地鐵工程中極硬巖地層地下連續墻雙輪銑快速成槽技術

張廣

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

雙輪銑成槽機是業內頂尖的施工設備，具有鉆進能力強、功率高、穩定性好、成槽深度大、環保效益顯著（環境污染小）等特點，隨地質條件的變化，在更換相適應的刀具后即可完成開挖作業，成為硬巖地質施工條件下的重要施工設備。

1 工程概況

某地鐵車站總長540m，標準段寬約40m，圍護結構采用的是地下連續墻，為1.2m 的厚度標準。車站基坑開挖深度約40m，從勘察結果來看，在深度約18m 的位置出現中風化花崗巖，其強度普遍達到50MPa 以上，局部特殊路段提升至80～120MP，不利于正常施工。站址區坐落于該市的核心區域，施工周邊的既有建（構）筑物分布密集，通過銑槽法展開施工作業，兼顧車站施工質量、周邊環境穩定性、環保效益等多方面要求。

2 雙輪銑快速成槽技術概述

2.1 雙輪銑成槽施工工藝分析

雙輪銑設備集多部分于一體：①起重設備。其關鍵作用在于給雙輪銑提供動力支持，也可根據需求提升銑槽機，以保證銑槽機能夠精準到達某特定的作業點位；②銑槽機，是切削巖石的關鍵裝置；③泥漿制備及篩分系統?？梢越o成槽施工提供足量優質的循環泥漿和高效篩分槽段內排出的泥漿，以提高其潔凈性。得益于前沿技術的支撐，雙輪銑設備具有自動化特性，其配套高效的液壓式操作機械，運行期間動力液壓馬達可發揮出帶動性作用，使與之相關聯的銑輪朝反方向轉動，期間通過刀架實現對巖面的切削處理，銑輪上的刀頭可以將大塊巖石破碎，隨后再將其向上卷動，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，經過處理后產生干凈的泥漿，進而回流至槽段內，對于無用的廢棄泥漿以及碎石作拋棄處理[1]。

2.2 應用優勢方面

銑槽法的基本工作思路在于配置雙輪銑槽機，利用液壓驅動的方式帶動銑盤運轉以達到切削土體的效果，同時輔以泥漿循環和泥砂篩分處理措施，將鉆渣有效外排，以便地下連續墻的形成。銑槽法是地下連續墻施工領域較為典型的方法，在保證施工質量的同時還可滿足經濟效益、環保等層面的要求，因此具有較好的綜合應用效果。

2.3 施工效率方面

相較于傳統的液壓抓斗等方式，雙輪銑快速成槽施工技術在巖段施工中的應用效果較為突出，以強度達到50～100MPa 的中風化巖層為例，正常情況下的施工效率可達到5～8m3/h；反觀液壓抓斗的方式，在中風化巖層地層條件下則不具備可行性，而選擇沖擊鉆機后，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具有效率高的應用特點。

根據項目工期規劃，地下連續墻所有施工均要在8 個月內落實到位，即每月工作量應達到26 幅。綜合考慮現場施工環境、設備性能等方面的情況，共配置4 臺雙銑輪設備，單幅施工時間控制在4d，保證在指定工期內可保質保量完成地下連續墻的建設工作。

3 各類組合施工方式的應用效果分析

3.1 液壓抓斗+雙輪銑

遇強風化花崗巖地層條件時，該地層以上的部分利用液壓抓斗施工，該處地層及下方區域則通過雙輪銑成槽機施工。各類設備的工作特性各異，液壓抓斗充分發揮出抓斗的自重優勢，能夠向巖土體產生較強烈的沖擊作用。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。雙輪銑成槽機在土層等軟弱地層中所取得的施工效率與傳統方式并無顯著差異，約為液壓抓斗的2～3 倍，但進入至巖層后傳統的液壓抓斗方式無法正常使用，此時雙輪銑成槽機的優勢隨之顯現，可根據實際巖層特性匹配相適應的刀具，施工靈活性較強，以60MPa 以內的中風化巖層為例，該條件下的施工效率普遍達到0.8～1.5m/h，而對于微風化巖層可達到0.2m/h，能夠滿足質量和效率的雙重要求。實際施工中，在第25 幅地下連續墻部分使用到雙輪銑成槽機，該處的成槽時間為7d，期間鉆齒的更換數量達到1227 個，可以發現若僅采取雙輪銑成槽機施工的方式，依然存在難度大、效率低、消耗大的問題[2]。

表1 效率對比分析統計

3.2 液壓抓斗+旋挖鉆+雙輪銑

在此方式中，土層和全風化花崗巖層兩部分的施工均通過傳統的液壓抓斗設備完成，遇全風化花崗巖及其下方區域時先利用旋挖鉆鉆孔，再借助雙輪銑成槽。實際結果表明，中風化花崗巖地層條件下，雙輪銑的鉆進速度約1.2m/h，遇微風化花崗巖時約0.5m/h?，F場地層變化較為明顯，巖石分布缺乏均勻性，基巖具有傾斜的特點，因此鉆頭在運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，偏孔現象更為明顯。以Q14 幅地下連續墻施工為例，該部分偏孔量達到0.6m，未滿足工程設計要求，在該處投入的糾偏時間長達9d，嚴重拖慢施工效率。盡管先引孔后雙輪銑成槽的綜合方式在提高進尺速度、緩解鉆齒磨損方面具有較好的應用效果，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，在與巖層面接觸時將產生顯著的擠壓應力，在重錘下方形成壓碎區，此后以該區域為核心向外延伸出徑向裂紋，壓碎區的下方則形成中間裂紋。經上述作用機制后，可以使巖石由完整轉變為破碎的狀態，有助于提高破巖效率。通過對重錘自重及提升高度的調整，可取得不同的破巖效果。在第192 幅地下連續墻施工中則引入重錘下落擠壓的方式，首先在全風化花崗巖及以上巖層中利用液壓抓斗機施工，再借助10t 的重錘沖擊巖層，在上述基礎上利用雙輪銑成槽，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 各施工方式的應用效果對比分析

根據上述分析可知，旋挖鉆+雙輪銑的方式在實際應用中易發生偏孔現象，糾偏難度相對較大且耗時較長，不宜采用。因此對其余兩種方式展開多角度的對比分析，具體內容如表1 所示。

根據表1 內容可知，在采取重錘配合雙輪銑的方式后，施工裝置的檢修次數隨之減少，鉆齒使用量相對較少，相比于不用重錘的工況而言，更換鉆齒的次數約為該方式的1/2，而數量僅為該方式的1/10；成槽施工所持續的時間較少，約節省一半的時間；且在中風化花崗巖和微風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，結合上述分析確定最終的方案：先鉆孔，再通過雙輪銑槽機成槽，關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

成槽過程中需注意垂直度換個開挖過程的控制工作。

（1）垂直度控制。在地層強度分布不均、銑輪轉速缺乏穩定性等條件下，銑輪的運行姿態受到影響，具有向一側偏斜的變化，期間需及時采取糾偏措施，具體可根據實際情況選擇糾偏方法，例如推板糾偏、轉速調節糾偏[3]。

（2）開挖要點。銑削作業前詳細檢查槽底，利用抓斗撈出無用鋼筋以及其他雜物，使槽底維持潔凈的狀態；加強對泥漿液面高度的控制，要求其在安全范圍以上；定期糾偏，維持鋼筋籠姿態的合理性；旋挖鉆引孔環節，精準控制孔位和垂直度。

6 結語

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