雙輪銑槽機在軌道交通工程施工的應用

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摘要：以南昌軌道交通4號線一期工程中上沙溝站為例，講述雙輪銑槽機工作原理，及逆行施工工藝分析。工程應用結果表明，與常規的成槽施工設備技術相比，雙輪銑槽機工效高、施工速度快，能有效解決傳統成槽設備沖孔樁機施工進度慢、對周圍建筑影響、擾動甚至破壞較大等難題。

關鍵詞：雙輪銑槽機；城市軌道交通；擾動；施工

1工程背景

南昌軌道交通4號線一期工程中上沙溝站是本土建施工標段的起點，沿南北向布置，位于二七北路北側舊城改造范圍內。該線路和3號線的上沙溝站相連，主要通過地下通道實現與3號線的換乘。上砂溝站按照三層島式車站型式設計，車站的外包段總長度達150m，包段以外的總寬度為30.1m，基坑深度約24.59m。4號線上砂溝站起點樁號K28+990.884～K29+139.284，站臺有效寬度設計值為16.5m。車站主體施工主要應用明挖順筑的施工技術，以厚度100cm的地下連續墻為主體圍護結構，將4道支撐按設計要求豎向設置在基坑內。本車站地層中主要分布為褐紅色極軟巖的泥質粉砂巖，局部夾雜鈣質膠結，巖屑以粉細砂為主，其中有一些礦物巖石經風化侵蝕后發生性狀改變。地下連續墻成槽機在如此深度的中風化泥質粉砂巖中成槽速度極慢，因此選用地下連續墻雙輪銑槽機+成槽機配合施工。

2雙輪銑槽機成槽工藝原理

雙輪銑槽機是當前較為先進的地下連續墻施工專用機械，其成槽工效比抓斗法等常規成槽技術高出2～3倍，成槽孔型規則，地下連續墻垂直度誤差可控制在3‰以內，適應地層范圍十分廣泛。我國自1996年三峽工程二期圍堰首次引進并采用該技術以來，國內一些重點建設工程也有所采用，但是限于該施工設備數量較少，施工成本較高，因此并未形成全面推廣之勢。考慮到南昌軌道交通4號線一期工程土建施工包括隧道上蓋地下室托換結構工程，為實現對部分地下室及已建地鐵隧道的保護，決定在基坑內增設兩道混凝土支撐，并以地下室底板為裙樓柱托換結構。為確保地鐵隧道免受連續墻施工的不利影響，項目部要求不得采用抓斗或沖擊成孔的連續墻施工施工技術，應采用銑削或鉆孔等成槽工藝。經項目組研究后，決定采用德國BE公司所生產的BC-36型液壓雙輪銑槽機。該型銑槽機成槽深度大，對地層地質條件適應能力強，且能實現接頭槽段的套銑施工。BC-36型液壓雙輪銑槽機高為12.0m，寬2.8m，結構本身質量為36t。該設備主要由起重系統、銑槽機、泥漿制備及篩分系統、液壓及電氣控制系統等部分組合而成。起重系統主要采用的是德國LB公司所生產的HS-1883型履帶起重機械，其具有120t的最大起重能力。在銑槽施工過程中，銑槽機底部按照設計要求事先安裝好的2個對稱的銑齒滾筒，各自沿反方向和較低低的速度運轉。同時推動滾筒上所安裝好的的合金銑齒，進而實現將周圍地層圍巖銑刨、切削、破碎的初步施工目的。達到設計銑刨和破碎目的后，泥漿泵在液壓馬達的動力驅動下，通過銑槽機銑輪內側的吸砂口，將所銑刨后的鉆渣和泥漿全部吸排到地面所設泥漿站進行集中處理。若除砂處理后的材料性能符合設計要求，可再讓其原路返回槽段，循環往復[1]，直至成孔，如圖1所示。本工程銑槽機還配備了1套BE-500型振動除砂器、1套膨潤土制漿站和泥處理能力500m3/h的泥漿循環池，循環池內的泥漿泵由1條直徑120mm軟管連接在銑槽機上。

3雙輪銑槽機的應用

3.1施工工藝及流程

根據上沙溝站整個成槽施工范圍內土層強度普遍較高的地質情況，及連續墻成槽深度的施工要求，采用銑-抓結合的施工工藝，即對于普通液壓抓斗成槽機所無法進尺的地段，先通過雙輪銑槽機施工，再配合普通液壓抓斗成槽機進行較厚黏土層施工。根據上沙溝站地質情況分析，采用一級鈉基膨潤土[2]和拌合用水進行成槽護壁泥漿的拌制，不同地層成槽護壁泥漿的性能指標詳見表1。待地下連續墻施工完畢，所采用的膨潤土泥漿通過循環逐漸達到混凝土澆筑前所需泥漿性能的要求，并通過雙輪銑槽機泥漿循環系統中的濾砂機進行除砂作業。

3.2槽段銑削

按照所設計的上沙溝站單元槽段長度（5.0m和5.8m）進行銑削施工，并在轉角處等部位按設計原則再次劃分節段。開槽前進行槽段編號，及分界線位置尺寸等的核對與記錄，無誤后嚴格按照一期槽段→二期槽段的次序進行跳躍開挖和槽段銑削。本次開挖施工所用銑槽機單孔開槽尺寸設計值為3.08m，為提升施工工效，應先銑刨切削各槽段兩端，完成并達到設計要求后再銑削中間。將銑槽機放入導墻前，必須先將銑槽機銑齒外緣和導墻頂槽段的測放線對齊，并使銑齒側面和連續墻導墻面平行，再將銑輪垂直置入導墻槽內，用液壓固定架將銑槽機導向架固定，以防止線槽施工過程中發生銑刀架偏移，影響銑槽孔垂直度。此外，為保證成槽孔的垂直度和施工質量，還應針對導向架深度范圍加強進尺速度和進尺量的控制，避免因巖層高差過大而使雙輪銑槽機兩側的銑刨輪受力不均、發生偏斜，從而影響正常的施工進度。

3.3清槽及墻段接頭刷洗

為提升地下連續墻抗滲能力和承載力，應在銑槽施工結束后利用銑槽機反循環系統及時清出槽底沉渣和碎石。清槽施工時，必須按照設計要求向槽段內持續泵送優質泥漿，且不得過量或中斷。槽段以內泥漿的液面高度需始終保持在設計水平±2cm范圍內，避免因注漿不合格而導致塌孔現象發生。待清槽結束后停止注漿，并檢查槽深[3]等指標。本工程所測得的泥漿密度為1.10～1.15g/cm3，黏度20～23s，含砂率4%，均符合設計要求。

3.4雙輪銑槽機工效

應用銑槽機進行上沙溝站地層中微～中微風化花崗巖地層的銑刨施工工況和施工工效調查結果顯示，土層開挖量為8.5m3/h，配合GB-60型液壓抓斗清渣。巖層開挖量在0.67～6.95m3/h之間，平均開挖量為1.53m3/h。銑槽開挖過程中，納基土消耗量15.43kg/m3，銑齒消耗量平均為1.5個/m3，共消耗數量為900個。

4結論

本工程應用實踐證明，雙輪銑槽機與傳統的沖孔、抓斗連續墻成槽施工技術相比，在軟弱土層和硬質土層均具有一定優勢，施工工序也更為簡便。但是對于質地較為堅硬的地層進行銑刨開挖施工時，雙輪銑槽機通常會憑借銑齒對待開挖巖層實施水平向的切削。在這種施工形式和工況下，銑槽機對巖層的銑刨破碎開挖能力和常規的沖孔樁機施加垂直向撞擊力開挖有很大差距，出于最大限度地減小對周圍土層的擾動，并保護地鐵隧道結構的目的，只能選擇銑槽機開挖施工技術。總體而言，雙輪銑槽機自動化水平較高，對土層的適應能力也較強，其不會對周圍土體產生明顯的沖擊和破壞性擾動。對于城市軌道交通、地鐵隧道等對周圍土層擾動限制較為嚴格，且巖層厚、強度高，地質條件復雜工況下地下連續墻的施工較為適用，成槽效率高，施工質量有保證，并能滿足對周邊建筑物保護的施工要求。雙輪銑槽機維修養護費用高難度大，對施工場地地面強度也有較高要求，且對于硬質巖層銑刨開挖施工并不適用。為此城市軌道交通土建工程地下連續墻施工中，必須密切結合工程實際、區域水文地質條件、工期及造價要求等，進行連續墻施工機械設備的綜合比選，以達到最佳的施工效果。

參考文獻

[1]付海平.雙輪銑槽機在地連墻施工中的應用[J].中華建設,2020(07):156-157.

[2]羅業華.雙輪銑槽機在地下連續墻施工中的應用[J].港工技術,2020,57(03):87-90.

[3]陳曉忠.雙輪銑槽機與引孔設備配合技術在地連墻施工中的應用[J].國防交通工程與技術,2020,18(02):69-73.

作者：于洋洋 單位：中鐵十八局集團第三工程有限公司