双轮铣在花岗岩硬岩地层中的地下连续墙成槽工艺

双轮铣在花岗岩硬岩地层中的地下连续墙成槽工艺

唐国康

广州市盾建建设有限公司

摘要：以地铁工程为背景，对双轮铣在花岗岩硬岩层内成槽施工工艺进行了研究与分析。通过现场试验和室内试验，确定了该地层连续墙双轮铣成槽方法，并提出一种新的成槽方式——“引孔+双轮铣”成槽法。采用“引孔+双轮铣”成槽，可提高成槽效率、缩短施工时间，为我国飞快发展的基建行业奠定基础，尤其在复杂地层中创新工艺。

关键词：引孔；双轮铣；花岗岩硬岩；地下连续墙；成槽工艺

一、前言

广州地铁十八号线番禺广场站车站全长540m、车站标准段宽50m，基坑开挖深度40m，围护结构采用厚1200mm地下连续墙，工字钢接头，连续墙深度为32~42m。

工程地质条件：按土质回填土、中粗砂层、淤泥质土层、花岗岩残积层、全风化花岗岩、强风化花岗石、中风花岗岩、微风化花岗岩等。其中<8h>的花岗岩风化区深度在16~23 m之间，中和微风化的花岗岩层厚超过20多 m。

通过对番禺广场站中微风化花岗岩的研究，发现其岩心为暗紫色、灰黑色、隐晶结构、斑纹构造，以石英岩为主，以斜长石为辅，石灰质胶结为主，裂缝略有发育，岩石较为完好，岩心多为长、短，少量呈碎块状，岩石质地较为坚固。根据详细勘查资料，中风化的花岗岩为25~35 Mpa，而微风化的花岗岩为79.55 Mpa，最大为109.05 Mpa，而岩石的 RQD为37%~65%，有的钻孔达到86%。

广州18号线横贯南沙区、番禺区、海珠区、天河区，与多条既有的铁路线纵横交错，各站深，各站及相应的隧道都有较厚较深的围护，从地区地质资料看，18号线中有一半是通过花岗岩区的，其中万顷沙~西沥水道以北、番禺广场~鹤庄站、火车东站以北都是花岗岩的源头，故番禺站的连续墙成槽技术可为其它在硬质花岗岩施工地下连续墙提供了一般的借鉴。

二、地下连续墙成槽施工情况

1、机械配置

番禺广场站连续墙工程装备，配备土力“SC135”双轮铣各2台，宝俄“MC96”1台，利勃海尔双轮铣1台，中车TG50型液力抓斗1台，宝俄GB80S液压抓斗1台，土力SR80型旋挖钻和SR75型旋挖钻各1台，宝俄BG40/30旋挖钻各1台，后又相继准备了超过30台冲孔机等。

土力SC135双轮铣主要技术指标：采用卡特彼勒C27发动机，最大功率653千瓦，动力头最大扭矩109 KNm*2，泥浆泵小时处理量为450立方米;宝俄MC96双轮铣同样采用卡特彼勒发动机，最大功率570KW,动力头扭矩100KNm*2;这两类进口设备目前都为世界最先进的成槽设备，适合在复杂地层施工。

2、施工过程

1）土层至强风化岩成槽

土层到强风化岩上层，采用液压抓斗，形成凹槽。在抓土期间，持续给槽中注入泥浆，在抓斗无法进尺时，就停下来，同时将底部收平，保证底部基本上处于同一水平，以便后面进入双轮铣时，避免出现倾斜。依据岩石的波动情况，挖土层厚度为13~17 m不等。

2）中、微风化层直接铣削成槽

土层采用液压抓斗施工至无进尺时，强风化层下部以及中、微风化层硬岩采用双轮铣直接铣削成槽方法。

番禺广场的地下连续墙是一种“工字形”结构，按照双轮铣刀架2.8米的尺寸，每一幅6米标准墙幅采用三刀成槽，总铣削幅宽6.8米，工字钢中对中6米，左右两侧各预留400mm作为工字钢二序槽接头位，以满足不同的工艺要求。

在开槽时，要确保斜切面的垂直度，必须利用周围的岩石体作为支承，为其纠偏板提供反力点，使纠偏达到一定的效果。假如其中一侧是临空面，刀身就会向空的一侧倾斜。而且，按照岩体的强度，在进行二次切割时，离一次切割的距离必须超过0.4米，这样就不会因为刀架的倾斜、偏移而压塌了。

刀架位置如下图所示：

根据现场的施工资料，一、二次铣削成槽的平均进尺平均为0.5 m,28 m以下的平均速度为0.3 m。而铣轮锥齿的磨削损失大，平均每米的磨削为15个。

3）中、微风化层引孔后铣削成槽

为了改善成槽率，后期在中、微风化层采取了引孔的辅助方法，其方法有：冲击钻成孔和旋挖钻钻孔，但因钻进孔后竖向变化很大，遂后重点采用冲孔桩机成孔。

在施工过程中，对刀架的各个部位进行了各种引孔尝试，根据引孔点的加工效果选取最佳的引孔方法：

①第一种是每槽两孔，每一刀引一个1200mm的孔，孔中心位于刀架两个铣轮中心线。

每槽两孔

②第二是每槽三孔，两个分别与槽段两端相切，一个位于槽段中心，即第一、二刀处于一边临空状态。

每槽三孔

③第三种是每槽四孔，每一刀引两个1200mm的孔，孔中心分别位于刀架外边缘，即刀架两侧处于临空状态。

每槽四孔

以下是几幅试验槽段的作业时长和锥齿损耗数据统计，有效作业时长只记录铣槽时间，不含机械故障维修时间。

根据以上尝试的数据，在每槽四孔，铣槽时刀架两侧有导向孔，效率最好，Q158槽段第一第二刀平均用时最短，且锥齿损耗较无引孔槽段减少90%。Q151型槽长度略大于其槽的深度，故用时稍长。

实际操作证明，在刀体的两边都是垂直的情况下，刀体的中心位置处于是0.8~1.4 m，这样就更能保证刀体的平衡性。当铣削宽度超过1.4 m时，刀具会产生显著的摇摆，使其在岩体表面产生弹跳，而不能对岩体产生抓铣点，无法达到良好的铣削功效；当铣削宽度在0.8 m以下时，刀体支架容易容易产生侧倾，效率同样低。

从Q163铣削时间和铣削磨损情况来分析，在硬质岩石上，每刀引孔一个，不利于提高铣削工作的效果。根据施工情况，在施工过程中，在24米深的地方，刀具的中心位置是悬空的，造成了刀座右边20 cm的偏移，但纠正无效，就停止施工，改为第二刀，直到第二刀和第三刀都挖到24米的时候，才开始施工。

三、施工中出现的问题及处理措施

1、成槽垂直度控制及引孔工艺

对于坚硬的岩体，因为铣轮要用大的转矩对岩体进行研磨，如果出现两边的硬度差异，或引孔处的位置有差异，则会导致刀具的受力失衡，从而产生偏移。由于纠偏板位于较高的砂石上，所以无法纠偏板进行校正，而纠偏板突出的部位通常位于土壤和较弱的土壤中，很难抵御岩石的倾斜。

施工过程中，为了达到强风化，必须对刀具的竖直度进行精确的调整，同时减小铣刀的下落速率，刀具支架的掘进载荷小于100 KN，使刀具处于半悬挂的状态，确保钻头在坚硬的岩石中不会发生偏移，而在强风化和中风化阶段，当纠偏器的部位不处于土壤或完全的风化时，适当增大刀架的压力，这样即使出现了偏移，也会具备纠偏条件。

在硬质花岗岩地层中，冲击钻的成孔速度较慢，一孔成孔时间一般在10~13天左右，要为双轮铣提供每天至少一幅槽已引孔墙，必须配备数量庞大的冲击钻机械，这对工程建设的电力和现场的管理造成了很大的影响。

2、泥浆质量控制

番禺广场站的连续墙入岩深度大，以石英为主，其次是斜长石质，经过研磨粉碎后，石英颗粒大量沉淀，形成了大量的砂粒，形成了一个凹坑，泥浆中的沙粒迅速增加，粘性不够，经过筛分后，其粘性基本上无法满足护壁的需要。番禺广场站的管道、弯头、法兰、旋流器等消耗品，其工作时间平均要比一般地层少1/4。所以，在工程中必须有充足的达到一定参数的泥浆，以保证泥浆的粘性，保障施工时的护壁效果，提高携带能力，降碎石对各管道的磨损。

四、结语

总之，在坚硬花岗岩/灰岩等复杂地层中的成槽施工，根据不同岩层的强度、岩石的成分等特点采用“引孔+双轮铣”成槽工艺后，不但节省了工期，而且有效地控制了各类损耗，节省了成本。 另外，在复杂地层采用“引孔+双轮铣”施工工艺也为地下连续墙施工提供了一种新的施工方法，并可以在其它工程中推广使用。 双轮铣成槽技术是一项较成熟的施工工艺，在地下连续墙工程中应用广泛。 由于双轮铣具有效率高、施工质量优等优点，故将其应用于地下连续墙成槽时具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]唐国康.双轮铣在花岗岩硬岩地层中的地下连续墙成槽工艺[J].工程管理与技术,2019(01): 33-35.

[2]刘加峰.双轮铣槽机在坚硬花岗岩地质条件下的地下连续墙施工应用[J].建筑施工,2016(38): 193-195.

[3]陈冬.混合花岗岩地区连续墙成槽施工技术[J].中交隧道工程局有限公司2014年现场技术交流会,2014(02):214-217.