现代都市地铁项目双轮铣成槽机在连续墙施工中的应用

摘要：通过对双轮铣成槽系统设备在广深港高铁福田车站地下连续墙研究分析，并广大结合国内外的地铁、水利水电及公路等多个项目的实际施工案例，阐述其设备的施工原理、施工特性、优缺点、与传统施工工艺的性对比以及其主要的技术要点，必将得到广泛应用。

关键词：双轮铣成槽机 切削轮 地下连续墙

广深港福田高铁站工程项目位于深圳市福田行政文化商务中心区域，周围现代化高楼林立，施工难度极大。车站在会展中心益田路与深南大道交叉处益田路下方，车站沿益田路呈南北布置；全长1023m，深32.15m，宽78.86m，站场规模4台8线，地下一层为客流转换层，地下二层为站厅层，地下三层为站台层。共设21个出入口、16组地面风亭风亭、9个消防疏散口、1座300 m2室外消防水池和4座冷却塔，总建筑面积147088m2。为了提高工程效率及对付过硬的岩层还有现代化城市地铁施工建设的环保要求，集团公司首次从意大利进口引进了一台C850型双轮铣成槽机。

1、双轮铣成槽机简述

意大利卡萨格兰地机械设备有限公司生产的C850型铣削式成槽机最大成槽深度可达150m，一次成槽厚度在700mm～1200mm之间，主要由三部分组成：起重设备、铣槽机、泥浆制备及筛分系统等，FD 60型工作部位为有铣刀架，高15m、重37t带有液压和电气控制系统的钢制框架，下部安装3个液压马达，水平向排列，两边马达分别驱动两个装有铣齿的铣轮。

双轮铣成槽机作为地下连续墙施工专用设备，其成槽施工效率比传统抓斗施工方法高2～3倍、孔形规则（墙体垂直度可控制在3‰以下）、适应地层地质范围广等优点已在发达国家普遍采用，我国1996年于三峡二期围堰工程首次引进，在国内先后被采用于多个重要工程，如水电工程小浪底工程、四川省冶勒水电站工程、穿黄项目、唐山大唐王滩电厂，公路工程有珠江黄埔大桥，地铁工程有深圳地铁一期工程3B标段老街站、广州地铁黄沙站等。但受施工成本、设备数量限制未在国内全面推广。

2、切削轮

根据工程的需要，成槽的厚度往往时常发生变化，FD 60型双轮铣的切削轮可在700mm至1200mm区间内通过更换不同厚度的轮圈进行成槽厚度的变更。

2.1 切削刀齿的损耗是双轮铣在作业过程中的决定施工成本高低的重要因素，按照不同的地质情况选择不同的切削刀齿将有效的降低施工成本。目前流通于市场上的主要的刀具形式有两种：平齿和锥齿。FD 60型双轮铣的刀座可兼容目前市场上通用的（国际标准）多种各式刀齿，且安装简单、快速。这一特性使得FD 60的通用性更强，生产成本更低。

2.2 FD 60型双轮铣对地层适应性非常强，更换不同类型的刀具即可在淤泥、砂、砾石、卵石及中硬强度的岩石、混凝土中开挖。选择了合适刀具后，FD 60型双轮铣在入岩后就会显出其优势， 在中风化岩层中（60MPa以下）， 施工效率可达15m3/h，在微风岩层（60MPa～120MPa）中可达2m3/h～4m3/h。

3、地下连续墙施工顺序

根据设计图纸和地质报告中描述的地质条件，车站需要修建宽800mm 、1000mm和1200mm 地下连续墙，最深达到48m，方案计划采用卡萨C850/FD60 型双轮铣槽机系统施工地下连续墙，表层成槽用宝峨BC36 型液压抓斗进行施工，由于在我国液压抓斗施工已经非常普遍，以下将重点讨论用双轮铣槽机系统进行硬岩施工的方法。我们大体上将连续墙的施工方案分为两个阶段，阶段I导墙施工和阶段II连续墙开挖过程施工。

地下连续墙均应设置导墙，导墙形式有预制及现浇两种，现浇导墙形状有“L”型或倒“L”形，可根据不同土质选用。土层性质较好时，可选用倒“L”型，甚至预制钢导墙，采用“L”型导墙，应加强导墙背后的回填夯实工作。对表层地基良好地段采用简易形式钢筋砼导墙；在表层土软弱的地带采用现浇L形钢筋砼导墙。如见下图1与图2所示

图1 标准导墙断面图

图2 连续墙施工铣槽顺序

3.1 FD60型铣臂的施工切削流程

双轮铣在确定连续墙施工槽段安装定位块定位，通过驾驶室操控面板控制铣立下降至铣削工作面，经液压系统驱动下部两个轮轴转动，水平切削、依靠铣立垂直自重（37T）破碎地层，被破碎后的泥石粒径将小于80mm，破碎的渣粒和护壁泥浆被铣轮转动拌合后，经450m3/h大功率排渣泵反循环出碴。紧挨着切割轮上方的双轮铣槽机铲形排渣泵吸口不断把渣土和土液混合物抽出经泥浆管送到泥浆筛分站。泥浆处理系统包括有两台虑砂器ZX250 和一台砾石分离机D500，它可以用来将泥土和碎石等杂质从泥浆中分离出来；位于泥浆筛分站内的三联机输送泵又将重新生成的泥浆液泵回开挖槽中，从而形成一个闭回路。

在垂直铣槽过程中由于地质情况的不同、地层的变化、开挖速度的变化、刀齿的磨损情况和切削头受力不同等诸多情况，可能会造成铣头倾斜，从而引起槽孔的偏斜出现垂直度偏离现象。FD 60型双轮铣上配置了由液压千斤顶控制的8块纠偏板，操作司机可通过垂直度检测仪随时对成槽垂直度在X、Y、Z轴方向进行调整。同时操作手还可以通过驾驶室显示系统了解到铣削轮的压力、转速，排渣泵的转速、排量，铣削头在铣槽内深度、直线度情况、铣削链的张紧度参数，及时调控双轮铣铣削的工作状态。

FD 60型双轮铣采用高强度、主体筐架结构（见图3），切削传动链采用外凸式设计，既传动链在传动切削的同时可以在成槽的两侧同时形成一个品字形凸槽，在双轮铣下沉的过程中双轮铣主体两侧的导向快会顺着凸槽滑行，确保连续墙的成槽精度。如图3所示

图3 双轮铣成槽机主体及铣架部分示意图

3.2 泥浆循环处理系统

随着墙板开挖的完成，所用的膨润土泥浆液将被加以循环，泥浆循环（见图4），泥浆拌合器是将干式膨润土和水进行拌合并将拌合后的泥浆储存在一个24小时不间断工作的大型旋流式容器中，并使泥浆的搅溶性和粘性始终处于规定的范围内，避免由于静止而出现的泥浆固化现象。部分更换或是完全 用新鲜的膨润土泥浆置换依需要所定，以达到浇注砼之前所需的性能标准。是否更换或循环的决定以所用的泥浆条件为准。除砂作业用悬在沟槽中的潜水泵或用双轮铣槽机进行。

3.3 砼浇注

浇筑时砼应以一个足够快的速率用搅拌车向现场供给，此速度应保证至少每导管的砼满足15m3/h的供应。导管的数量主要依据浇注砼墙板的长度而定，3m 长墙板需要一个导管。在每次灌注开始之前，在每个导管内装球堵，以阻碍二者的混合和砼的离析。这个缓冲层可以采用一个填满泡沫塑料或橡胶球的塑料袋的形式。对于有2 个或3 个导管的情况，则需要2 或3辆砼泵车分别同时进行浇注，以确保墙板的底部没有任何的膨润土泥浆被砼阻留下来。在浇注砼的过程中，导管应始终保持埋入新浇砼中至少2m 。在多导管浇注过程中，每个导管中的砼的液位高度应定期检查，以便确保液位高差在限制的范围内，以避免膨润土泥浆被包入已浇完的墙体中；浇注砼过程中被顶出的膨润土悬浮泥浆液将被泵回贮存罐。

4、设备分析

1）对地层适应性强，更换不同类型的刀具即可在淤泥、砂、砾石、卵石及中硬强度的岩石、混凝土中开挖。

2）钻进效率高，在松散地层中钻进效率20m3/h～40m3/h，在中硬岩石中钻进效率1 ～2m3/h。

3）孔形规则（墙体垂直度可控制在3‰以下）。

4）运转灵活，操作方便。双轮铣的履带式起重机可自由行走，不需要轨道，在控制室可方便安全操作。

5）排碴同时即清孔换浆，减少了混凝土浇筑预备时间。

6）自动记录仪监控全施工过程，同时全部记录。

7）低噪音、低振动，可以贴近建筑物施工。

5、分析与结论

双轮铣成槽机是现代化的先进的地下连续墙施工设备，不仅安全环保、适应地层地质范围广、在硬岩地层中施工进度远远大于传统施工工艺，且施工质量高，随着不断的市场拓展和国产化深化，一定会为未来施工建设发展做出巨大的贡献。

在高强度地质地下连续墙的施工中，首先应充分利用土层和岩层结构地质资料进行分析研究，优先选择使用双轮铣槽机设备，即双轮铣槽机配置合适的铣轮（刀齿排布）、泥浆循环和除砂装置等，从而保质保量地完成地下连续墙工程。