地鐵工程中極硬巖地層地下連續(xù)墻雙輪銑快速成槽技術(shù)

張廣

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 101300）

雙輪銑成槽機(jī)是業(yè)內(nèi)頂尖的施工設(shè)備，具有鉆進(jìn)能力強(qiáng)、功率高、穩(wěn)定性好、成槽深度大、環(huán)保效益顯著（環(huán)境污染?。┑忍攸c(diǎn)，隨地質(zhì)條件的變化，在更換相適應(yīng)的刀具后即可完成開挖作業(yè)，成為硬巖地質(zhì)施工條件下的重要施工設(shè)備。

1 工程概況

某地鐵車站總長(zhǎng)540m，標(biāo)準(zhǔn)段寬約40m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是地下連續(xù)墻，為1.2m 的厚度標(biāo)準(zhǔn)。車站基坑開挖深度約40m，從勘察結(jié)果來(lái)看，在深度約18m 的位置出現(xiàn)中風(fēng)化花崗巖，其強(qiáng)度普遍達(dá)到50MPa 以上，局部特殊路段提升至80～120MP，不利于正常施工。站址區(qū)坐落于該市的核心區(qū)域，施工周邊的既有建（構(gòu)）筑物分布密集，通過銑槽法展開施工作業(yè)，兼顧車站施工質(zhì)量、周邊環(huán)境穩(wěn)定性、環(huán)保效益等多方面要求。

2 雙輪銑快速成槽技術(shù)概述

2.1 雙輪銑成槽施工工藝分析

雙輪銑設(shè)備集多部分于一體：①起重設(shè)備。其關(guān)鍵作用在于給雙輪銑提供動(dòng)力支持，也可根據(jù)需求提升銑槽機(jī)，以保證銑槽機(jī)能夠精準(zhǔn)到達(dá)某特定的作業(yè)點(diǎn)位；②銑槽機(jī)，是切削巖石的關(guān)鍵裝置；③泥漿制備及篩分系統(tǒng)。可以給成槽施工提供足量?jī)?yōu)質(zhì)的循環(huán)泥漿和高效篩分槽段內(nèi)排出的泥漿，以提高其潔凈性。得益于前沿技術(shù)的支撐，雙輪銑設(shè)備具有自動(dòng)化特性，其配套高效的液壓式操作機(jī)械，運(yùn)行期間動(dòng)力液壓馬達(dá)可發(fā)揮出帶動(dòng)性作用，使與之相關(guān)聯(lián)的銑輪朝反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，期間通過刀架實(shí)現(xiàn)對(duì)巖面的切削處理，銑輪上的刀頭可以將大塊巖石破碎，隨后再將其向上卷動(dòng)，以便與泥漿混合，通過泥漿泵將該部分混合料泵送至泥漿篩分系統(tǒng)，經(jīng)過處理后產(chǎn)生干凈的泥漿，進(jìn)而回流至槽段內(nèi)，對(duì)于無(wú)用的廢棄泥漿以及碎石作拋棄處理[1]。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)方面

銑槽法的基本工作思路在于配置雙輪銑槽機(jī)，利用液壓驅(qū)動(dòng)的方式帶動(dòng)銑盤運(yùn)轉(zhuǎn)以達(dá)到切削土體的效果，同時(shí)輔以泥漿循環(huán)和泥砂篩分處理措施，將鉆渣有效外排，以便地下連續(xù)墻的形成。銑槽法是地下連續(xù)墻施工領(lǐng)域較為典型的方法，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)還可滿足經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保等層面的要求，因此具有較好的綜合應(yīng)用效果。

2.3 施工效率方面

相較于傳統(tǒng)的液壓抓斗等方式，雙輪銑快速成槽施工技術(shù)在巖段施工中的應(yīng)用效果較為突出，以強(qiáng)度達(dá)到50～100MPa 的中風(fēng)化巖層為例，正常情況下的施工效率可達(dá)到5～8m3/h；反觀液壓抓斗的方式，在中風(fēng)化巖層地層條件下則不具備可行性，而選擇沖擊鉆機(jī)后，其施工效率也僅為0.3～0.5m3/h，因此足以說明雙輪銑快速成槽施工技術(shù)具有效率高的應(yīng)用特點(diǎn)。

根據(jù)項(xiàng)目工期規(guī)劃，地下連續(xù)墻所有施工均要在8 個(gè)月內(nèi)落實(shí)到位，即每月工作量應(yīng)達(dá)到26 幅。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、設(shè)備性能等方面的情況，共配置4 臺(tái)雙銑輪設(shè)備，單幅施工時(shí)間控制在4d，保證在指定工期內(nèi)可保質(zhì)保量完成地下連續(xù)墻的建設(shè)工作。

3 各類組合施工方式的應(yīng)用效果分析

3.1 液壓抓斗+雙輪銑

遇強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層條件時(shí)，該地層以上的部分利用液壓抓斗施工，該處地層及下方區(qū)域則通過雙輪銑成槽機(jī)施工。各類設(shè)備的工作特性各異，液壓抓斗充分發(fā)揮出抓斗的自重優(yōu)勢(shì)，能夠向巖土體產(chǎn)生較強(qiáng)烈的沖擊作用。以保證施工安全為基本前提，可以通過增加抓斗自重、加大斗齒角度等方式提高施工效率。雙輪銑成槽機(jī)在土層等軟弱地層中所取得的施工效率與傳統(tǒng)方式并無(wú)顯著差異，約為液壓抓斗的2～3 倍，但進(jìn)入至巖層后傳統(tǒng)的液壓抓斗方式無(wú)法正常使用，此時(shí)雙輪銑成槽機(jī)的優(yōu)勢(shì)隨之顯現(xiàn)，可根據(jù)實(shí)際巖層特性匹配相適應(yīng)的刀具，施工靈活性較強(qiáng)，以60MPa 以內(nèi)的中風(fēng)化巖層為例，該條件下的施工效率普遍達(dá)到0.8～1.5m/h，而對(duì)于微風(fēng)化巖層可達(dá)到0.2m/h，能夠滿足質(zhì)量和效率的雙重要求。實(shí)際施工中，在第25 幅地下連續(xù)墻部分使用到雙輪銑成槽機(jī)，該處的成槽時(shí)間為7d，期間鉆齒的更換數(shù)量達(dá)到1227 個(gè)，可以發(fā)現(xiàn)若僅采取雙輪銑成槽機(jī)施工的方式，依然存在難度大、效率低、消耗大的問題[2]。

表1 效率對(duì)比分析統(tǒng)計(jì)

3.2 液壓抓斗+旋挖鉆+雙輪銑

在此方式中，土層和全風(fēng)化花崗巖層兩部分的施工均通過傳統(tǒng)的液壓抓斗設(shè)備完成，遇全風(fēng)化花崗巖及其下方區(qū)域時(shí)先利用旋挖鉆鉆孔，再借助雙輪銑成槽。實(shí)際結(jié)果表明，中風(fēng)化花崗巖地層條件下，雙輪銑的鉆進(jìn)速度約1.2m/h，遇微風(fēng)化花崗巖時(shí)約0.5m/h?，F(xiàn)場(chǎng)地層變化較為明顯，巖石分布缺乏均勻性，基巖具有傾斜的特點(diǎn)，因此鉆頭在運(yùn)行過程中的受力缺乏均勻性，存在偏孔的問題，隨著孔深的增加，偏孔現(xiàn)象更為明顯。以Q14 幅地下連續(xù)墻施工為例，該部分偏孔量達(dá)到0.6m，未滿足工程設(shè)計(jì)要求，在該處投入的糾偏時(shí)間長(zhǎng)達(dá)9d，嚴(yán)重拖慢施工效率。盡管先引孔后雙輪銑成槽的綜合方式在提高進(jìn)尺速度、緩解鉆齒磨損方面具有較好的應(yīng)用效果，但依然存在鉆孔慢、偏孔明顯的問題。

3.3 液壓抓斗+重錘+雙輪銑

重錘被提升至特定的高度后下落，在與巖層面接觸時(shí)將產(chǎn)生顯著的擠壓應(yīng)力，在重錘下方形成壓碎區(qū)，此后以該區(qū)域?yàn)楹诵南蛲庋由斐鰪较蛄鸭y，壓碎區(qū)的下方則形成中間裂紋。經(jīng)上述作用機(jī)制后，可以使巖石由完整轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑榈臓顟B(tài)，有助于提高破巖效率。通過對(duì)重錘自重及提升高度的調(diào)整，可取得不同的破巖效果。在第192 幅地下連續(xù)墻施工中則引入重錘下落擠壓的方式，首先在全風(fēng)化花崗巖及以上巖層中利用液壓抓斗機(jī)施工，再借助10t 的重錘沖擊巖層，在上述基礎(chǔ)上利用雙輪銑成槽，此方式可有效提高施工效率，鉆齒更換頻繁等問題均得到有效解決。

4 各施工方式的應(yīng)用效果對(duì)比分析

根據(jù)上述分析可知，旋挖鉆+雙輪銑的方式在實(shí)際應(yīng)用中易發(fā)生偏孔現(xiàn)象，糾偏難度相對(duì)較大且耗時(shí)較長(zhǎng)，不宜采用。因此對(duì)其余兩種方式展開多角度的對(duì)比分析，具體內(nèi)容如表1 所示。

根據(jù)表1 內(nèi)容可知，在采取重錘配合雙輪銑的方式后，施工裝置的檢修次數(shù)隨之減少，鉆齒使用量相對(duì)較少，相比于不用重錘的工況而言，更換鉆齒的次數(shù)約為該方式的1/2，而數(shù)量?jī)H為該方式的1/10；成槽施工所持續(xù)的時(shí)間較少，約節(jié)省一半的時(shí)間；且在中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖中均具有較高的施工效率。由此表明重錘配合雙輪銑的方式具有可行性，結(jié)合上述分析確定最終的方案：先鉆孔，再通過雙輪銑槽機(jī)成槽，關(guān)于成槽施工方案的基本流程，如圖1 所示。

圖1 成槽方案

5 成槽過程中的注意事項(xiàng)

成槽過程中需注意垂直度換個(gè)開挖過程的控制工作。

（1）垂直度控制。在地層強(qiáng)度分布不均、銑輪轉(zhuǎn)速缺乏穩(wěn)定性等條件下，銑輪的運(yùn)行姿態(tài)受到影響，具有向一側(cè)偏斜的變化，期間需及時(shí)采取糾偏措施，具體可根據(jù)實(shí)際情況選擇糾偏方法，例如推板糾偏、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)糾偏[3]。

（2）開挖要點(diǎn)。銑削作業(yè)前詳細(xì)檢查槽底，利用抓斗撈出無(wú)用鋼筋以及其他雜物，使槽底維持潔凈的狀態(tài)；加強(qiáng)對(duì)泥漿液面高度的控制，要求其在安全范圍以上；定期糾偏，維持鋼筋籠姿態(tài)的合理性；旋挖鉆引孔環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)控制孔位和垂直度。

6 結(jié)語(yǔ)

地鐵工程建設(shè)領(lǐng)域，以微風(fēng)化花崗巖為代表的極硬巖地層強(qiáng)度較高，在該處組織地下連續(xù)墻施工時(shí)難度較大，雖然雙輪銑設(shè)備具有較強(qiáng)的工作能力，但單純采用該方式時(shí)依然存在進(jìn)尺效率低、鉆齒用量多等局限性問題。本文結(jié)合工程實(shí)例展開分析，經(jīng)方案比選后認(rèn)為重錘配合雙輪銑的施工方式較為可行，其綜合應(yīng)用效果較好，例如施工期間設(shè)備的鉆齒更換頻率低、鉆齒使用數(shù)量少；相比不用重錘的方式而言，鉆齒更換次數(shù)僅為該方式的1/2，而鉆齒數(shù)量則為該方式的1/10；成槽效率提高，成槽所需的時(shí)間較短。因此通過重錘配合雙輪銑的方式切實(shí)可行，可作為類似極硬巖地層條件下地下連續(xù)墻施工的技術(shù)參考。