浅谈液压双轮铣槽机在硬质岩层中的施工应用

摘要：液压双轮铣槽机作为专用的地下连续墙施工设备，以其成槽施工效率高、孔形规则、安全环保、适应地层地质范围广等优点已在发达国家普遍采用。本文结合案例分析液压双轮铣槽机在硬质岩层中的施工应用，供同行参考。

关键词：液压双轮铣槽机；硬质岩层；施工

随着我国地下工程的发展，连续墙施工设备也从简单的机械钻机发展到今天品种繁多的电液一体化的现代机械。目前国内在软土层中施作地下连续墙的相关技术已有了良好的发展，但在硬地层如砾石、巨砾或者岩石中的施工技术仍处于初步发展阶段。常用的设备主要有：液压抓斗(大多需要冲击钻机配合)、旋挖钻机和双轮铣。其中双轮铣的效率最高，平均可达15m3/h。国内使用的双轮铣设备主要依赖进口，有德国宝峨、意大利卡沙以及法国索莱唐日等品牌，其成槽原理基本相同。

1.双轮铣的主要工作原理

双轮铣设备的成槽原理是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。最大成槽深度可达150 m，一次成槽厚度在800 mm~2 800 mm之间。国内常用的双轮铣设备主要有德国宝娥公司、意大利卡沙特兰地地基设备有限公司、法国索莱唐日公司铣削式成槽机，成槽原理基本相同，现就以国内市场占有较大的德国宝娥公司生产的BC36型双轮铣成槽机为例介绍其基本工作原理。

双轮铣设备主要由三部分组成:起重设备、铣槽机、泥浆制备及筛分系统等。主要工作部位为铣刀架，高12 m、重36 t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。铣槽时，两个铣轮低速转动，方向相反，其铣齿将地层围岩铣削破碎，中间液压马达驱动泥浆泵，通过铣轮中间的吸砂口将钻掘出的岩渣与泥浆混合物排到地面泥浆站进行集中除砂处理、然后将净化后的泥浆返回槽段内，如此往复循环，直至终孔成槽。

双轮铣槽机可以在任何地层中开挖槽孔，不仅开挖槽孔的速度比液压抓斗快，而且槽孔的垂直度高;它还带有电子指示仪，可自动记录孔深、孔斜等情况，并通过触摸屏显示出来，在槽孔施工完成后，自动保存的测斜记录可全部打印出来，即可作为工程测斜资料。因此，液压双轮铣槽机是在硬土层中构筑地下连续墙的先进设备。

2.工程概况

某项目基坑设计为墙厚1m的连续墙，基坑开挖深度为30m，招标地质资料提供，场内西北侧下覆微风化凝灰质砂岩，岩层顶埋深21.7~27.0m，岩层抗压强度为34~36Mpa。连续墙采用液压双轮铣槽机进行施工，在S29#槽段施工中，进尺缓慢，铣槽机在微风化凝灰质砂岩岩层中铣进速度3~5cm/h，针对这种情况，我单位通过地质复勘，核定岩层抗压强度为79.5 Mpa，最高值为136.4 Mpa。

3施工工艺

原设计提供岩层单轴抗压强度为34~36Mpa，实际通过地质复勘，核定岩层抗压强度为79.5 Mpa，最高值为136.4 Mpa。

3.1双轮液压铣槽机施工工艺

(1)连续墙槽段的划分

若选用铣槽机对施工场地及导墙、钢筋笼制作、水下砼浇灌无特殊要求。但需将连续墙槽段划分进行相应的调整，根据铣轮的大小，连续墙Ⅰ序槽槽段长调整为2.4米时，采用一刀切削；若Ⅰ序槽槽段长为5.9～6.5米时，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0.5～1.5m之间调整，见图1所示：

图1：Ⅰ序槽段铣槽次序示意图

根据铣槽机的宽度，所有Ⅱ序槽长度固定设置为2.8 m不变。

(2)接头形式

地下连续墙槽段间接头拟采用切削相接的形式连接。施工过程中，Ⅱ序槽施工时将Ⅰ序槽墙体切削掉20cm砼，露出粗糙的新鲜砼面，然后浇筑Ⅱ序槽砼，使相邻槽段有效相接。其平面示意见图2：

(3)成槽施工

1）铣槽工艺流程：铣槽工艺流程见图3。

图3：铣槽工艺流程

2）铣槽施工

铣刀架是一个高15m、重30t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。铣槽时，两个铣轮低速转动，方向相反，其铣齿将地层围岩铣削破碎，中间液压马达驱动泥浆泵，通过铣轮中间的吸砂口将钻掘出的岩渣与泥浆混合物排到地面泥浆站进行集中除砂处理、然后将净化后的泥浆返回槽段内，如此往复循环，直至终孔成槽。铣槽机工作原理见图4。

图4：铣槽机工作原理

在第一幅S29#槽施工中（原始地层）铣进速度3~5cm/h；考虑到墙体入中风化及微风化岩较多，在铣槽之前先在每一刀的中间，用冲击钻机打一个钻孔，减轻铣槽机双铣轮薄弱环节的压力，以加快连续墙施工进度。见图5所示：

图5：改进的铣槽机施工示意图

经改进后，施工取得了良好的效果：在S27#、S28#，S30#~S36#，E1#~E3#（存在硬质岩层）铣进速度达到25~50cm/h，达到预期目的。

3）成槽质量控制

成槽工序是地下连续墙施工关键工序之一，既控制工期又影响质量，成槽质量控制工序为：铣槽机开槽定位控制垂直度控制成槽速度控制。以上质量控制工序主要有以下措施：

铣槽机开槽定位控制：在铣槽机放入导墙前，先将铣槽机的铣轮齿最外边对准导墙顶的槽段施工放样线，铣轮两侧平行连续墙导墙面，待铣轮垂直放入导墙槽中再用液压固定架固定铣槽机导向架，固定架固定在导墙顶，确保铣刀架上部不产生偏移，保证铣槽垂直。

垂直度控制及纠偏：操作室电脑控制成槽的垂直度，始终保证成槽的垂直度在设计及有关规范内，如有超出垂直度偏差的，回填石渣或C10低标号的砼至超出垂直度槽深的上部1.0m，再重新铣槽直至将其修正在连续墙设计垂直度允许范围之内。

成槽速度控制：为保证成槽的垂直度，在开槽及铣槽机导向架深度内，控制进尺稍慢，保证开槽的垂直度，在进入岩层时为防止同一铣刀范围内岩层高差较大，两边铣轮受力不同容易出现偏斜，更要控制好进尺，尽量控制进尺偏慢，保证成槽垂直度在设计及有关规范允许范围内。

(4)清槽

在成槽过程中，为把沉积在槽底的沉碴清出，需对槽底进行清槽，以提高地下连续墙的承载力和抗渗能力，提高成墙质量。铣槽完毕后，用铣槽机的反循环系统清除槽底沉碴，并检查成槽情况。在清槽过程中，应不断向槽内泵送优质泥浆，以保持液面高度，防止塌孔。清槽工作直至达标为止，主要进行槽深、槽底沉渣与泥浆性能（比重、粘度与含砂率）检查，即沉渣厚度不大于10cm，泥浆泥浆比重1.1～1.2g/cm3，粘度18～25s，含砂率小于8％要求。最后汇同业主、设计，监理单位进行隐蔽工程验收。

(5)后续工作

清槽施工完成后，后续工作与传统的冲孔抓槽施工工艺的相同。导墙制作、钢筋笼制安、水下砼浇筑等施工工艺请见1.2 地下连续墙施工（传统地下连续墙施工工法）部分。

3结束语

双轮铣施工具有良好的地层适应性、高度自动化的控制系统以及生产高效性、接头处理更合理等优点，特别是可以切削抗压强度超过100MPa的基岩，能够施工深度更大的地下连续墙围护结构。在超深基坑围护结构和防渗墙施工中通常会遇到硬岩，双轮铣成为施工可靠性的唯一选择。随着建设发展的需要，双轮铣在城市地铁建设、工民建桩基础市场等领域有很强的需求和竞争力。

注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看