雙輪銑槽機(jī)在廣州紅層施工中的應(yīng)用

紀(jì) 科

（1.中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000；2.泰國(guó)格樂大學(xué)，泰國(guó) 曼谷10700）

0 引言

地下連續(xù)墻常用成槽設(shè)備包括多頭螺旋鉆成槽機(jī)、沖抓式成槽機(jī)、沖擊鉆成槽機(jī)和液壓式銑槽機(jī)等。沖抓式成槽機(jī)對(duì)于含有大塊石和漂石地層以及基巖地層不適用，標(biāo)準(zhǔn)貫入度值大于40時(shí)效率很低，入巖強(qiáng)度較大時(shí)須先旋挖鉆引孔再進(jìn)行沖抓成槽。沖擊鉆成槽機(jī)施工過程噪音較大，且工效低。液壓式銑槽機(jī)具有諸多有利的特點(diǎn)，適用于不同的地質(zhì)條件（除漂石和大孤石地層），施工過程中具有噪音低、污染小和工效高等優(yōu)勢(shì)，成為目前常用的成槽設(shè)備。

廣州軌道交通13號(hào)線二期工程線路通過灰?guī)r區(qū)和紅層區(qū)，線路大多數(shù)通過紅層區(qū)。紅層區(qū)上部土層以淤泥層和粉質(zhì)粘土層為主，局部夾有砂層；下部以泥質(zhì)粉砂巖為主。通過實(shí)驗(yàn)可知微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層強(qiáng)度約為30MPa。紅層區(qū)地層特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：上部土層較為松軟，且黏性較大；下部巖層強(qiáng)度較大。采用普通抓斗式成槽機(jī)難以滿足巖層成槽要求，故本項(xiàng)目采用液壓雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工。

1 工程與地質(zhì)概況

1.1 工程概況

彩虹橋站～紀(jì)念堂站區(qū)間設(shè)置兩個(gè)施工豎井，采用雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工：

（1）E21 盾構(gòu)井設(shè)計(jì)尺寸為16.5m×13.1m，共10 幅地下連續(xù)墻，采用C35 水下混凝土澆筑而成，設(shè)計(jì)墻厚1000mm，深度為28.101～30.921m，最大幅寬為6.5m，其中“一”字型墻共5幅，“L”型墻共4幅，接頭采用工字鋼接頭。

（2）1#豎井設(shè)計(jì)尺寸為11.1m×8.6m，共6幅地下連續(xù)墻，采用C35水下混凝土澆筑而成，設(shè)計(jì)墻厚1000mm，設(shè)計(jì)深度29.924～33.050m，最大幅寬為5.5m，其中“一”字型墻共3幅，“L”型墻共4幅，接頭采用工字鋼接頭。

1.2 工程地質(zhì)與周邊工程

1.2.1 地層巖性

施工區(qū)域地層巖性自上而下分別是：填土＜1＞、淤泥質(zhì)土＜2-1B＞、砂土＜3-2＞、可塑狀粉質(zhì)粘土層＜4N-2＞、硬塑狀粉質(zhì)粘土＜5N-2＞、粉砂巖＜7-3＞、泥質(zhì)粉砂巖＜8-3＞、泥質(zhì)粉砂巖＜9-3＞。

盾構(gòu)井入強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖＜8-3＞平均深度約15.9m，入微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖＜9-3＞平均深度約8m。地下連續(xù)墻入強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖＜8-3＞平均深度約10m，入微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖＜9-3＞平均深度約3m。

1.2.2 工區(qū)周邊工程情況

（1）E21出土井周邊工程環(huán)境復(fù)雜，分布有駟馬涌箱涵、軌道交通11號(hào)線、綜合管廊等，根據(jù)目前11號(hào)線及綜合管廊施工進(jìn)度，軌道交通11號(hào)線與綜合管廊會(huì)在豎井完成后施工。

（2）駟馬涌蓋板埋深約0.5m，高度為2.8m，跨度為10.8m，中間位置設(shè)隔墻。E21出土井地下連續(xù)墻距駟馬涌邊線凈距為0.4m，盾構(gòu)井地下連續(xù)墻距駟馬涌邊線凈距為5.2m。

（3）軌道交通11號(hào)線右線距出土井地下連續(xù)墻邊線為0.5m，距盾構(gòu)井地下連續(xù)墻邊線為1.48m。

（4）綜合管廊距出土井地下連續(xù)墻邊線為6.62m，距盾構(gòu)井地下連續(xù)墻邊線為1.00m。

2 雙輪銑槽機(jī)成槽施工分析

2.1 施工設(shè)備

雙輪銑核心部位是刀架部分，刀架由旋轉(zhuǎn)接頭、推板、泥漿泵、傳感器箱、泥漿泵等部分組成。

（1）刀架底端有兩個(gè)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的銑輪輪轂，用于切割和破碎巖石。

（2）銑槽垂直度及深度通過安裝在刀架上的傳感器，可連續(xù)顯示在電腦屏幕上，操作員可以直觀地進(jìn)行糾偏操作。

（3）刀架上前后側(cè)面有12 塊推板，用于調(diào)整刀架姿態(tài)。

（4）輪轂上兩個(gè)銑頭可以獨(dú)立或同時(shí)擺動(dòng)用于糾偏。

2.2 施工方法

施工過程中，地下連續(xù)墻采用雙輪銑成槽，優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，導(dǎo)管法灌注水下混凝土[1]。地下連續(xù)墻的鋼筋籠在加工平臺(tái)上焊接成型，由1臺(tái)履帶吊和1臺(tái)汽車吊配合，采用“雙機(jī)抬吊法”整體吊裝下放入槽。由于施工場(chǎng)地有限，地下連續(xù)墻從上而下全部采用雙輪銑銑槽的成槽方式，再配合沖擊方錘引孔和修邊。上部土層銑槽輪轂采用板式輪轂，下部巖層采用葉片式（巖）輪轂。雙輪銑每次銑槽最大寬度為2.8m，6m 寬的槽段需銑三次便可成槽。

施工時(shí)，刀架由主機(jī)懸吊，通過銑輪旋轉(zhuǎn)，銑削成槽，銑削出的渣土混合在槽內(nèi)泥漿中，刀架上的泥漿泵將混有渣土的泥漿吸出，通過泥漿管路輸送到篩分設(shè)備，篩分后的泥漿回到泥漿箱，通過泥漿泵再次注入槽內(nèi)循環(huán)。篩出的渣土等待清理出場(chǎng)。通過上述循環(huán)，逐步將槽段銑削到預(yù)定深度，完成一個(gè)槽段的銑削。通過本套系統(tǒng)，銑槽產(chǎn)生的渣土直接進(jìn)入篩分系統(tǒng)，經(jīng)篩分產(chǎn)生的泥餅及石塊直接進(jìn)入渣土池內(nèi)，場(chǎng)地內(nèi)基本無(wú)渣土及泥漿亂流現(xiàn)象。

2.3 施工工效

2.3.1 影響工效的主要因素

（1）施工場(chǎng)地狹小

E21 盾構(gòu)井及1#豎井位于流花湖公園內(nèi)，施工場(chǎng)地僅3447m2。盾構(gòu)井南側(cè)有12m 寬的駟馬涌污水箱涵。地下連續(xù)墻采用雙輪銑成槽，鋼筋籠采用180T 履帶吊+100T 汽車吊進(jìn)行吊裝，大型設(shè)備較多，施工區(qū)域極其狹小，現(xiàn)場(chǎng)僅能設(shè)置一套鋼筋加工平臺(tái)，造成地下連續(xù)墻成槽、鋼筋籠吊裝及混凝土澆筑不能同時(shí)施工。另外，鋼筋籠每次僅能完成一幅墻的加工。

（2）地質(zhì)條件差

根據(jù)詳勘地質(zhì)揭示，E21 盾構(gòu)井及1#豎井上層均存在淤泥及粉質(zhì)粘土層，下部為中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。上部采用板式輪轂銑槽時(shí)因?yàn)橥翆羽ば暂^大，板齒容易被粘土包封從而出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，需將板式輪轂提出槽孔進(jìn)行清理。另外，在下部巖層銑槽前，需更換葉片式（巖）輪轂。輪轂更換時(shí)間平均約2.5h。

（3）渣土存放空間小及出土?xí)r間受限

由于場(chǎng)地受限，E21 盾構(gòu)井施工場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置臨時(shí)渣土池，渣土池最大存放量為280m3。根據(jù)廣州市余泥排放的相關(guān)規(guī)定，渣土外運(yùn)時(shí)間在每天晚上22：00～第二天早上06:00，而每幅地下連續(xù)墻土石方量約170m3。因此，若當(dāng)天渣土無(wú)法外運(yùn)，一定程度上會(huì)影響第二天施工。

2.3.2 工效分析

根據(jù)收集地下連續(xù)墻成槽、鋼筋籠加工、鋼筋籠吊裝及混凝土澆筑記錄，整理分析出地下連續(xù)墻施工各項(xiàng)工序的具體工效。

（1）成槽階段的工效

E21盾構(gòu)井上部土層厚度為9.0～13.5m，平均入巖深度為19.9m；1#豎井上部土層厚度為20.7m，平均入巖深度為11.7m。上部土層主要包括雜填土、淤泥層、粉細(xì)砂層和粉質(zhì)粘土層等，下部巖層主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中（微）風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

根據(jù)雙輪銑成槽記錄，上部土層采用板式輪轂進(jìn)行銑槽，同時(shí)上層松散巖層也可采用板式輪轂，但工效很低。具體工效見表1。

表1 成槽階段工效

另外，每次更換輪轂時(shí)間平均為2.5h，清除泥餅時(shí)間平均為1h。

綜上所述，對(duì)于寬6.5m，深30.921m（土層為10m，巖層為20.921m），需銑三刀方可成槽，則理論上總用時(shí)為（10/5.17+20.921/2.37+1）×3+2.5=37.8h。

雙輪銑施工為24h作業(yè)，故地下連續(xù)墻成槽平均為1.5個(gè)工作日。

（2）鋼筋制安及吊裝

鋼筋籠制安采用12h工作制。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，小于6m的“一字幅”地下連續(xù)墻鋼筋籠制安完成時(shí)間約18h（1.5個(gè)工作日），“L”型幅段及大于6m 的“一”字幅完成時(shí)間約24h（2個(gè)工作日）。

鋼筋籠吊裝工序可分解為起吊、副吊卸扣、走行、入槽、吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換、下放至擱置扁擔(dān)、填沙袋和接頭箱以及安裝導(dǎo)管。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼筋籠入槽時(shí)間平均為1.8h，填充沙袋時(shí)間平均為1.5h，接頭箱安裝時(shí)間為0.5h，導(dǎo)管安裝時(shí)間為1h。故鋼筋籠吊裝總時(shí)長(zhǎng)平均為4.8h。

（3）混凝土澆注

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，單幅地下連續(xù)墻澆筑完成時(shí)間平均為2.4h。

2.4 施工場(chǎng)地布置及配套設(shè)施

2.4.1 場(chǎng)地布置

根據(jù)雙輪銑施工工序要求，場(chǎng)地內(nèi)需布置鋼筋原材存放區(qū)、鋼筋滾絲區(qū)、鋼筋彎曲區(qū)、鋼筋籠加工平臺(tái)、標(biāo)養(yǎng)室、焊機(jī)箱、泥漿箱、渣土池、篩分機(jī)、工字鋼加工區(qū)、洗車槽及沉淀池，同時(shí)需考慮雙輪銑站位、履帶吊、汽車吊站位及行走位置。具體布置內(nèi)容表述如下：

（1）鋼筋原材料存放區(qū)：受場(chǎng)地限制，原材料存放區(qū)最多可存放三幅地下連續(xù)墻鋼筋原材料。

（2）鋼筋加工平臺(tái)：場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置一處鋼筋加工平臺(tái)，平臺(tái)采用型鋼焊接組裝而成，長(zhǎng)36m，寬6.5m。每次僅加工一幅鋼筋籠。

（3）標(biāo)養(yǎng)室及焊機(jī)箱采用集裝箱。

（4）泥漿箱共5個(gè)，尺寸為6×6×2=72m2。其中4個(gè)儲(chǔ)存泥漿，1個(gè)儲(chǔ)存清水。當(dāng)泥漿箱達(dá)到存儲(chǔ)極限時(shí)，通過壓濾機(jī)對(duì)泥漿進(jìn)行處理，清水直接留存至清水箱，泥餅臨時(shí)存放在渣土池。

（5）渣土池：渣土池采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為21.5×7×2=301m3，最大存儲(chǔ)量為280m3。單幅墻平均土石方為175m3。

2.4.2 機(jī)械設(shè)備配置

（1）雙輪銑：采用意大利進(jìn)口土力SC-130型雙輪銑。上部巖層采用板式輪轂銑槽，下部巖層采用葉片式（巖）輪轂銑槽。雙輪銑的主動(dòng)力來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗為2000～2500L/d。

（2）泥漿處理系統(tǒng)（篩分機(jī)）：采用雙輪銑配套的篩分系統(tǒng)，型號(hào)為SMD-500 型(每小時(shí)處理泥漿量為500m2，占地面積11.97m×6.737m，系統(tǒng)功率為328.32kW），自帶4 個(gè)泥漿箱。雙輪銑銑槽產(chǎn)生的渣土通過泥漿泵泵送至篩分機(jī)，經(jīng)篩分后粗顆粒直接排放至渣土池，細(xì)顆粒及泥漿排放至泥漿箱。泥漿箱內(nèi)設(shè)置泥漿再制備和循環(huán)系統(tǒng)，將新制備泥漿泵送至槽內(nèi)補(bǔ)漿。銑槽過程中的渣土直接進(jìn)入篩分機(jī)進(jìn)行篩分循環(huán)，防止泥漿亂流[2]。

（3）鋼筋籠吊裝設(shè)備：根據(jù)計(jì)算，E21盾構(gòu)井及1#豎井鋼筋籠最大重量為40.727t，采用180t 履帶吊作為主吊，考慮施工場(chǎng)地有限，副吊在非吊裝作業(yè)時(shí)撤出施工場(chǎng)地，故選擇100t汽車吊作為副吊。經(jīng)驗(yàn)證，吊裝設(shè)備配置滿足吊裝要求。

2.4.3 電力配備

現(xiàn)場(chǎng)配置630kW 變壓器，供電量滿足用電需求，見表2。

表2 設(shè)備用電需求

2.5 施工中存在的問題

（1）成本較其他成槽方式高。通過對(duì)比分析可知（表3），雙輪銑成槽的成本較成槽機(jī)+旋挖鉆成槽的成本超出42.7%。

表3 雙輪銑成槽與成槽機(jī)+旋挖鉆成槽的成本對(duì)比表

（2）施工過程占地面積大。雙輪銑除其主機(jī)設(shè)備外，還帶有篩分機(jī)等配套設(shè)備；進(jìn)入強(qiáng)度較大的巖層時(shí)還需要沖擊方錘引孔修邊，占地面積比其他成槽方式大。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來越高，綠色施工將成為施工技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和必然。雙輪銑成槽施工技術(shù)作為目前地下連續(xù)墻成槽施工中的先進(jìn)技術(shù)，具有適用性強(qiáng)、成槽工效高、安全文明、環(huán)保以及施工控制性好等優(yōu)點(diǎn)[3]，值得廣泛推廣和使用。

對(duì)于類似13號(hào)線二期工程全線用地比較緊張的情況，要采用雙輪銑成槽技術(shù)在狹小場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行地下連續(xù)墻施工，有兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)值得參考：

（1）合理布置場(chǎng)地。地基處理應(yīng)經(jīng)過計(jì)算，確保滿足履帶吊和雙輪銑的承載要求，避免后期返工處理；壓濾機(jī)布置于渣土池上方，盡量避免占用施工場(chǎng)地；場(chǎng)地布置前應(yīng)規(guī)劃好大型設(shè)備站位及行走區(qū)域；沉淀池及洗車槽的位置盡可能選擇在設(shè)備行走區(qū)域之外[4]。

（2）采用小槽段和套銑接頭的施工方式。由于施工場(chǎng)地有限，按照雙輪銑每次銑槽寬度為2.8m，鋼筋籠寬度按照標(biāo)準(zhǔn)2.8m進(jìn)行加工；采用的吊裝設(shè)備可采用小型履帶吊或汽車吊進(jìn)行吊裝，以減少施工場(chǎng)地占用；采用套銑接頭型式，一方面可不需要沖擊方錘對(duì)工字鋼接頭位置進(jìn)行修邊，另一方面可提高地下連續(xù)墻的止水效果。