浅析双轮铣槽机在连续墙施工中的运用

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[摘 要] 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。本文阐述了德国宝峨BC36型双轮铣的结构原理、施工特点，通过对双轮铣在各种岩层中施工的经济分析对比，为使用同类设备进行连续墙施工、做好经济效益分析、加强成本管理提供了一定的借鉴和参考。

[关键词]连续墙施工；双轮铣槽机；经济性分析

中图分类号： TU74 文献标识码： A

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 BC36型双轮铣槽机工作原理

宝峨BC36型双轮铣槽机主要组成部分为：起重设备、铣槽机、泥浆及筛分设备等，见图1。

主要工作部位为一个高12m、重36t，带有液压和电气控制系统的钢制框架，下部装有3个液压马达，水平交叉排列。两边的马达分别驱动2个装有铣齿的铣轮切削并破碎泥土，另外1个马达驱动泥浆泵把破碎的泥土、碎石泵送到地面的泥浆筛分系统。工作时2个液压马达带动铣轮低速转动（方向相反），切削下来的泥土及岩石由切割齿破碎成小块并向上卷动，同时与槽中稳定的泥浆混合，另1个液压马达带动离心泵不断把土、碎石和泥浆泵送到泥浆筛分系统处理，干净的泥浆被送回到基坑，废弃的泥浆、碎石则作抛弃处理。损失的泥浆由供浆系统补偿。

因后期要放钢筋笼，所以铣槽时对槽的垂直度要求比较高。为了保证成槽精度，铣头部分安装了一定数量的、用于采集各类数据的传感器，操作人员通过触摸屏可很直观地看到双轮铣槽机的工作状态(铣头偏直状况、铣削深度、铣头受到的阻力)，并针对不同土层设定铣头的下降速度，控制铣头所受的压力。在铣头沿高度的左右两侧各安装2块导向板，前后两侧各安装4块纠偏板，来保证成槽的精度。BC36双轮铣的垂直精度可达3‰。

在地层多变地区，铣头前后、左右的刮刀往往会出现受力不同的情况，造成铣头倾斜，引起槽孔偏斜。此时，操作员通过触摸屏控制液压千斤顶系统伸出或缩回导向板、纠偏板，调整铣头的姿态，并调整铣头速度，从而有效地控制槽孔的垂直度，并可自动记录孔深、孔斜等情况，既可通过触摸屏显示出来，也可在槽孔施工完成后将自动保存的测斜记录全部打印出来。双轮铣的刀具主要有3种:平齿（适于软土层）、锥齿(适于岩层)和滚齿（适于硬岩层)，可根据地层的岩性和强度调换铣轮和更换刀具。

图1 双轮铣组成示意图

1-旋转铣刀；2-铣刀泥浆泵；3-地泵；4-除砂器；5-供浆池；6-出砂；7-供浆泵；8-水；9-斑脱上罐；10-泥浆搅拌机；

2 双轮铣施工的主要优缺点

1）主要优点：①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，松散地层中达20～30m3/h，中硬岩石中达1～2m3/h；③孔形规则，墙体垂直度可控制在3‰以内；④操作方便，双轮铣的履带式起重机可自由行走，在控制室可方便安全操作；⑤排碴同时即清孔换浆，减少了混凝土浇筑准备时间；⑥自动记录仪监控

全施工过程，同时全部记录；⑦安全环保，低噪声、低振动，可贴近建筑物施工。

2）主要缺点：①不适用于存在孤石、较大卵

石等地层，此时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对掉落地层中的铁器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。

3 双轮铣槽机的经济性分析

与传统的液压抓斗和冲孔机相比，双轮铣施工在土层、砂层等软弱地层中优势并不十分明显，一旦进入岩段，双轮铣就显出其优势。在中风化岩层中(50～100MPa的岩石)施工效率可达5～8m3/h，在微风化岩层（大于100MPa的岩石）中可达1～2m3/h；而在此种地层中液压抓斗基本无法使用，必须采用冲击钻机，效率仅约为0.3～0.5m3/h。若在微风化地层中钻进就异常困难，每台班进尺仅能维持在几十厘米上下，不仅效率极低而且成槽形状差。不计算设备购置成本，双轮铣的使用成本主要包括以下几项。

1）动力消耗 主动力为605kW的柴油机，泥浆筛分净化系统功率为122kW，泥浆循环系统功率为110kW，总功率232kW，电价按1元/kWh计算，效率按0.55计算，能耗为127.6元/h，在各土层的能耗见表1 (柴油单价按8200.00元/t)。

表1BC36双轮铣动力消耗统计表

2）配件、材料消耗 双轮铣在各种土层中膨润土、切削齿及配件消耗见表2（膨润土暂取钠基膨润土，为2.84t/m3，450元/t，22型切削齿为270元/个）。

表2 BC36双轮铣配件、材料消耗统计表

3）人工费 双轮铣施工作业时需要3～4人，按人均工资（含工资附加费）5000元/月计算，人工费分别为：50MPa以下岩石时0.36元/m3；50～100MPa岩石时1.4元/m3；100MPa以上岩石时6.07元/m3。从以上统计分析可以看出，在不考虑设备购置费以及维修保养费的前提下，双轮铣在各种地层的成本为：50MPa以下岩石为81.16元/m3；50～100MPa岩石为616.73元/m3；100MPa以上岩石为1 773.14元/m3。岩石强度增加，双轮铣的使用成本也大幅度增加。

4 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。

由于设备依赖进口，整机及零配件价格昂贵，一次性投入很大，需认真进行市场调研分析，选准时机才能达到最佳投入产出效果。满足以下条件时可以考虑投入：①年工程量达到1.8万m3（其中土砂层、中风化岩层，弱风化岩层的比例为1:8:1），平均单价为1 450元/m3，设备的年收入支出就基本能持平；②工程量大、工期紧；③中风化岩层在总工程量中占的比重较大，使用其它设备效率低；④深度超过40m，其它设备基本不能施工；⑤敏感建筑物附近施工。

采用单一的地下连续墙施工设备，不仅效率低而且成本较高。在地层复杂的地段，实际施工中大都采用交叉作业，以充分发挥各种设备的特点，不仅效率大大提高，而且施工成本也得到改善。