双轮铣成槽机在城市地铁连续墙施工中的应用
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摘要:通过对双轮铣成槽设备在广深港客运专线ZH-4标福田站地下连续墙分析研究，并借鉴国内的水利、公路及地铁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，地下连续墙，施工方法
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
广深港客运专线ZH-4标福田站工程位于深圳市行政文化中心和高档商务区，高层建筑集中。车站在市民中心广场西侧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。由于工程工期及地质勘探结果（岩层过硬）及城市环保需求，公司首次引进全国最大的一台C850/ FD60型双轮铣槽机为福田站连续墙工程施工。
根据地质条件不同、施工方案不同、辅助设备不同等诸多原因，每个工程的功效、进度、施工成本、消耗都有区别，本文针对难度大且极具代表性的广深港客专福田站连续墙施工采用设备及施工技术进行探讨。
1 简述
广深港客专福田站针对工程特点，特引进意大利卡沙特兰地地基设备有限公司铣削式成槽机。该设备最大成槽深度可达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，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。
2 施工方法
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。
2.1导墙施工
钢筋砼导墙应按照说明和相关图纸中的设计和尺寸修建，见图1，图中x 为连续墙的厚度。
图1 标准导墙断面图
2.2 连续墙的开挖
根据土层概括示意图和连续墙接合部的防水，采用卡萨FD60型成槽机进行连续墙的施工，连续墙的开挖技术方法见图2 。图中工序1 为Ⅰ序槽定位，工序2 为第一 幅序槽开挖，工序3 为Ⅰ序槽墙板开挖完成，工序4 为第二幅Ⅰ序槽定位（距第一幅Ⅰ序槽L-0.2~0.4m），工序5 为第二副Ⅰ序槽开挖，工序6 为第二副Ⅰ序槽开挖完成后起机，工序7、8 为Ⅱ序槽开挖，工序9 为墙体开挖完成后吊装钢筋笼。
图2 连续墙开挖顺序
为了保证开挖工作的顺利进行并确保连续墙的排列精度，在开挖过程中，双轮铣必须始终在同一个界限内工作。
2.3 连续墙的槽体形式及沟槽搭接
使用双轮铣开挖的连续墙的墙体主要有两种：
·Ⅰ序槽
·Ⅱ序槽
FD60 的开挖长度为3.13 m, 厚度为700-1200mm. 在这个工程中按照设计要求FD60的铣轮厚度被设定为1000m，序槽长3.13m，Ⅱ序槽长2.9m。
为保证连续墙之间的强度及结构防水，两个序槽和Ⅱ序槽之间的搭接尺寸必须完全符合设计要求。在这个工程中我们使用的搭接尺寸如下：
2.4 开挖前的测试
沟槽的开挖顺序通常由工程合同方根据设计要求而决定，但据厂方建议我们在开挖沟槽前，先做1个深度超出设计要求的连续墙和2个较浅连续墙，这样可以有效地预判到双轮铣的切削刀齿的几何受力参数，通过这个工序还可以分析出墙体的稳定性、优化泥浆的处理过程、让所有的相关人员掌握更多的信息和工作循环过程。
2.5 FD60型双轮铣的切削过程
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。
2.6 泥浆循环系统
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。
泥浆配比参数：
图4 泥浆循环系统
2.7 混凝土浇注
在开挖好一个单元沟槽后，必须清除沟槽内沉淀下来的泥渣，将地面加工好的钢筋骨架用起重机吊放入充满泥浆的沟槽内，采用水下浇注混凝土的方法，用导管向沟槽内注混凝土，由于混凝土是由沟槽底部开始逐渐向上浇注，所以随着混凝土浇注，泥浆即被置换出来，待混凝土浇至设计标高后，一个单元槽段施工即完毕，各单元槽段之间用特制的接头连结成连续的地下钢筋混凝土墙，呈封闭形状。
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。
3 挖掘效率和设备分析
3.1 FD60型双轮铣的效率
以上参数为纯开挖时的工作效率。也只针对福田站工程。
3.2 工效
第一层: 序槽（引导槽） (0-9 m) 抓斗开挖
第二层:( 8 /20 +15/15+4/5+9/3)*3.13m3/h = 16.6 h
FD60 开挖每个单元槽的总耗时16.6h
FD60型双轮铣的平均效率：=(36*3.13)*0.7/16.6
=4.75 m2/h.
假设每个班工作小时：=12h
每个班的平均工效：=12*4.75=57m2/每班
根据作业记录表估算挖掘效率计算出总挖掘时间为11.27～16.6h，与施工设备相关的效能指数为0.7，是涵盖外在影响，如机具保养及维修等。
3.3 消耗
a) 切削轮上的切削刀齿和刀齿底座是施工过程中最主要的消耗品，这个工程刀齿和刀齿底座的消耗量如下。不同的地质结构和施工方案的损耗量均不相同，本资料所提供的参数仅供参考。
b) 易损件 - 由于施工周期较短，无其它易损件消耗。
3.4 双轮铣设备应用分析
①双轮铣的主要优缺点：
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。
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。
但同时由于工艺和设备限制其存在一定的局限性:
1)不适用于存在孤石、较大卵石等地层，此种地层下需和冲击钻或爆破配合使用。
2)受设备限制连续墙槽段划分不灵活，尤其是二期槽段。
3)对地层中的铁器掉落或原有地层中存在的钢筋等比较敏感。
4)设备维护复杂且费用高。
5)设备自重较大对场地硬化条件要求较传统设备高。
b) 双轮铣主要技术要点
1)双轮铣的刀具形式双轮铣成槽设备铣轮上刀具可根据地层的岩性和强度进行调换铣轮和刀具，主要的刀具形式有三种:平齿、锥齿和滚齿；本项目选用刀具为滚齿。
2)双轮铣成槽接头形式常用的连续墙的接头从工艺上均能实现于双轮铣成槽中，如拔管式套接法、平接法、工字钢接头、接头槽法等，但国内目前常用的接头方式主要有两种:双轮铣套铣接头和工字钢接头，以前者为居多，从各工程实例分析，两种均能满足防渗和围护要求。
4 结束语
在硬岩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，选择使用双轮铣槽机系统，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。
双轮铣设备作为一种先进的地下连续墙成槽设备，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，且施工精度高，随着不断的市场拓展和国产化深化，必将成为地下工程中的中坚力量。