双轮铣槽机在灰岩地区地下连续墙成槽施工中的应用

摘要：灰岩地区地质条件比较复杂，其特有的溶洞发育对连续墙成槽施工带来很大的风险。双轮铣槽机适用于各种复杂地层的灰岩地区连续墙施工，成槽效率高，能有效降低连续墙成槽施工的风险，对泥浆污染控制得非常好。该技术为连续墙成槽施工提供新的施工工艺和技术，有效地解决了在灰岩地区地下连续墙施工中遇到的困难。

关键词：灰岩地区；地下连续墙；成槽施工；双轮铣槽机；地质结构 文献标识码：A

中图分类号：U415 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

按传统的连续墙施工工艺，砂层多采用液压抓斗机或冲桩机进行成槽，岩层的地质条件下一般采取冲桩机依靠重锤的自重进行开孔成槽。在灰岩地区地质条件比较复杂，地质结构主要由上部砂层、下部灰岩伴随溶（土）洞发育；岩石强度高，岩层起伏大，特别是溶洞发育对连续墙成槽施工带来非常大的风险，其关键在于确保连续墙成槽的深度、宽度、垂直度，施工效率和有效控制扩孔系数，并控制地面沉降，保证施工质量等传统冲桩机施工振动大，在该地层成槽效率低、易偏孔，且上部砂层将导致扩孔严重，尤其在市区对地面沉降控制和房屋的安全保护要求更高，更不利于采用冲桩机的施工。综合各方面的因素考虑，以广州市轨道交通某标段为依托，提出了双轮铣槽机在灰岩地区地下连续墙施工方法，与传统的施工方法相比，铣槽机在灰岩地区施工振动小、进尺速度快，3～4天可以完成一幅槽段，大大提高施工效率。

1 工程概况

车站主体城市道路相交的范围内，车站为东西走向。车站位于繁华的商业中心区，南边建筑物较密集为珠宝商铺、连锁店等，北侧是2个大酒店，西北侧为体育馆，现状交通比较繁忙，车站围护结构采用地下连续墙+3道内支撑（2道砼支撑+1道钢支撑），基坑深度约16.24m；连续墙深约19m，大部分连续墙需入岩约8.5m。出入口及风亭围护结构采用地下连续墙+1（或2）道内支撑，基坑深约8.35m。基坑连续墙接口之间均采用2根Φ600@450的双管旋喷桩进行止水。花城路站大范围的下伏基岩为石炭系石磴子组灰岩，溶洞、土洞、溶沟、溶槽发育，溶洞和土洞多为无充填或半充填状态。

2 方案选择

本工程由于地处闹市区，距离周边建筑物较近，且文明施工要求也高，采用常规定的冲孔桩机施工除进度上无法保证外，且需要的设备台数较多，且场地较较为有限，数量较多的冲孔桩机将直接导致管理的困难，且存在文明施工难以管理的局面，根据地质情况和周边环境情况确定采用双轮铣槽机成槽方案，铣槽机成槽的施工方法，通过液压系统驱动下部两个轮轴转动，水平切削、破碎地层，采用反循环出碴，通过中间吸管将切削的渣土混合物吸出地面然后通过地面泥水处理站处理，处理完的符合浓度的泥浆再通过循环系统再次进行利用，通过往复的循环，最终完成成槽。

本车站选取一刀成槽2.8m，一般采用奇数刀数成槽，考虑到槽段实际施工需要，主要采用3刀成槽工艺。施工前先对围护结构槽段分幅进行优化，以满足铣槽机特殊的施工工艺要求，根据地质条件选取合适的铣齿类型，适应灰岩地区连续墙成槽，连续墙施工成槽先对前三个槽段结合地质的制定合适的施工参数成槽，通过现场和成槽的垂直度、扩孔系数、进尺速度、斗齿扭矩等数据反馈调整施工参数。同时通过自主研发高强度耐磨合金斗齿，加强破岩能力，提高工作效率。

3 连续墙槽段分幅的优化设计

连续墙按设计要求划分槽段，车站围护结构总长487m，开槽前核对槽段编号、分界线，并做好详细记录，槽段施工时根据顺序采用跳跃开挖的方法。

双轮铣槽机，一刀成槽2.8m，本工程槽段长度一般6.4～8.4m之间，采用工字钢接头，主要采用三刀成槽工艺。一期槽段采用三刀成槽，先完成两侧，最后完成中间。连续墙槽段划分充分考虑双轮铣槽机施工工艺和满足设计要求，将各项原则如下：（1）标准槽段长度为6.4～7.4m之间，采用三刀切削，第一刀和第二刀长度为2.8m，第三刀长度根据实际情况确定，可以在0.8～1.8m之间调整；（2）连续墙接头不设在转角处；（3）连续墙尽量对称布置；（4）考虑到周边建构筑物情况与地质条件差，槽段长度不宜过长。

通过上述的分析，将铣槽机施工连续墙的槽段内施工如下进行划分：

4 铣槽机铣齿选型的确定

铣槽机常规的铣齿有平齿、锥齿、滚齿三种。平齿常用于不大于20MPa的岩层中，锥齿常用于不大于110MPa的岩层中；滚齿主要用于高强度的花岗岩。

铣齿的选择主要根据地质条件，本工程地质勘察揭示的地层主要为灰岩、砂层（中粗砂为主），砂层覆盖在灰岩上方。灰岩地区溶土洞见洞率达到65%，溶洞之间相互连通，溶土洞高度最高达到10m，灰岩岩面埋深约8～18m，且起伏大，岩石最大抗压强度达到90MPa。

采用平齿能很好切削黏土和砂层，但是破岩能力不足；滚齿破岩能力强，但是造价成本高昂、使用不灵活，岩面高差过大对滚齿磨损较大。根据上述地质条件和铣齿的用途，综合铣齿的价格选用锥齿。

锥齿的优点：（1）适应地层广、且破岩能力强；（2）拆卸、安装简单；（3）综合性价比高。

5 成槽施工进尺速度、刀盘压力等参数的设定

本工程灰岩地区溶土洞见洞率达到70%，溶洞之间相互连通，溶土洞高度最高达到10m，灰岩岩面埋深约8～18m，起伏较大，岩石最大抗压强度达到90MPa，砂层厚5～15m，地下水十分丰富。车站和竖井位于花都区商业区，周边管线密集、房屋林立。最近的房屋距离车站基坑9m，且为浅基础房屋，极易受地层塌陷、沉降影响产生破坏。根据斗齿的破岩参数和斗齿抗压能力，砂层地层7cm/min，岩层地层0.7cm/min。砂层和黏土层油管压力控制在110MPa，岩层破岩油管压力控制在220MPa。

6 铣槽机施工流程及工艺

6.1 导墙的施工

导墙施工好坏直接影响连续墙的成槽质量，施工首先要保证连续墙施工垂直度，宽度的大小能符合设计的要求，也有利于施工操作。主要控制标高、控制槽段和钢筋网定位，防止槽口坍塌及承重作用。导墙采用现浇C20混凝土，主筋保护层厚25mm，导墙厚200mm，导墙内净距为850mm，导墙比地面高出200mm。导墙采用“╗╔”形式。施工时，为保证结构净空尺寸，连续墙外放100～150mm，为保证。

6.2 泥浆制备及循环

6.2.1 泥浆系统施工工艺。本工程的施工主要采用泥浆集中处理的方式进行，由于施工场地狭小，在连续墙边上50m范围设置一套泥浆处理系统，泥浆处理系统通过泥水筛分设备将铣槽机吸出的泥浆通过管路泵送至泥浆处理设备，然后晒分出渣土和泥浆，渣土通过车辆外运出现场，泥浆通过管路再次进入槽段进行循环利用。在中间过程中通过合理添加泥粉来控制泥浆的年度，使槽段内泥浆指标符合设计要求，保证连续墙槽壁的稳定。

6.2.2 泥浆性能。根据本工程的地质情况，地层主要处于灰岩地层中，主要为灰岩和砂层（中粗砂为主），槽段自身造浆的能力比较弱，需要进行泥浆的调配，泥浆的调配通过黏贴或购置一定比例的膨润土搅拌及加入中水搅拌后使其达到一定的粘度指标，泥浆性能指标要求详见表1：

泥浆在使用过程中应进行泥浆指标的检测，及时调整泥浆的数据。确保槽壁的稳定，如果不能满足槽壁土体稳定，须对泥浆指标进行调整。

6.2.3 泥浆循环。泥浆循环主要通过铣槽机吸浆设备将泥浆吸出通过中间泥浆管理及中间蹦泵机设备进入泥浆处理设备中，泥浆处理设备通过筛分将泥浆分为渣土和泥浆，渣土直接通过外运车辆运出现场，泥浆首先进入储浆罐，通过检查泥浆的指标看是否满足成槽要求，不满足通过添加膨润土或者粘土进行调试，使其满足泥浆指标要求，合格的泥浆通过泵机设备和管理进入槽段中，如此循环直到槽段成槽完成。

6.2.4 泥浆施工管理。成槽作业过程中，槽内泥浆液面保持在不致泥浆外溢的最高液位，并且必须高出地下水位1m以上，成槽作业暂停施工时，泥浆面不应低于导墙顶面50cm。

6.3 成槽或垂直度控制措施

根据铣槽机工作特点，可以有效控制槽段的垂直度。操作手可以结合以下几种方法进行调整铣架回复垂直状态，纠偏的动作幅度逐渐减小到纠偏完成，然后继续铣槽作业。纠偏过程中的各种方式均通过DMS系统进行监控。被记录的参数及图示可作为文件显示出开挖点、段的垂直度值。

6.3.1 X-X轴纠偏通过以下两个途径：（1）调整切铣鼓转速：根据需要，两个轮的其中一个可以转换旋转方向，形成双鼓同向旋转，实现快速转位。通常情况下，切削轮旋转方向保持不变，而是通过提高一个轮的转速进行调整；（2）通过侧板的运动调整，如图4：

6.3.2 Y-Y轴纠偏通过以下两个途径：（1）移动侧板；（2）改变切削轮相对铣架倾斜度。

6.3.3 Z轴摆转纠偏：（1）移动侧板；（2）分别改变切削轮与铣架的角度。

6.4 铣槽机造孔常见事故的预防及处理

6.4.1 导墙变形及破坏主要原因：主要由于导墙施工时基面不稳定；施工时模板支撑不牢固出现爆模现象或压力较大将模板挤压变形，导致槽段出现扭曲现象；由于成槽完成后混凝土龄期未到出现了堆载，附件道路施工进出车流挤压变形导致。预防及处理措施：首先确保槽段开挖过程中松散的土质及时清理；严格按照审批通过的方案进行支模施工，尤其是方木的大小间距要符合要求；钢筋的绑扎要做到垂直固定，不能出现扭曲现象，否则将直接影响模板的架设；模板施工时要使用无扭曲变形的模板，确保基面的平整光滑，并及时涂抹脱模剂；导墙浇筑混凝土时严禁过振，并分层浇筑混凝土确保浇筑时侧压力将模板挤压变形；浇筑完成的导墙在未达到龄期严禁重物挤压，附近道路严禁重型车辆行走；对于长时间不施工的槽段采用方木支撑及回填粘土的方式进行临时的支护。

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浆的比重及指标不符合要求、地下水过大导致泥浆指标的稀释、槽段施工完成后长时间不进行混凝土的填充导致，另外主要是进出车辆及铣槽机自身的荷载挤压导致。预防及处理措施：首先泥浆指标要进行试验配置，确保泥浆粘度符合要求，在槽段边上设置排水沟，使雨水及降水井抽排的水经过排水沟进入三级沉淀系统合格后排出场地外，避免雨水流入到槽段中；确保铣槽机施工时泥浆液面的高度；槽段施工时采取间隔、跳跃施工的方式；确保粘土膨润土的储备，若泥浆黏度下降较快或地下水渗入时及时的进行泥浆搅拌，确保槽段内泥浆的黏度。合理策划施工流程，确保槽段开挖完成后及时下放钢筋笼并在4小时内完成槽段的浇筑。

6.4.3 铣槽机故障及铣齿磨损现象：铣槽机长时间在灰岩地层中施工经常会导致铣齿的磨损，磨损后的铣齿不及时地进行更换会导致磨阻增大，导致设备的损坏和槽段宽度不足影响施工质量。预防及处理措施：首先确保设备的保养，建立设备保养台账，确保设备每班都能有效的使用；对于灰岩强度高，除采用铣齿的型号外，建立铣齿减少磨损的QC，通过对铣齿磨损较大的原因进行分析，找出减少铣齿磨损的方法，通过开展QC，铣齿合金粒容易磨损崩裂、铣齿合金及齿床硬度不够、铣齿的结构形式不符合地层要求是产生磨损的主要原因。通过每次在提升铣头后，都对铣轮进行冲水降温处理，改进铣齿合金粒材料，齿床材料及合金镶嵌工艺，并在齿床增凃耐磨焊层，优化铣齿结构，并对铣齿进场品质进行验收等主要措施的管理最终减少了铣齿的磨耗。确保了施工的进度。

本工程通过铣槽机施工的58幅槽段，平均每天3～4天完成一幅，比正常的冲孔桩在此类地层中施工减少了将近2天的时间，为整个工期的顺利完成提供了保证。

7 推广应用情况及推广前景

广州地铁某标段涉及两个车站、两个盾构竖井，此段区域均存在灰岩溶洞发育的情况，铣槽机的施工在该车站的成功应用，为剩余工程提供了良好的借鉴作用。

本技术适用于不同的灰岩区域，可以提高铣槽机成槽效率，同时将连续墙成槽施工由双轮铣槽机代替传统的冲桩机，有效解决传统冲桩机在灰岩地区成槽扩孔系数大、偏孔、进尺效率低下等问题。双轮铣槽机能有效降低成槽施工的风险，保证周边建构筑物的安全，无需大量设备投入，节约了大量的施工成本，且适应性强、成槽效率高，仅成槽施工就比冲桩机施工缩短工期120天，产生良好的经济效益和社会效益。有效降低连续墙施工的风险，同时占地小、噪声小，对泥浆污染控制的非常好。弥补了广州地铁在灰岩地区的地下连续墙采用铣槽机施工的空白，在施工过程中安全可靠、效率高、有效提高施工工期，在全省乃至全国在连续墙施工过程中有重要的参考价值和借鉴价值，该技术在地基及基础中必能得到推广。

作者简介：王辉（1985-），男，河南太康人，广东华隧建设股份有限公司工程师，研究方向：土建工程地下结构。

（责任编辑：秦逊玉）