完整性程度高会使双轮铣铣削岩石能力大幅度降低，锥齿损耗严重。

在硬岩地层，岩石完整程度高的情况下，需要通过引孔等方案来破坏其完整性，创造破碎临空面，来提高铣削成槽效率。大学城南站在没引孔的情况下，每小时平均进尺在30～80 cm之间，引孔后每小时平均进尺达到1.5 m以上。

对于坚硬岩石，每槽四孔或者是每一刀两孔且刀架两侧处于临空状态的引孔方式铣削成槽的工效最高且锥齿损耗少。

大学城南站地连墙施工受临近既有线运营影响，采用旋挖钻引孔，该引孔方式对周边环境影响小，但对岩层整体强度基本无影响。如果具备冲孔桩机、大直径潜孔锤引孔工艺成槽效率较旋挖钻引孔高，原因也是在冲锤引孔过程中，冲锤的冲击使岩石整体性受到破坏，产生裂隙较多，降低了岩石RQD指数。

3 双轮铣槽机成槽质量控制

3.1 接头质量控制及检测

地下连续墙双轮铣槽机成槽接头通常有套铣接头与工字钢接头两种形式，两种接头形式各有优劣势。

1）套铣接头施工

套铣接头施工，Ⅱ序槽施工时将Ⅰ序槽墙体切削掉20 cm混凝土，露出粗糙的新鲜混凝土面，使得Ⅰ序槽和Ⅱ序槽能够紧密接触，且由于铣轮锥齿切屑面并不是一个光滑平面，而是由于锥齿的间断分布使切削面形成锯齿状，大大延长了接头部位的渗漏路径，从而加强了接头的防水效果。

套铣法接头在铣槽机成槽以后，免除了接头管吊装、拔除、沙包回填、接头清刷等一系列工序，也可以避免接头冲刷不干净造成的渗漏。

套铣接头施工受双轮铣槽机成槽尺寸影响，二期槽段增多，连续墙接缝止水难度增大。

2）工字钢接头施工

工字钢接头是地下连续墙最常见的接头型式，工字钢接头具有良好的板体刚度和接头止水效果。

工字钢接头较套铣接头施工主要缺点是：①在一序槽垂直度偏差的情况下，必然是一侧形成“V”型、另一侧形成“∧”型断面，在“V”型一侧的下部，偏离冲锤上下运动轨迹线的外侧部分，会存在冲刷盲区，从而导致后期开挖时产生渗漏水。②工字钢接头如采用沙包回填，二序槽对接头处理时，沙包袋碎屑容易造成泥浆泵以及泥浆循环处理系统的堵塞，增加施工过程设备维护时间和成本。③工字钢接头背后如采用接头管，接头管应用深度有限制，超过15 m顶拔接头装置经常出现难以拔出或拔断等情况。④工字钢接头处理沙包回填、冲接头、刷壁等，施工工序多，工期较长。

大学城南站地连墙接头施工均采用工字钢接头施工，两侧采用下部回填沙包、上部安放1～2节接头箱同时在工字钢板上焊接防扰流铁皮等措施确保接头施工质量。通过及时冲刷二期槽段接头、二期槽段接头全部经超声波检测垂直度合格方可下放钢筋笼等管理措施。地连墙接头施工质量良好。

图2 接头质量超声波检测

3.2 开挖负荷选择与垂直度控制

1）开挖负荷选择

过大的开挖负荷常常导致开挖垂直的偏差大，反复纠偏耗时多，过大的扭矩可导致刀架横杆开裂，液压系统油封漏油、油管爆管增多。一般情况，软岩地层开挖负荷在80～100 kN之间，中等硬度岩层开挖负荷选择在100～150 kN之间，坚硬岩层在180～200 kN之间。

2）开挖垂直度控制

在硬岩中很难通过铣槽机纠偏板达到纠偏效果，因为纠偏推板所处位置比铣轮高，纠偏板伸出所顶住的位置往往处在土层或者强度不高的全风化层，难以抵抗刀架在硬岩中偏斜的趋势。在操作中，进入强风化层，需要严格控制刀架的垂直度，并且降低铣轮下降速度，刀架开挖负荷保持在100 kN以下，使刀架处在半悬吊状态以保证在进入硬岩层时不偏孔，至少有5～6 m在强风化层及中风化层，纠偏板位置不再处在土层或全风化层，才逐步增加刀架压力，使得即便偏孔，也有纠偏条件。

土力SC-135双轮铣槽机配备DMS系统，可实时获得钻进参数，垂直度通过安装在刀架上的传感器，可连续的显示在电脑屏幕上，操作员可很直观的进行纠偏操作。DMS系统可相对于深度或时间显示并记录操作参数。通过配合使用超声波检测仪适时在成槽过程及成槽完成后检测槽段垂直度，大学城南站槽壁及接头垂直度均有效控制在 1/300以内。

图3 土力SC-135双轮铣槽机成槽监控界面示意

3.3 周边环境监测情况

大学城南站施工全周期对临近既有运营四号线进行自动化监测。其中，地下连续墙施工期间，通过合理规划大型施工设备（成槽设备、钢筋笼吊装设备）行走路线，临近既有线之间预埋袖阀管跟踪注浆，采取有效控制地下连续墙成槽垂直度，避免塌孔等措施。施工期8个月内自动化各项监测数据变形较小，未出现异常状况，各项监测数据综合分析，十二号线大学城南站施工对临近运营四号线影响较小，处于安全可控状态。