鏈齒傳動雙輪銑槽機在復(fù)雜硬質(zhì)巖層下成槽工藝與應(yīng)用研究

李維玲

摘 要：廣州地鐵地下連續(xù)墻圍護(hù)工程需在復(fù)雜硬質(zhì)巖層下進(jìn)行成槽施工，難度較大。選擇新型鏈齒傳動雙輪銑槽機，結(jié)合鉆銑組合成槽工藝，并通過現(xiàn)場成槽試驗驗證，成功解決了復(fù)雜硬質(zhì)巖層下快速成槽的施工技術(shù)難題，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，可為相關(guān)工程提供有益參考。

關(guān)鍵詞：雙輪銑;硬質(zhì)巖層;成槽工藝;鏈齒傳動

中圖分類號：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.22.090

1 工程概況

大金鐘站為廣州市軌道交通十一號線工程的第十二個車站，東連云臺花園站，西接廣園新村站。車站為地下三層11米島式站臺車站，地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層為站臺層，全長232米。本站主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻共計90幅，標(biāo)準(zhǔn)幅寬6m，最大幅寬75m，墻厚1000mm，地下連續(xù)墻平均深度為28227m，其中最深為3544m。場區(qū)范圍內(nèi)揭露巖層為侏羅系下統(tǒng)金雞組（J1j）巖系，巖石種類較多，主要有炭質(zhì)頁巖、灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r及石英砂巖等巖石，各巖石軟硬差異較大，抗風(fēng)化能力差異較大;同時，場區(qū)緊靠廣從斷裂及三元里-溫泉斷裂，受構(gòu)造應(yīng)力影響，巖體普遍較為破碎。由此，風(fēng)化巖層中存在巖石差異風(fēng)化現(xiàn)象，表現(xiàn)為部分孔揭露強風(fēng)化層中夾有中風(fēng)化或微風(fēng)化巖塊。由于巖石風(fēng)化程度差異，造成局部地段，中、微風(fēng)化巖面埋深相差較大，同時該車站有溶洞揭露。巖石強度為430～1163MPa，平均值7420MPa。

大金鐘站地質(zhì)條件復(fù)雜，巖層硬度高且?guī)r面性質(zhì)起伏突變，存在較多溶洞，成槽施工過程中垂直度控制難度大，容易造成偏孔。加上車站周邊房屋密集，房屋距離施工場地較近，車站本身場地狹小，對雙輪銑的施工性能及操作要求很高，此外施工工期緊迫。因此，采用新型鏈齒傳動雙輪銑槽機進(jìn)行施工具有較好的實際工程建設(shè)推廣意義。

2 鏈齒傳動雙輪銑槽機性能特點及銑槽工作原理

針對大金鐘站巖層抗壓強度值高、存在溶洞的特殊地質(zhì)條件及場地的局限性，選擇了意大利卡薩公司的FD60HD型雙輪銑槽機，雙輪銑槽機實物圖如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)配置銑槽深度100m，銑槽寬度范圍800～1200mm，一次銑削成槽橫向長度3150mm，根據(jù)地質(zhì)情況，更換不同形式的銑輪（標(biāo)準(zhǔn)齒銑輪、錐齒銑輪），可滿足軟土、粉砂巖、硬巖等各類地層中連續(xù)墻施工的需要;利用銑刀架上X、Y方向共6塊糾偏板，可控制和調(diào)整銑頭銑削姿態(tài)，確保成墻垂直度;銑頭重量約36t，可滿足各種規(guī)格槽段及地層持續(xù)的進(jìn)給銑削。

FD60HD雙輪銑槽機主要由履帶主機、銑頭（入地的掘進(jìn)鉆頭）、泥漿后處理系統(tǒng)等三部分組成。銑頭是銑槽機的主要工作部位，是帶有液壓和電氣控制系統(tǒng)的鋼制框架，下部裝有3個液壓馬達(dá)，水平交叉排列，兩邊馬達(dá)分別驅(qū)動兩個裝有銑齒的銑輪，負(fù)責(zé)切削并破碎巖土，另外一個馬達(dá)驅(qū)動泥漿泵，負(fù)責(zé)把破碎的泥土、碎石泵送到地面的泥漿后處理系統(tǒng)，銑槽工作原理見圖2。

該銑槽機最大特點是采用鏈齒傳動銑削系統(tǒng)，這種分體式的開式鏈傳動方式，將直接接觸巖石的銑輪與驅(qū)動裝置分開，且采用張緊油缸張緊驅(qū)動鏈，張緊力隨銑削負(fù)載自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而起到對銑輪驅(qū)動機構(gòu)的減振作用。由驅(qū)動鏈上的截齒完成中部盲區(qū)銑削，實現(xiàn)全斷面成槽，如圖3所示。由于此新型鏈齒傳動雙輪銑為國內(nèi)首次使用，須進(jìn)行其成槽施工工藝研究，驗證其是否能適應(yīng)我國華南地區(qū)復(fù)雜硬質(zhì)巖層銑削，及成槽效率如何。對該成槽工藝在我國大面積推廣有著重要的實際意義。

3 鉆銑組合成槽工法研究

FD60HD雙輪銑槽機的單刀銑削成槽長度是3.15米，但大金鐘站地下連續(xù)墻的設(shè)計單幅墻長度是6米，雙輪銑銑兩刀就已經(jīng)超過6米，為了解決此問題，現(xiàn)場采用工字鋼接頭工藝來實現(xiàn)單幅墻長度6米的設(shè)計要求。

根據(jù)大金鐘站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工圖內(nèi)容，所有連續(xù)墻入巖深度均達(dá)到連續(xù)墻深度50%以上，施工難度大。如何通過旋挖鉆引孔使雙輪銑快速高效的完成計劃任務(wù)是施工的首要目標(biāo)。下面根據(jù)此目標(biāo)擬定了四套鉆銑組合方案，進(jìn)行現(xiàn)場成槽試驗并分析試驗結(jié)果。

3.1 擬定方案并進(jìn)行現(xiàn)場成槽試驗

方案一：雙輪銑兩刀成槽，右邊為第一刀滿刀，左邊為第二刀（銑輪兩邊各多出150mm），旋挖鉆引孔兩個均位于第一刀銑輪正下方，見圖4。

方案二：雙輪銑兩刀成槽，右邊為第一刀滿刀，左邊為第二刀（銑輪兩邊各多出150mm）。第一刀和第二刀雙銑輪吸漿口正下方各一個旋挖鉆引孔，見圖5。

方案三：雙輪銑兩刀成槽，右邊為第一刀滿刀，左邊為第二刀（銑輪兩邊各多出150mm）。旋挖鉆引孔三個，見圖6。

方案四：雙輪銑兩刀成槽，右邊為第一刀滿刀，左邊為第二刀（銑輪兩邊各多出150mm）。旋挖鉆引孔兩個，并且讓雙輪銑每一刀盡可能的去平分這兩孔的面積，見圖7。

3.2 現(xiàn)場試驗結(jié)果分析

試驗統(tǒng)計結(jié)果見表1。

試驗結(jié)果分析：方案一施工周期長，引孔位置對于雙輪銑銑輪的固定作用較小，造成銑齒磨損過快;方案二施工周期更長，引孔位置使雙輪銑銑輪無法固定，該方案不可取，并且不再采取吸漿口下方引孔方式;方案三雙輪銑周期比方案一、二短，但受旋挖鉆引孔速度影響，總周期拉長，在旋挖鉆無法撈出工字鋼附近沙袋時，選用該方案;方案四成槽效果較理想，施工周期比上述方案三略短，適合現(xiàn)有場地施工，并且旋挖鉆引孔面積利用率高。

3.3 鉆銑組合成槽工法理論分析

根據(jù)現(xiàn)場施工狀況，對雙輪銑成槽原理和銑削方式進(jìn)行了分析，得出旋挖鉆引孔對雙輪銑成槽的影響因素，通過圖8可以看出銑輪受到四個方向的力。

要使成槽進(jìn)尺速度加快，應(yīng)盡量減少銑輪受到向上的阻力FY。方案三、方案四的引孔方式都能夠達(dá)到這個效果。但方案四比方案三少一個引孔，且方案四引孔的利用率更高，因此在雙輪銑成槽位置上合理劃分引孔位置能有效利用旋挖鉆引孔面積和提高施工效率。

4 成果應(yīng)用

采用上述研究成果，新型鏈齒傳動雙輪銑槽機自2017年12月在大金鐘站投入使用至2018年9月完成全部90幅復(fù)雜硬質(zhì)巖層地連墻成槽施工，各項性能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。經(jīng)過大金鐘站對該成槽施工工藝的驗證后，又成功應(yīng)用于廣州地鐵11號線、18號線等多個地下連續(xù)墻項目施工，目前共計已有6臺雙輪銑槽機采用該研究成果。

5 結(jié)束語

經(jīng)過試驗驗證，鏈齒傳動銑削方式雙輪銑槽機完全適合我國華南地區(qū)復(fù)雜硬質(zhì)巖層下的成槽施工，設(shè)備適應(yīng)性強、操作簡單且維保成本低，同時采用鉆銑組合成槽工藝，施工效率更高。該成槽工藝成果將進(jìn)一步推廣雙輪銑應(yīng)用于我國地鐵、大橋錨定、高層建筑等地下連續(xù)墻基礎(chǔ)工程建設(shè)，必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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