雙輪銑槽機在灰巖地區地下連續墻成槽施工中的應用

摘要：灰巖地區地質條件比較復雜，其特有的溶洞發育對連續墻成槽施工帶來很大的風險。雙輪銑槽機適用于各種復雜地層的灰巖地區連續墻施工，成槽效率高，能有效降低連續墻成槽施工的風險，對泥漿污染控制得非常好。該技術為連續墻成槽施工提供新的施工工藝和技術，有效地解決了在灰巖地區地下連續墻施工中遇到的困難。

關鍵詞：灰巖地區；地下連續墻；成槽施工；雙輪銑槽機；地質結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：U415 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

按傳統的連續墻施工工藝，砂層多采用液壓抓斗機或沖樁機進行成槽，巖層的地質條件下一般采取沖樁機依靠重錘的自重進行開孔成槽。在灰巖地區地質條件比較復雜，地質結構主要由上部砂層、下部灰巖伴隨溶（土）洞發育；巖石強度高，巖層起伏大，特別是溶洞發育對連續墻成槽施工帶來非常大的風險，其關鍵在于確保連續墻成槽的深度、寬度、垂直度，施工效率和有效控制擴孔系數，并控制地面沉降，保證施工質量等傳統沖樁機施工振動大，在該地層成槽效率低、易偏孔，且上部砂層將導致擴孔嚴重，尤其在市區對地面沉降控制和房屋的安全保護要求更高，更不利于采用沖樁機的施工。綜合各方面的因素考慮，以廣州市軌道交通某標段為依托，提出了雙輪銑槽機在灰巖地區地下連續墻施工方法，與傳統的施工方法相比，銑槽機在灰巖地區施工振動小、進尺速度快，3～4天可以完成一幅槽段，大大提高施工效率。

1 工程概況

車站主體城市道路相交的范圍內，車站為東西走向。車站位于繁華的商業中心區，南邊建筑物較密集為珠寶商鋪、連鎖店等，北側是2個大酒店，西北側為體育館，現狀交通比較繁忙，車站圍護結構采用地下連續墻+3道內支撐（2道砼支撐+1道鋼支撐），基坑深度約16.24m；連續墻深約19m，大部分連續墻需入巖約8.5m。出入口及風亭圍護結構采用地下連續墻+1（或2）道內支撐，基坑深約8.35m。基坑連續墻接口之間均采用2根Φ600@450的雙管旋噴樁進行止水。花城路站大范圍的下伏基巖為石炭系石磴子組灰巖，溶洞、土洞、溶溝、溶槽發育，溶洞和土洞多為無充填或半充填狀態。

2 方案選擇

本工程由于地處鬧市區，距離周邊建筑物較近，且文明施工要求也高，采用常規定的沖孔樁機施工除進度上無法保證外，且需要的設備臺數較多，且場地較較為有限，數量較多的沖孔樁機將直接導致管理的困難，且存在文明施工難以管理的局面，根據地質情況和周邊環境情況確定采用雙輪銑槽機成槽方案，銑槽機成槽的施工方法，通過液壓系統驅動下部兩個輪軸轉動，水平切削、破碎地層，采用反循環出碴，通過中間吸管將切削的渣土混合物吸出地面然后通過地面泥水處理站處理，處理完的符合濃度的泥漿再通過循環系統再次進行利用，通過往復的循環，最終完成成槽。

本車站選取一刀成槽2.8m，一般采用奇數刀數成槽，考慮到槽段實際施工需要，主要采用3刀成槽工藝。施工前先對圍護結構槽段分幅進行優化，以滿足銑槽機特殊的施工工藝要求，根據地質條件選取合適的銑齒類型，適應灰巖地區連續墻成槽，連續墻施工成槽先對前三個槽段結合地質的制定合適的施工參數成槽，通過現場和成槽的垂直度、擴孔系數、進尺速度、斗齒扭矩等數據反饋調整施工參數。同時通過自主研發高強度耐磨合金斗齒，加強破巖能力，提高工作效率。

3 連續墻槽段分幅的優化設計

連續墻按設計要求劃分槽段，車站圍護結構總長487m，開槽前核對槽段編號、分界線，并做好詳細記錄，槽段施工時根據順序采用跳躍開挖的方法。

雙輪銑槽機，一刀成槽2.8m，本工程槽段長度一般6.4～8.4m之間，采用工字鋼接頭，主要采用三刀成槽工藝。一期槽段采用三刀成槽，先完成兩側，最后完成中間。連續墻槽段劃分充分考慮雙輪銑槽機施工工藝和滿足設計要求，將各項原則如下：（1）標準槽段長度為6.4～7.4m之間，采用三刀切削，第一刀和第二刀長度為2.8m，第三刀長度根據實際情況確定，可以在0.8～1.8m之間調整；（2）連續墻接頭不設在轉角處；（3）連續墻盡量對稱布置；（4）考慮到周邊建構筑物情況與地質條件差，槽段長度不宜過長。

通過上述的分析，將銑槽機施工連續墻的槽段內施工如下進行劃分：

4 銑槽機銑齒選型的確定

銑槽機常規的銑齒有平齒、錐齒、滾齒三種。平齒常用于不大于20MPa的巖層中，錐齒常用于不大于110MPa的巖層中；滾齒主要用于高強度的花崗巖。

銑齒的選擇主要根據地質條件，本工程地質勘察揭示的地層主要為灰巖、砂層（中粗砂為主），砂層覆蓋在灰巖上方。灰巖地區溶土洞見洞率達到65%，溶洞之間相互連通，溶土洞高度最高達到10m，灰巖巖面埋深約8～18m，且起伏大，巖石最大抗壓強度達到90MPa。

采用平齒能很好切削黏土和砂層，但是破巖能力不足；滾齒破巖能力強，但是造價成本高昂、使用不靈活，巖面高差過大對滾齒磨損較大。根據上述地質條件和銑齒的用途，綜合銑齒的價格選用錐齒。

錐齒的優點：（1）適應地層廣、且破巖能力強；（2）拆卸、安裝簡單；（3）綜合性價比高。

5 成槽施工進尺速度、刀盤壓力等參數的設定

本工程灰巖地區溶土洞見洞率達到70%，溶洞之間相互連通，溶土洞高度最高達到10m，灰巖巖面埋深約8～18m，起伏較大，巖石最大抗壓強度達到90MPa，砂層厚5～15m，地下水十分豐富。車站和豎井位于花都區商業區，周邊管線密集、房屋林立。最近的房屋距離車站基坑9m，且為淺基礎房屋，極易受地層塌陷、沉降影響產生破壞。根據斗齒的破巖參數和斗齒抗壓能力，砂層地層7cm/min，巖層地層0.7cm/min。砂層和黏土層油管壓力控制在110MPa，巖層破巖油管壓力控制在220MPa。

6 銑槽機施工流程及工藝

6.1 導墻的施工

導墻施工好壞直接影響連續墻的成槽質量，施工首先要保證連續墻施工垂直度，寬度的大小能符合設計的要求，也有利于施工操作。主要控制標高、控制槽段和鋼筋網定位，防止槽口坍塌及承重作用。導墻采用現澆C20混凝土，主筋保護層厚25mm，導墻厚200mm，導墻內凈距為850mm，導墻比地面高出200mm。導墻采用“╗╔”形式。施工時，為保證結構凈空尺寸，連續墻外放100～150mm，為保證。

6.2 泥漿制備及循環

6.2.1 泥漿系統施工工藝。本工程的施工主要采用泥漿集中處理的方式進行，由于施工場地狹小，在連續墻邊上50m范圍設置一套泥漿處理系統，泥漿處理系統通過泥水篩分設備將銑槽機吸出的泥漿通過管路泵送至泥漿處理設備，然后曬分出渣土和泥漿，渣土通過車輛外運出現場，泥漿通過管路再次進入槽段進行循環利用。在中間過程中通過合理添加泥粉來控制泥漿的年度，使槽段內泥漿指標符合設計要求，保證連續墻槽壁的穩定。

6.2.2 泥漿性能。根據本工程的地質情況，地層主要處于灰巖地層中，主要為灰巖和砂層（中粗砂為主），槽段自身造漿的能力比較弱，需要進行泥漿的調配，泥漿的調配通過黏貼或購置一定比例的膨潤土攪拌及加入中水攪拌后使其達到一定的粘度指標，泥漿性能指標要求詳見表1：

泥漿在使用過程中應進行泥漿指標的檢測，及時調整泥漿的數據。確保槽壁的穩定，如果不能滿足槽壁土體穩定，須對泥漿指標進行調整。

6.2.3 泥漿循環。泥漿循環主要通過銑槽機吸漿設備將泥漿吸出通過中間泥漿管理及中間蹦泵機設備進入泥漿處理設備中，泥漿處理設備通過篩分將泥漿分為渣土和泥漿，渣土直接通過外運車輛運出現場，泥漿首先進入儲漿罐，通過檢查泥漿的指標看是否滿足成槽要求，不滿足通過添加膨潤土或者粘土進行調試，使其滿足泥漿指標要求，合格的泥漿通過泵機設備和管理進入槽段中，如此循環直到槽段成槽完成。

6.2.4 泥漿施工管理。成槽作業過程中，槽內泥漿液面保持在不致泥漿外溢的最高液位，并且必須高出地下水位1m以上，成槽作業暫停施工時，泥漿面不應低于導墻頂面50cm。

6.3 成槽或垂直度控制措施

根據銑槽機工作特點，可以有效控制槽段的垂直度。操作手可以結合以下幾種方法進行調整銑架回復垂直狀態，糾偏的動作幅度逐漸減小到糾偏完成，然后繼續銑槽作業。糾偏過程中的各種方式均通過DMS系統進行監控。被記錄的參數及圖示可作為文件顯示出開挖點、段的垂直度值。

6.3.1 X-X軸糾偏通過以下兩個途徑：（1）調整切銑鼓轉速：根據需要，兩個輪的其中一個可以轉換旋轉方向，形成雙鼓同向旋轉，實現快速轉位。通常情況下，切削輪旋轉方向保持不變，而是通過提高一個輪的轉速進行調整；（2）通過側板的運動調整，如圖4：

6.3.2 Y-Y軸糾偏通過以下兩個途徑：（1）移動側板；（2）改變切削輪相對銑架傾斜度。

6.3.3 Z軸擺轉糾偏：（1）移動側板；（2）分別改變切削輪與銑架的角度。

6.4 銑槽機造孔常見事故的預防及處理

6.4.1 導墻變形及破壞主要原因：主要由于導墻施工時基面不穩定；施工時模板支撐不牢固出現爆模現象或壓力較大將模板擠壓變形，導致槽段出現扭曲現象；由于成槽完成后混凝土齡期未到出現了堆載，附件道路施工進出車流擠壓變形導致。預防及處理措施：首先確保槽段開挖過程中松散的土質及時清理；嚴格按照審批通過的方案進行支模施工，尤其是方木的大小間距要符合要求；鋼筋的綁扎要做到垂直固定，不能出現扭曲現象，否則將直接影響模板的架設；模板施工時要使用無扭曲變形的模板，確保基面的平整光滑，并及時涂抹脫模劑；導墻澆筑混凝土時嚴禁過振，并分層澆筑混凝土確保澆筑時側壓力將模板擠壓變形；澆筑完成的導墻在未達到齡期嚴禁重物擠壓，附近道路嚴禁重型車輛行走；對于長時間不施工的槽段采用方木支撐及回填粘土的方式進行臨時的支護。

6.4.2 孔壁坍塌主要原因：本工程中的槽壁坍塌主要是由于泥漿的比重及指標不符合要求、地下水過大導致泥漿指標的稀釋、槽段施工完成后長時間不進行混凝土的填充導致，另外主要是進出車輛及銑槽機自身的荷載擠壓導致。預防及處理措施：首先泥漿指標要進行試驗配置，確保泥漿粘度符合要求，在槽段邊上設置排水溝，使雨水及降水井抽排的水經過排水溝進入三級沉淀系統合格后排出場地外，避免雨水流入到槽段中；確保銑槽機施工時泥漿液面的高度；槽段施工時采取間隔、跳躍施工的方式；確保粘土膨潤土的儲備，若泥漿黏度下降較快或地下水滲入時及時的進行泥漿攪拌，確保槽段內泥漿的黏度。合理策劃施工流程，確保槽段開挖完成后及時下放鋼筋籠并在4小時內完成槽段的澆筑。

6.4.3 銑槽機故障及銑齒磨損現象：銑槽機長時間在灰巖地層中施工經常會導致銑齒的磨損，磨損后的銑齒不及時地進行更換會導致磨阻增大，導致設備的損壞和槽段寬度不足影響施工質量。預防及處理措施：首先確保設備的保養，建立設備保養臺賬，確保設備每班都能有效的使用；對于灰巖強度高，除采用銑齒的型號外，建立銑齒減少磨損的QC，通過對銑齒磨損較大的原因進行分析，找出減少銑齒磨損的方法，通過開展QC，銑齒合金粒容易磨損崩裂、銑齒合金及齒床硬度不夠、銑齒的結構形式不符合地層要求是產生磨損的主要原因。通過每次在提升銑頭后，都對銑輪進行沖水降溫處理，改進銑齒合金粒材料，齒床材料及合金鑲嵌工藝，并在齒床增凃耐磨焊層，優化銑齒結構，并對銑齒進場品質進行驗收等主要措施的管理最終減少了銑齒的磨耗。確保了施工的進度。

本工程通過銑槽機施工的58幅槽段，平均每天3～4天完成一幅，比正常的沖孔樁在此類地層中施工減少了將近2天的時間，為整個工期的順利完成提供了保證。

7 推廣應用情況及推廣前景

廣州地鐵某標段涉及兩個車站、兩個盾構豎井，此段區域均存在灰巖溶洞發育的情況，銑槽機的施工在該車站的成功應用，為剩余工程提供了良好的借鑒作用。

本技術適用于不同的灰巖區域，可以提高銑槽機成槽效率，同時將連續墻成槽施工由雙輪銑槽機代替傳統的沖樁機，有效解決傳統沖樁機在灰巖地區成槽擴孔系數大、偏孔、進尺效率低下等問題。雙輪銑槽機能有效降低成槽施工的風險，保證周邊建構筑物的安全，無需大量設備投入，節約了大量的施工成本，且適應性強、成槽效率高，僅成槽施工就比沖樁機施工縮短工期120天，產生良好的經濟效益和社會效益。有效降低連續墻施工的風險，同時占地小、噪聲小，對泥漿污染控制的非常好。彌補了廣州地鐵在灰巖地區的地下連續墻采用銑槽機施工的空白，在施工過程中安全可靠、效率高、有效提高施工工期，在全省乃至全國在連續墻施工過程中有重要的參考價值和借鑒價值，該技術在地基及基礎中必能得到推廣。

作者簡介：王輝（1985-），男，河南太康人，廣東華隧建設股份有限公司工程師，研究方向：土建工程地下結構。

（責任編輯：秦遜玉）