双轮铣槽机在广州红层施工中的应用

2022-07-28纪科

四川水泥 2022年7期

纪科

（1.中铁四局集团有限公司，安徽合肥 230000；2.泰国格乐大学，泰国曼谷10700）

0 引言

地下连续墙常用成槽设备包括多头螺旋钻成槽机、冲抓式成槽机、冲击钻成槽机和液压式铣槽机等。冲抓式成槽机对于含有大块石和漂石地层以及基岩地层不适用，标准贯入度值大于40时效率很低，入岩强度较大时须先旋挖钻引孔再进行冲抓成槽。冲击钻成槽机施工过程噪音较大，且工效低。液压式铣槽机具有诸多有利的特点，适用于不同的地质条件（除漂石和大孤石地层），施工过程中具有噪音低、污染小和工效高等优势，成为目前常用的成槽设备。

广州轨道交通13号线二期工程线路通过灰岩区和红层区，线路大多数通过红层区。红层区上部土层以淤泥层和粉质粘土层为主，局部夹有砂层；下部以泥质粉砂岩为主。通过实验可知微风化泥质粉砂岩层强度约为30MPa。红层区地层特点主要表现为：上部土层较为松软，且黏性较大；下部岩层强度较大。采用普通抓斗式成槽机难以满足岩层成槽要求，故本项目采用液压双轮铣槽机进行地下连续墙成槽施工。

1 工程与地质概况

1.1 工程概况

彩虹桥站～纪念堂站区间设置两个施工竖井，采用双轮铣槽机进行成槽施工：

（1）E21 盾构井设计尺寸为16.5m×13.1m，共10 幅地下连续墙，采用C35 水下混凝土浇筑而成，设计墙厚1000mm，深度为28.101～30.921m，最大幅宽为6.5m，其中“一”字型墙共5幅，“L”型墙共4幅，接头采用工字钢接头。

（2）1#竖井设计尺寸为11.1m×8.6m，共6幅地下连续墙，采用C35水下混凝土浇筑而成，设计墙厚1000mm，设计深度29.924～33.050m，最大幅宽为5.5m，其中“一”字型墙共3幅，“L”型墙共4幅，接头采用工字钢接头。

1.2 工程地质与周边工程

1.2.1 地层岩性

施工区域地层岩性自上而下分别是：填土＜1＞、淤泥质土＜2-1B＞、砂土＜3-2＞、可塑状粉质粘土层＜4N-2＞、硬塑状粉质粘土＜5N-2＞、粉砂岩＜7-3＞、泥质粉砂岩＜8-3＞、泥质粉砂岩＜9-3＞。

盾构井入强风化泥质粉砂岩＜8-3＞平均深度约15.9m，入微风化泥质粉砂岩＜9-3＞平均深度约8m。地下连续墙入强风化泥质粉砂岩＜8-3＞平均深度约10m，入微风化泥质粉砂岩＜9-3＞平均深度约3m。

1.2.2 工区周边工程情况

（1）E21出土井周边工程环境复杂，分布有驷马涌箱涵、轨道交通11号线、综合管廊等，根据目前11号线及综合管廊施工进度，轨道交通11号线与综合管廊会在竖井完成后施工。

（2）驷马涌盖板埋深约0.5m，高度为2.8m，跨度为10.8m，中间位置设隔墙。E21出土井地下连续墙距驷马涌边线净距为0.4m，盾构井地下连续墙距驷马涌边线净距为5.2m。

（3）轨道交通11号线右线距出土井地下连续墙边线为0.5m，距盾构井地下连续墙边线为1.48m。

（4）综合管廊距出土井地下连续墙边线为6.62m，距盾构井地下连续墙边线为1.00m。

2 双轮铣槽机成槽施工分析

2.1 施工设备

双轮铣核心部位是刀架部分，刀架由旋转接头、推板、泥浆泵、传感器箱、泥浆泵等部分组成。

（1）刀架底端有两个由液压马达驱动的可独立旋转的铣轮轮毂，用于切割和破碎岩石。

（2）铣槽垂直度及深度通过安装在刀架上的传感器，可连续显示在电脑屏幕上，操作员可以直观地进行纠偏操作。

（3）刀架上前后侧面有12 块推板，用于调整刀架姿态。

（4）轮毂上两个铣头可以独立或同时摆动用于纠偏。

2.2 施工方法

施工过程中，地下连续墙采用双轮铣成槽，优质膨润土泥浆护壁，导管法灌注水下混凝土[1]。地下连续墙的钢筋笼在加工平台上焊接成型，由1台履带吊和1台汽车吊配合，采用“双机抬吊法”整体吊装下放入槽。由于施工场地有限，地下连续墙从上而下全部采用双轮铣铣槽的成槽方式，再配合冲击方锤引孔和修边。上部土层铣槽轮毂采用板式轮毂，下部岩层采用叶片式（岩）轮毂。双轮铣每次铣槽最大宽度为2.8m，6m 宽的槽段需铣三次便可成槽。

施工时，刀架由主机悬吊，通过铣轮旋转，铣削成槽，铣削出的渣土混合在槽内泥浆中，刀架上的泥浆泵将混有渣土的泥浆吸出，通过泥浆管路输送到筛分设备，筛分后的泥浆回到泥浆箱，通过泥浆泵再次注入槽内循环。筛出的渣土等待清理出场。通过上述循环，逐步将槽段铣削到预定深度，完成一个槽段的铣削。通过本套系统，铣槽产生的渣土直接进入筛分系统，经筛分产生的泥饼及石块直接进入渣土池内，场地内基本无渣土及泥浆乱流现象。

2.3 施工工效

2.3.1 影响工效的主要因素

（1）施工场地狭小

E21 盾构井及1#竖井位于流花湖公园内，施工场地仅3447m2。盾构井南侧有12m 宽的驷马涌污水箱涵。地下连续墙采用双轮铣成槽，钢筋笼采用180T 履带吊+100T 汽车吊进行吊装，大型设备较多，施工区域极其狭小，现场仅能设置一套钢筋加工平台，造成地下连续墙成槽、钢筋笼吊装及混凝土浇筑不能同时施工。另外，钢筋笼每次仅能完成一幅墙的加工。

（2）地质条件差

根据详勘地质揭示，E21 盾构井及1#竖井上层均存在淤泥及粉质粘土层，下部为中、微风化泥质粉砂岩。上部采用板式轮毂铣槽时因为土层黏性较大，板齿容易被粘土包封从而出现打滑现象，需将板式轮毂提出槽孔进行清理。另外，在下部岩层铣槽前，需更换叶片式（岩）轮毂。轮毂更换时间平均约2.5h。

（3）渣土存放空间小及出土时间受限

由于场地受限，E21 盾构井施工场地内设置临时渣土池，渣土池最大存放量为280m3。根据广州市余泥排放的相关规定，渣土外运时间在每天晚上22：00～第二天早上06:00，而每幅地下连续墙土石方量约170m3。因此，若当天渣土无法外运，一定程度上会影响第二天施工。

2.3.2 工效分析

根据收集地下连续墙成槽、钢筋笼加工、钢筋笼吊装及混凝土浇筑记录，整理分析出地下连续墙施工各项工序的具体工效。

（1）成槽阶段的工效

E21盾构井上部土层厚度为9.0～13.5m，平均入岩深度为19.9m；1#竖井上部土层厚度为20.7m，平均入岩深度为11.7m。上部土层主要包括杂填土、淤泥层、粉细砂层和粉质粘土层等，下部岩层主要为强风化泥质粉砂岩和中（微）风化泥质粉砂岩。

根据双轮铣成槽记录，上部土层采用板式轮毂进行铣槽，同时上层松散岩层也可采用板式轮毂，但工效很低。具体工效见表1。

表1 成槽阶段工效

另外，每次更换轮毂时间平均为2.5h，清除泥饼时间平均为1h。

综上所述，对于宽6.5m，深30.921m（土层为10m，岩层为20.921m），需铣三刀方可成槽，则理论上总用时为（10/5.17+20.921/2.37+1）×3+2.5=37.8h。

双轮铣施工为24h作业，故地下连续墙成槽平均为1.5个工作日。

（2）钢筋制安及吊装

钢筋笼制安采用12h工作制。根据统计，小于6m的“一字幅”地下连续墙钢筋笼制安完成时间约18h（1.5个工作日），“L”型幅段及大于6m 的“一”字幅完成时间约24h（2个工作日）。

钢筋笼吊装工序可分解为起吊、副吊卸扣、走行、入槽、吊点转换、下放至搁置扁担、填沙袋和接头箱以及安装导管。根据统计，钢筋笼入槽时间平均为1.8h，填充沙袋时间平均为1.5h，接头箱安装时间为0.5h，导管安装时间为1h。故钢筋笼吊装总时长平均为4.8h。

（3）混凝土浇注

根据统计，单幅地下连续墙浇筑完成时间平均为2.4h。

2.4 施工场地布置及配套设施

2.4.1 场地布置

根据双轮铣施工工序要求，场地内需布置钢筋原材存放区、钢筋滚丝区、钢筋弯曲区、钢筋笼加工平台、标养室、焊机箱、泥浆箱、渣土池、筛分机、工字钢加工区、洗车槽及沉淀池，同时需考虑双轮铣站位、履带吊、汽车吊站位及行走位置。具体布置内容表述如下：

（1）钢筋原材料存放区：受场地限制，原材料存放区最多可存放三幅地下连续墙钢筋原材料。

（2）钢筋加工平台：场地内设置一处钢筋加工平台，平台采用型钢焊接组装而成，长36m，宽6.5m。每次仅加工一幅钢筋笼。

（3）标养室及焊机箱采用集装箱。

（4）泥浆箱共5个，尺寸为6×6×2=72m2。其中4个储存泥浆，1个储存清水。当泥浆箱达到存储极限时，通过压滤机对泥浆进行处理，清水直接留存至清水箱，泥饼临时存放在渣土池。

（5）渣土池：渣土池采用现浇钢筋混凝土结构，尺寸为21.5×7×2=301m3，最大存储量为280m3。单幅墙平均土石方为175m3。

2.4.2 机械设备配置

（1）双轮铣：采用意大利进口土力SC-130型双轮铣。上部岩层采用板式轮毂铣槽，下部岩层采用叶片式（岩）轮毂铣槽。双轮铣的主动力来自柴油发动机，油耗为2000～2500L/d。

（2）泥浆处理系统（筛分机）：采用双轮铣配套的筛分系统，型号为SMD-500 型(每小时处理泥浆量为500m2，占地面积11.97m×6.737m，系统功率为328.32kW），自带4 个泥浆箱。双轮铣铣槽产生的渣土通过泥浆泵泵送至筛分机，经筛分后粗颗粒直接排放至渣土池，细颗粒及泥浆排放至泥浆箱。泥浆箱内设置泥浆再制备和循环系统，将新制备泥浆泵送至槽内补浆。铣槽过程中的渣土直接进入筛分机进行筛分循环，防止泥浆乱流[2]。

（3）钢筋笼吊装设备：根据计算，E21盾构井及1#竖井钢筋笼最大重量为40.727t，采用180t 履带吊作为主吊，考虑施工场地有限，副吊在非吊装作业时撤出施工场地，故选择100t汽车吊作为副吊。经验证，吊装设备配置满足吊装要求。

2.4.3 电力配备

现场配置630kW 变压器，供电量满足用电需求，见表2。