雙輪銑槽機在廣州紅層施工中的應用

紀 科

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

0 引言

地下連續墻常用成槽設備包括多頭螺旋鉆成槽機、沖抓式成槽機、沖擊鉆成槽機和液壓式銑槽機等。沖抓式成槽機對于含有大塊石和漂石地層以及基巖地層不適用，標準貫入度值大于40時效率很低，入巖強度較大時須先旋挖鉆引孔再進行沖抓成槽。沖擊鉆成槽機施工過程噪音較大，且工效低。液壓式銑槽機具有諸多有利的特點，適用于不同的地質條件（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勢，成為目前常用的成槽設備。

廣州軌道交通13號線二期工程線路通過灰巖區和紅層區，線路大多數通過紅層區。紅層區上部土層以淤泥層和粉質粘土層為主，局部夾有砂層；下部以泥質粉砂巖為主。通過實驗可知微風化泥質粉砂巖層強度約為30MPa。紅層區地層特點主要表現為：上部土層較為松軟，且黏性較大；下部巖層強度較大。采用普通抓斗式成槽機難以滿足巖層成槽要求，故本項目采用液壓雙輪銑槽機進行地下連續墻成槽施工。

1 工程與地質概況

1.1 工程概況

彩虹橋站～紀念堂站區間設置兩個施工豎井，采用雙輪銑槽機進行成槽施工：

（1）E21 盾構井設計尺寸為16.5m×13.1m，共10 幅地下連續墻，采用C35 水下混凝土澆筑而成，設計墻厚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#豎井設計尺寸為11.1m×8.6m，共6幅地下連續墻，采用C35水下混凝土澆筑而成，設計墻厚1000mm，設計深度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 工程地質與周邊工程

1.2.1 地層巖性

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

盾構井入強風化泥質粉砂巖＜8-3＞平均深度約15.9m，入微風化泥質粉砂巖＜9-3＞平均深度約8m。地下連續墻入強風化泥質粉砂巖＜8-3＞平均深度約10m，入微風化泥質粉砂巖＜9-3＞平均深度約3m。

1.2.2 工區周邊工程情況

（1）E21出土井周邊工程環境復雜，分布有駟馬涌箱涵、軌道交通11號線、綜合管廊等，根據目前11號線及綜合管廊施工進度，軌道交通11號線與綜合管廊會在豎井完成后施工。

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

（3）軌道交通11號線右線距出土井地下連續墻邊線為0.5m，距盾構井地下連續墻邊線為1.48m。

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

2 雙輪銑槽機成槽施工分析

2.1 施工設備

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

（1）刀架底端有兩個由液壓馬達驅動的可獨立旋轉的銑輪輪轂，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，可連續顯示在電腦屏幕上，操作員可以直觀地進行糾偏操作。

（3）刀架上前后側面有12 塊推板，用于調整刀架姿態。

（4）輪轂上兩個銑頭可以獨立或同時擺動用于糾偏。

2.2 施工方法

施工過程中，地下連續墻采用雙輪銑成槽，優質膨潤土泥漿護壁，導管法灌注水下混凝土[1]。地下連續墻的鋼筋籠在加工平臺上焊接成型，由1臺履帶吊和1臺汽車吊配合，采用“雙機抬吊法”整體吊裝下放入槽。由于施工場地有限，地下連續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，刀架由主機懸吊，通過銑輪旋轉，銑削成槽，銑削出的渣土混合在槽內泥漿中，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備，篩分后的泥漿回到泥漿箱，通過泥漿泵再次注入槽內循環。篩出的渣土等待清理出場。通過上述循環，逐步將槽段銑削到預定深度，完成一個槽段的銑削。通過本套系統，銑槽產生的渣土直接進入篩分系統，經篩分產生的泥餅及石塊直接進入渣土池內，場地內基本無渣土及泥漿亂流現象。

2.3 施工工效

2.3.1 影響工效的主要因素

（1）施工場地狹小

E21 盾構井及1#豎井位于流花湖公園內，施工場地僅3447m2。盾構井南側有12m 寬的駟馬涌污水箱涵。地下連續墻采用雙輪銑成槽，鋼筋籠采用180T 履帶吊+100T 汽車吊進行吊裝，大型設備較多，施工區域極其狹小，現場僅能設置一套鋼筋加工平臺，造成地下連續墻成槽、鋼筋籠吊裝及混凝土澆筑不能同時施工。另外，鋼筋籠每次僅能完成一幅墻的加工。

（2）地質條件差

根據詳勘地質揭示，E21 盾構井及1#豎井上層均存在淤泥及粉質粘土層，下部為中、微風化泥質粉砂巖。上部采用板式輪轂銑槽時因為土層黏性較大，板齒容易被粘土包封從而出現打滑現象，需將板式輪轂提出槽孔進行清理。另外，在下部巖層銑槽前，需更換葉片式（巖）輪轂。輪轂更換時間平均約2.5h。

（3）渣土存放空間小及出土時間受限

由于場地受限，E21 盾構井施工場地內設置臨時渣土池，渣土池最大存放量為280m3。根據廣州市余泥排放的相關規定，渣土外運時間在每天晚上22：00～第二天早上06:00，而每幅地下連續墻土石方量約170m3。因此，若當天渣土無法外運，一定程度上會影響第二天施工。

2.3.2 工效分析

根據收集地下連續墻成槽、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墻施工各項工序的具體工效。

（1）成槽階段的工效

E21盾構井上部土層厚度為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、粉細砂層和粉質粘土層等，下部巖層主要為強風化泥質粉砂巖和中（微）風化泥質粉砂巖。

根據雙輪銑成槽記錄，上部土層采用板式輪轂進行銑槽，同時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，每次更換輪轂時間平均為2.5h，清除泥餅時間平均為1h。

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

雙輪銑施工為24h作業，故地下連續墻成槽平均為1.5個工作日。

（2）鋼筋制安及吊裝

鋼筋籠制安采用12h工作制。根據統計，小于6m的“一字幅”地下連續墻鋼筋籠制安完成時間約18h（1.5個工作日），“L”型幅段及大于6m 的“一”字幅完成時間約24h（2個工作日）。

鋼筋籠吊裝工序可分解為起吊、副吊卸扣、走行、入槽、吊點轉換、下放至擱置扁擔、填沙袋和接頭箱以及安裝導管。根據統計，鋼筋籠入槽時間平均為1.8h，填充沙袋時間平均為1.5h，接頭箱安裝時間為0.5h，導管安裝時間為1h。故鋼筋籠吊裝總時長平均為4.8h。

（3）混凝土澆注

根據統計，單幅地下連續墻澆筑完成時間平均為2.4h。

2.4 施工場地布置及配套設施

2.4.1 場地布置

根據雙輪銑施工工序要求，場地內需布置鋼筋原材存放區、鋼筋滾絲區、鋼筋彎曲區、鋼筋籠加工平臺、標養室、焊機箱、泥漿箱、渣土池、篩分機、工字鋼加工區、洗車槽及沉淀池，同時需考慮雙輪銑站位、履帶吊、汽車吊站位及行走位置。具體布置內容表述如下：

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

（2）鋼筋加工平臺：場地內設置一處鋼筋加工平臺，平臺采用型鋼焊接組裝而成，長36m，寬6.5m。每次僅加工一幅鋼筋籠。

（3）標養室及焊機箱采用集裝箱。

（4）泥漿箱共5個，尺寸為6×6×2=72m2。其中4個儲存泥漿，1個儲存清水。當泥漿箱達到存儲極限時，通過壓濾機對泥漿進行處理，清水直接留存至清水箱，泥餅臨時存放在渣土池。

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

2.4.2 機械設備配置

（1）雙輪銑：采用意大利進口土力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。雙輪銑的主動力來自柴油發動機，油耗為2000～2500L/d。

（2）泥漿處理系統（篩分機）：采用雙輪銑配套的篩分系統，型號為SMD-500 型(每小時處理泥漿量為500m2，占地面積11.97m×6.737m，系統功率為328.32kW），自帶4 個泥漿箱。雙輪銑銑槽產生的渣土通過泥漿泵泵送至篩分機，經篩分后粗顆粒直接排放至渣土池，細顆粒及泥漿排放至泥漿箱。泥漿箱內設置泥漿再制備和循環系統，將新制備泥漿泵送至槽內補漿。銑槽過程中的渣土直接進入篩分機進行篩分循環，防止泥漿亂流[2]。

（3）鋼筋籠吊裝設備：根據計算，E21盾構井及1#豎井鋼筋籠最大重量為40.727t，采用180t 履帶吊作為主吊，考慮施工場地有限，副吊在非吊裝作業時撤出施工場地，故選擇100t汽車吊作為副吊。經驗證，吊裝設備配置滿足吊裝要求。

2.4.3 電力配備

現場配置630kW 變壓器，供電量滿足用電需求，見表2。

表2 設備用電需求

2.5 施工中存在的問題

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

表3 雙輪銑成槽與成槽機+旋挖鉆成槽的成本對比表

（2）施工過程占地面積大。雙輪銑除其主機設備外，還帶有篩分機等配套設備；進入強度較大的巖層時還需要沖擊方錘引孔修邊，占地面積比其他成槽方式大。

3 結束語

隨著國家對環保的要求越來越高，綠色施工將成為施工技術發展的趨勢和必然。雙輪銑成槽施工技術作為目前地下連續墻成槽施工中的先進技術，具有適用性強、成槽工效高、安全文明、環保以及施工控制性好等優點[3]，值得廣泛推廣和使用。

對于類似13號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在狹小場地內進行地下連續墻施工，有兩點經驗值得參考：

（1）合理布置場地。地基處理應經過計算，確保滿足履帶吊和雙輪銑的承載要求，避免后期返工處理；壓濾機布置于渣土池上方，盡量避免占用施工場地；場地布置前應規劃好大型設備站位及行走區域；沉淀池及洗車槽的位置盡可能選擇在設備行走區域之外[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，鋼筋籠寬度按照標準2.8m進行加工；采用的吊裝設備可采用小型履帶吊或汽車吊進行吊裝，以減少施工場地占用；采用套銑接頭型式，一方面可不需要沖擊方錘對工字鋼接頭位置進行修邊，另一方面可提高地下連續墻的止水效果。