双轮铣槽机在轨道交通工程施工的应用

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摘要：以南昌轨道交通4号线一期工程中上沙沟站为例，讲述双轮铣槽机工作原理，及逆行施工工艺分析。工程应用结果表明，与常规的成槽施工设备技术相比，双轮铣槽机工效高、施工速度快，能有效解决传统成槽设备冲孔桩机施工进度慢、对周围建筑影响、扰动甚至破坏较大等难题。

关键词：双轮铣槽机；城市轨道交通；扰动；施工

1工程背景

南昌轨道交通4号线一期工程中上沙沟站是本土建施工标段的起点，沿南北向布置，位于二七北路北侧旧城改造范围内。该线路和3号线的上沙沟站相连，主要通过地下通道实现与3号线的换乘。上砂沟站按照三层岛式车站型式设计，车站的外包段总长度达150m，包段以外的总宽度为30.1m，基坑深度约24.59m。4号线上砂沟站起点桩号K28+990.884～K29+139.284，站台有效宽度设计值为16.5m。车站主体施工主要应用明挖顺筑的施工技术，以厚度100cm的地下连续墙为主体围护结构，将4道支撑按设计要求竖向设置在基坑内。本车站地层中主要分布为褐红色极软岩的泥质粉砂岩，局部夹杂钙质胶结，岩屑以粉细砂为主，其中有一些矿物岩石经风化侵蚀后发生性状改变。地下连续墙成槽机在如此深度的中风化泥质粉砂岩中成槽速度极慢，因此选用地下连续墙双轮铣槽机+成槽机配合施工。

2双轮铣槽机成槽工艺原理

双轮铣槽机是当前较为先进的地下连续墙施工专用机械，其成槽工效比抓斗法等常规成槽技术高出2～3倍，成槽孔型规则，地下连续墙垂直度误差可控制在3‰以内，适应地层范围十分广泛。我国自1996年三峡工程二期围堰首次引进并采用该技术以来，国内一些重点建设工程也有所采用，但是限于该施工设备数量较少，施工成本较高，因此并未形成全面推广之势。考虑到南昌轨道交通4号线一期工程土建施工包括隧道上盖地下室托换结构工程，为实现对部分地下室及已建地铁隧道的保护，决定在基坑内增设两道混凝土支撑，并以地下室底板为裙楼柱托换结构。为确保地铁隧道免受连续墙施工的不利影响，项目部要求不得采用抓斗或冲击成孔的连续墙施工施工技术，应采用铣削或钻孔等成槽工艺。经项目组研究后，决定采用德国BE公司所生产的BC-36型液压双轮铣槽机。该型铣槽机成槽深度大，对地层地质条件适应能力强，且能实现接头槽段的套铣施工。BC-36型液压双轮铣槽机高为12.0m，宽2.8m，结构本身质量为36t。该设备主要由起重系统、铣槽机、泥浆制备及筛分系统、液压及电气控制系统等部分组合而成。起重系统主要采用的是德国LB公司所生产的HS-1883型履带起重机械，其具有120t的最大起重能力。在铣槽施工过程中，铣槽机底部按照设计要求事先安装好的2个对称的铣齿滚筒，各自沿反方向和较低低的速度运转。同时推动滚筒上所安装好的的合金铣齿，进而实现将周围地层围岩铣刨、切削、破碎的初步施工目的。达到设计铣刨和破碎目的后，泥浆泵在液压马达的动力驱动下，通过铣槽机铣轮内侧的吸砂口，将所铣刨后的钻渣和泥浆全部吸排到地面所设泥浆站进行集中处理。若除砂处理后的材料性能符合设计要求，可再让其原路返回槽段，循环往复[1]，直至成孔，如图1所示。本工程铣槽机还配备了1套BE-500型振动除砂器、1套膨润土制浆站和泥处理能力500m3/h的泥浆循环池，循环池内的泥浆泵由1条直径120mm软管连接在铣槽机上。

3双轮铣槽机的应用

3.1施工工艺及流程

根据上沙沟站整个成槽施工范围内土层强度普遍较高的地质情况，及连续墙成槽深度的施工要求，采用铣-抓结合的施工工艺，即对于普通液压抓斗成槽机所无法进尺的地段，先通过双轮铣槽机施工，再配合普通液压抓斗成槽机进行较厚黏土层施工。根据上沙沟站地质情况分析，采用一级钠基膨润土[2]和拌合用水进行成槽护壁泥浆的拌制，不同地层成槽护壁泥浆的性能指标详见表1。待地下连续墙施工完毕，所采用的膨润土泥浆通过循环逐渐达到混凝土浇筑前所需泥浆性能的要求，并通过双轮铣槽机泥浆循环系统中的滤砂机进行除砂作业。

3.2槽段铣削

按照所设计的上沙沟站单元槽段长度（5.0m和5.8m）进行铣削施工，并在转角处等部位按设计原则再次划分节段。开槽前进行槽段编号，及分界线位置尺寸等的核对与记录，无误后严格按照一期槽段→二期槽段的次序进行跳跃开挖和槽段铣削。本次开挖施工所用铣槽机单孔开槽尺寸设计值为3.08m，为提升施工工效，应先铣刨切削各槽段两端，完成并达到设计要求后再铣削中间。将铣槽机放入导墙前，必须先将铣槽机铣齿外缘和导墙顶槽段的测放线对齐，并使铣齿侧面和连续墙导墙面平行，再将铣轮垂直置入导墙槽内，用液压固定架将铣槽机导向架固定，以防止线槽施工过程中发生铣刀架偏移，影响铣槽孔垂直度。此外，为保证成槽孔的垂直度和施工质量，还应针对导向架深度范围加强进尺速度和进尺量的控制，避免因岩层高差过大而使双轮铣槽机两侧的铣刨轮受力不均、发生偏斜，从而影响正常的施工进度。

3.3清槽及墙段接头刷洗

为提升地下连续墙抗渗能力和承载力，应在铣槽施工结束后利用铣槽机反循环系统及时清出槽底沉渣和碎石。清槽施工时，必须按照设计要求向槽段内持续泵送优质泥浆，且不得过量或中断。槽段以内泥浆的液面高度需始终保持在设计水平±2cm范围内，避免因注浆不合格而导致塌孔现象发生。待清槽结束后停止注浆，并检查槽深[3]等指标。本工程所测得的泥浆密度为1.10～1.15g/cm3，黏度20～23s，含砂率4%，均符合设计要求。

3.4双轮铣槽机工效

应用铣槽机进行上沙沟站地层中微～中微风化花岗岩地层的铣刨施工工况和施工工效调查结果显示，土层开挖量为8.5m3/h，配合GB-60型液压抓斗清渣。岩层开挖量在0.67～6.95m3/h之间，平均开挖量为1.53m3/h。铣槽开挖过程中，纳基土消耗量15.43kg/m3，铣齿消耗量平均为1.5个/m3，共消耗数量为900个。

4结论

本工程应用实践证明，双轮铣槽机与传统的冲孔、抓斗连续墙成槽施工技术相比，在软弱土层和硬质土层均具有一定优势，施工工序也更为简便。但是对于质地较为坚硬的地层进行铣刨开挖施工时，双轮铣槽机通常会凭借铣齿对待开挖岩层实施水平向的切削。在这种施工形式和工况下，铣槽机对岩层的铣刨破碎开挖能力和常规的冲孔桩机施加垂直向撞击力开挖有很大差距，出于最大限度地减小对周围土层的扰动，并保护地铁隧道结构的目的，只能选择铣槽机开挖施工技术。总体而言，双轮铣槽机自动化水平较高，对土层的适应能力也较强，其不会对周围土体产生明显的冲击和破坏性扰动。对于城市轨道交通、地铁隧道等对周围土层扰动限制较为严格，且岩层厚、强度高，地质条件复杂工况下地下连续墙的施工较为适用，成槽效率高，施工质量有保证，并能满足对周边建筑物保护的施工要求。双轮铣槽机维修养护费用高难度大，对施工场地地面强度也有较高要求，且对于硬质岩层铣刨开挖施工并不适用。为此城市轨道交通土建工程地下连续墙施工中，必须密切结合工程实际、区域水文地质条件、工期及造价要求等，进行连续墙施工机械设备的综合比选，以达到最佳的施工效果。

参考文献

[1]付海平.双轮铣槽机在地连墙施工中的应用[J].中华建设,2020(07):156-157.

[2]罗业华.双轮铣槽机在地下连续墙施工中的应用[J].港工技术,2020,57(03):87-90.

[3]陈晓忠.双轮铣槽机与引孔设备配合技术在地连墙施工中的应用[J].国防交通工程与技术,2020,18(02):69-73.

作者：于洋洋 单位：中铁十八局集团第三工程有限公司