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双轮铣成槽施工技术
吴志荣
(中铁隧道局集团有限公司杭州公司，杭州 310000)
摘要：以杭州地铁SG6-4标美院象山站软硬复合地层地下连续墙施工的方案及工艺进行总结及改进，得出以下结论：1）软硬复合地层过程中采用抓铣结合施工是最理想的施工方案；2）双轮铣施工过程中特别施工二期槽施工过程中采用定制抓斗施工可以大大的提高施工效率；3）施工过程中采取复合泥浆的效果及质量稳定性均比自拌的泥浆高，可以更好的保护槽壁。
关键词：地铁；软硬复合地层；地下连续墙；抓铣结合
0 引言
随着经济和社会的发展，我国也越来越重视地下铁道的发展，并在北京、广州、深圳、上海等大城市修建了大量地铁，南京、成都、杭州、西安、长沙等城市也在建或者筹建地铁。地铁是位于地下的大型工程，由于受线路线型等因素的影响，因此地铁在修建过程中不可避免地会遭遇各种各样的地质问题，软硬复合地层就是其中之一。
1 工程概况
1.1 复合地层与车站围护结构关系
美院象山站主体结构地下连续墙共计161幅，一期槽80幅，二期槽81幅。其中一期槽中“一”字幅66幅，“Z”形幅8幅，“L”形幅4幅，“T”形幅2幅，二期槽皆为“一”字幅。
本工程主体地下连续墙的设计概况如表1所示。
表1 地下连续墙设计概况表
设计情况
数量
接头形式
设备安排
部位
厚
深
车站主体
1.0
31.6～32.6
161
套铣接头
主体1台宝峨BC40双轮铣槽机+1台宝峨GB30成槽机，配1套200t+100t 吊车

图1 地墙槽段划分图
1.2 工程地质概况
地下连续墙施工范围内地质情况如图2所示。
35-3中风化灰岩，室内天然单轴抗压强度介于57.70～98.30MPa，平均值75.32MPa；室内饱和单轴抗压强度介于46.30～88.20MPa，平均值68.41MPa，标准值64.12MPa，属较坚硬岩。岩芯RQD一般为60～90%左右，少量小于50%，岩体较完整，岩体基本质量等级为II类。

图2 地质断面图
2 施工设备
2.1 设备介绍
BC40/MC64双轮铣槽机是从德国进口的国际新型设备，由德国宝峨基础工程公司研制生产，是目前世界先进的硬岩成槽施工设备。双轮铣设备主要由三部分组成:起重设备、铣槽机、泥浆制备及筛分系统等。

图3 铣槽机示意图
2.2 设备性能
各国双轮铣性能调查分析见表4。
表4 设备比选表
国家
德国
意大利
中国
产品型号
CBC25、CBC33、MBC30、BC30、BC32、BC36、BC40、BC50等
SC135原有机型SC120已经停产
卡萨FD60
金泰SX40徐工和中联设备仍处于测试阶段。
规格
参数
铣槽深度100米，铣槽长度2.8米，切割硬度可达到200Mpa
铣槽深度120米，铣槽长度2.8米，切割硬度可达到120Mpa

优点
1、故障率低，施工效率高，产量输出稳定。
2、技术成熟、先进，配套完善，在国内零配件供应相对齐备。3、适应各种地质条件，从软弱地层到坚硬的岩石。4、培训、售后、技术支持有保障。5、施工质量有保障，国内应用广泛
1、故障率低，施工效率高，产量输出稳定。2、技术成熟、先进。
3、适应各种地质条件，从软弱地层到坚硬的岩石。4、培训、售后、技术支持有保障。5、施工质量有保障。
价格便宜
【金泰1646.00万元，润连嘉（徐工）2380.00万元】
缺点
价格高昂，BG40价格4092.00万元（到岸价）。
运行成本高
价格高昂，SC135价格3528.00万元（到岸价）。不含除渣系统。
运行成本高
市场占有率小，未推广
1、使用效果和进度较低，施工消耗成本较高。2、马达扭矩、密封耐压均达不到要求。3、整机故障率较高。4、硬岩施工需要先采用冲击钻辅助施工才能进行铣挖作业。
分析结果
合理
不合理
不合理
宝峨BC40双轮铣性能表及各类消耗表，在软土和砂层地质中，双轮铣消耗最低，在岩层中随着岩石强度的增大，消耗急剧增大，在成本核算时应特别注重地质情况。
表5 BC40双轮铣性能表
序号
部件名称
性能指标
技术参数
1
主机
型号
MC64
2
发动机功率（KW）
570
3
铣头
铣削宽度（mm）
800-1500
4
铣削深度（m）
100
5
单孔铣削长度（m）
2.8
6
铣刀进给速度
软弱土质中（cm/min）
25-35
7
较硬土质岩层中（cm/min）
2-10
8
泥浆筛分净化系统
最大泥浆处理能力（m3/h）
500
9
功率（KW）
55*2+2*6
10
筛网规格
粗5*5mm细0.4*25mm
11
泥浆泵
功率（KW）

12
流量（m³/h）
200-500
13
工作重量
T
180
表6 双轮铣动力消耗表
土层性质
功率利用系数
单位均产量（m3/h）
电费
（元/h）
柴油
（kg/h）
单方能耗（元）
土层、砂层
0.15
25
127.6
29
14.6
中风化层
0.3
6.5
127.6
58
92.83
微风化层
0.5
1.5
127.6
123
757.07
表7 双轮铣配件、材料消耗统计表
岩石条件
单方泥浆消耗（元）
切削齿型号
单方铣齿消耗（个）
其他配件成本
小计（元/m3）
50Mpa以下
10-50
22型锥齿
0.06
20元
66.2
50-100Mpa
10-30
22型锥齿
1.5-2
30元
522.5
100Mpa以上
10-20
22型锥齿
3.1-3.9
50元
1010.00
铣轮分为标准型、锥齿型以及球齿型，可适用于不同地层。详见图4。

图4 铣轮配置图
2.3 设备选型
（1）、性能比选
目前地下连续墙施工常规施工方法主要有双轮铣、成槽机、冲击钻3种类型单独或者组合施工，各种设备优缺点见表8。
表8 地下连续墙施工常用机械对比表
设备名称
双轮铣
成槽机
冲击钻
软弱地层
20m3/h～30m3/h
10m3/h

50MPa以下中风化岩层
10m3/h
无法使用
0.3m3～0.5m3/台班
50MPa～100MPa微风化岩层
1m3/h～2m3/h
无法使用
施工异常困难
对环境影响
低冲击和振动、噪声较小
有一定冲击和振动、噪声较大
有较大的冲击和振动、噪声大

图5 设备对比图
（2）、进度对比

图6 进度对比图
根据各种比选，结合现场实际情况，选用爪铣结合的形式进行地墙施工。
3 施工工序和工艺
本工程地下连续墙施工根据各种比选，结合现场实际情况，选用爪铣结合的形式进行地墙施工。施工工艺见图7。

图7 地墙施工工艺图

图8 地墙施工工序图
3.1 导墙施工
抓铣结合施工方法中，导墙施工工艺和常规地下连续墙导墙施工一样。

图9 导墙施工示意图
3.2 液压抓斗成槽施工
本标段液压抓斗施工仅限于地墙土层开挖，下方岩层采用双轮铣，一期槽上部土体采用GB30液压抓斗成槽机成槽，每抓成槽时间约为4h；下部岩层采用双轮铣槽机铣槽，施工效率随着岩层强度波动。液压抓斗成槽机与双轮铣槽机在两幅槽同时交叉施工，槽2开槽时间根据槽1铣槽进度，一般当槽1第二抓开始铣槽时槽2进行开槽。抓斗成槽施工工艺见图10。

图10 抓斗成槽流程图
3.3 一期槽双轮铣铣槽
双轮铣槽机采用藏在切割轮内的切齿切削岩石，并使之与膨润土悬浮液相混合，利用切齿可以将岩石碴土切割成70～80mm或更小的碎块，利用紧挨切割轮的离心泵将碎块悬浮液一同抽吸出开挖槽，双轮铣成槽施工排碴见图11。
离心泵不断把泥土和土液混合物抽出并送到泥浆筛分站，泥浆处理车间包括除砂器和砾石分离器，将泥土和杂质从泥浆中分离出来，利用泥浆给进泵将重新生成的泥浆液泵回开挖槽内，由此而形成一个封闭回路。

图11 双轮铣铣削施工示意图 图12 双轮铣泥浆循环示意图
3.4 二期槽套铣接头施工
地连墙接头型式采用“铣接法”，即在两个一期槽中间进行二期槽成槽施工时，铣掉一期槽端头的部分混凝土，二期槽砼浇筑后与一期槽砼结合形成一道水密性较好的接头；本项目美院象山站一、二期槽孔在地墙轴线方向的套铣接头长度为15cm。

图13 标准二期槽段 (单刀)施工示意图 图14 套铣接头施工示意图
3.5 钢筋笼制作施工
地下连续墙采用套铣接头。一期槽成槽宽度即设计宽度，钢筋笼每边减少30cm，比槽段宽度减少60cm。详见图15。

图15 一期槽接头示意图
二期槽施工时将两侧一期槽各铣削15cm素砼，刚好铣槽机宽度2.8m，钢筋笼宽度同槽段宽度。详见图16。

图16 二期槽接头示意图
4 质量保证及改进措施
4.1 防止槽壁坍塌措施
施工过程中防止槽壁坍塌措施，详见表9。
表9 地下连续墙防止槽壁坍塌措施表
序号
措施
1
选用优质泥浆护壁，提高泥浆液面高度
2
进行槽壁加固或降低地下水位
3
机械远离作业槽段，成槽机械下垫钢板
4
成槽机配合双轮铣，提高功效，减少成槽时间
5
软土区采用抓斗成槽，铣槽时减小泥浆泵功率
6
减小一期槽宽度，或者留核心土
4.2 防止双轮铣糊轮、提高工效
成槽工效，主要受双轮铣施工进度影响。为保证双轮铣正常运转，配套工序衔接必须紧凑，且双轮铣只铣岩石并能连续施工。
成槽机负责软土中成槽，发挥双轮铣在岩层中铣槽的优势，减少双轮铣在软土中成槽的时间，同时避免了铣轮在粘土中结泥的风险。

图17 糊轮、抓斗示意图
表10 提高工效措施表
序号
措施
1
泥浆系统的储浆量能满足2幅槽段的施工，泥浆泵功率能配套双轮铣泥浆泵功率，保证送浆和回浆相匹配。
2
液压抓斗成槽机功率选配合适，成槽速度略快于双轮铣，但不要长时间闲置
3
泥浆班、砼班、钢筋班采取考核管理，安全、质量、文明施工要受控，各工序衔接紧凑。
4
双轮铣设备定期保养，降低故障率，连续作业，提高工效
5
优化改进、发明创造，提高工效
4.3 套线接头质量控制
（1）、二期槽定位。
在一期槽浇筑砼前，在孔口接头位置下设长6m的导向板，砼浇筑初凝后将导向板拔出，预留出二期槽孔的准确位置，为保证导向板位置混凝土的防水效果，导向板接触面为锯齿形。

图18 导向板示意图
为了保证二期槽开孔位置准确，导向稳定，采用定位架及接头板定位的施工工艺，在二期槽开孔前，将定位架架设到位

图18 定位架示意图
4.4 双轮铣纠偏
在铣头沿高度的左右两侧各安装2块导向板,前后两侧各安装4块纠偏板。铣头在铣削时前后、左右的刮刀产生受力不同的情况,造成铣头倾斜,从而引起槽孔的偏斜。通过触摸屏,控制液压千斤顶系统伸出或缩回导向板、纠偏板,调整铣头的姿态,并调慢铣头下降速度,从而有效地控制了槽孔的垂直度。

图19 双轮铣控制系统

图20 双轮铣纠偏示意图
4.5 泥浆系统布置注意事项
（1）、选址合理，靠近车站中部位置，减少泥浆管的配置
（2）、避开交改道路的位置。方便出渣和废浆外运时车辆的进出
（3）、合理布置泥浆输送管道，满足现场200m3/h的排送能力。
（4）、选用优质原材（山东潍坊复合膨润土）
（5）、制备泥浆选用纯净的自来水
（6）、循环浆池采用钢筋砼结构
（7）、双轮铣施工采用2套泥浆供应系统，成槽时采用循环浆（工作浆），混凝土浇筑时采用新浆（下钢筋笼前置换，各自抽回各浆池）。满足2幅地墙施工。
4.6 改进措施
改进措施见表11。
11 施工改进措施表
序号
措施
示意图
1
双轮铣泥浆管万向轮底座，方便泥浆管移动，减少了人员工作量，移机效率提高

2
刷壁器改良，修改为10cm+267cm+10cm（两侧各10cm长梅花形密布钢丝）。减少了刷壁次数，提升了施工效率，而且保证了刷壁效果。

3
钢制泥浆箱采用阀门开关、可单独或串联使用，自由灵活，减少了小泥浆泵传浆的工作，节约资源

4
送浆泥浆泵采用分级遥控指挥系统，工作人员在槽段处直接遥控送浆，随时控制泥浆液面高度

5 结论与讨论
双轮铣槽机作为现阶段最先进的硬岩地下连续墙施工机械，几乎满足了人们的所有需求。双轮铣槽机硬岩地下连续墙施工与以往工艺相比，有较高的施工效率、更好的成槽质量及对周边环境更小的影响。美院象山站地下连续墙垂直度均控制在3‰内、混凝土充盈系数控制在1.03左右。
表11 施工成果表
双轮铣优点
说明
备注
成槽效率高
卵石层（以美院象山站（16）2角砾混粘土层为例）成槽效率为2～3m/h（4～8m3/h）

硬岩层（以美院象山站（35）3中风化灰岩层为例）成槽效率为0.4～0.7m/h（1～2m3/h）

成槽质量好
100米以上的最大成槽深度及3‰的垂直精度，成槽后槽壁光滑，不易塌方。

环境影响小
周边建筑物均匀沉降，未出现报警情况。沉降曲线平稳，无突变。

周边管线均匀沉降，未出现报警情况。沉降曲线平稳，无突变。

— 美院象山站地下连续墙由项目部组织班组进行施工，未采取专业分包的模式，在安全、质量、文明施工、进度、成本等方面均取得了良好的效果，双轮铣在较硬岩和硬岩中的成槽施工具有传统工艺无可比拟的优势。随着我国地下工程大力快速发展，围护结构入岩施工越来越普遍，杭州地铁3期规划大部分站点均涉及到围护结构入岩的问题，双轮铣施工具有很广阔的市场前景。