超深地連墻雙輪銑施工技術研究

王雅宜

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450001)

地下連續墻是目前基坑支護常見的方法。在城市建筑物密集區開挖基坑，工作面常常由于場地影響而無法展開，采用地下連續墻施工是快速打開局面的主要方法。由于該技術應用普遍，應用開發程度很深，絕大部分地區僅僅將其作為一個不起眼的常規工序，地下連續墻的施工組織、工藝攻關等針對性研究較為缺乏。文章依托春風隧道項目，對明挖隧道在城市密集區的地下連續墻快速施工技術展開研究，在城市市政工程中尚屬首次。

1 工程簡介

春風隧道線路全長約5.078km，分為西端地面道路、西明挖段、盾構段和東明挖段四部分。西明挖段圍護結構采用地下連續墻、鉆孔灌注樁、鋼板樁+內支撐的支護形式，地下連續墻厚度分別為600mm、800mm、1000mm；接頭采用工型鋼接頭，標準幅寬6m，共105幅；異型幅及其他寬3.9 ～8.3m，共20 幅，深度約為10.9 ～27.4m 不等，總計125 幅。西明挖后配套段及始發井段地下連續墻共計54 幅，深度為18 ～28.7m 不等。地層從上至下依次是填土、淤泥、粉質黏土、卵石層、砂層、砂質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖和微風化花崗巖。部分地連墻入巖早，巖層厚，基巖硬（盾構井周邊地下連續墻入巖深度均在8m以上，強度在40MPa 以上，且盾構井內有兩處斷層破碎帶），施工困難。

2 設備選型

二期地連墻采用液壓抓斗成槽機和沖樁機結合的方式進行成槽，此段地連墻入巖較淺，但是施工周期長，硬巖部分沖樁機平均工效為0.06m/h。地下連續墻常規施工方法有雙輪銑、成槽機、沖樁機3 種類型單獨或者組合施工，各種設備優缺點如表1 所示。

表1 地下連續墻施工常用機械對比表

雙輪銑槽機成槽工法特點：（1）工效高。雙輪銑槽機借助UCS 閥，適應強度40 ～100MPa 的各種巖層，鉆進能力強，成槽速度快。（2）成樁質量好。雙輪銑槽機DMS 電子系統可時刻監控液壓雙輪銑的工作參數及位置；可對垂直度的偏差及時進行修正，泥漿通過循環系統實時循環，保證施工質量。（3）環境影響小。成槽過程噪音及震動小，對周邊建筑影響??；切削渣通過反循環系統并經過泥漿處理系統的分離可重復利用，環境污染小。（4）垂直度控制好?？捎行ПO控成槽垂直度，及時對垂直度進行調整糾偏。根據工程的特點及工程量，決定采用1 臺ZTSX100 液壓銑槽機進行盾構井及后配套段地連墻基巖部分工程的施工，計劃工效為1.2m/h。

3 施工情況

3.1 施工現狀

現場2018 年6 月18 日至7 月16 日雙輪銑共銑槽10 幅，有效施工時間427h，銑槽236.56m，成槽效率僅為0.55m/h，遠不能滿足≥1.2m/h 的施工要求。

3.2 原因分析

從雙輪銑參數可以看出，在硬巖掘進過程中，雙輪銑刀盤地面承重只有7.5t，而2018 年6 月18 日至7 月16 日施工期間，地面承重平均值為9.8t，考慮原因為雙輪銑對巖面的壓力較小，導致銑槽緩慢。

3.3 初步措施

初步認定為地面承重較小，所以在WA-15 地連墻銑槽期間采取了加大地表承重的措施，由最初的7 ～12t加大至≥15t，銑槽速度明顯提升，達到了1.21m/h。但是在雙輪銑銑槽過程中，雙輪銑刀架擺動大，垂直度偏差大，垂直度檢測為4.3‰，不滿足規范要求，必須再次修正垂直度。雖然速度明顯加快，但垂直度無法保證，需花費更多時間進行修正垂直度。

4 提高雙輪銑施工工效的研究

4.1 問題分析

由于雙輪銑直接銑軟泥層存在糊輪風險，泥漿無法進行分離二次使用，造成泥漿浪費，銑槽只比液壓抓斗快2 ～3 倍，但成本高昂，所以在單元槽段施工前，用液壓抓斗將槽段巖層以上軟弱地層開挖完，后期入巖部分采用液壓銑槽機進行成槽。從前期槽段成槽結果看，正常情況下，雙輪銑對巖面的壓力在7 ～12t 不會影響成槽精度，能達到設計要求的≤3‰，但成槽效率較低（0.55m/h）。如果單純地對巖面加壓，速度有明顯提升，但成槽的精度達不到要求，成槽后需要進行二次修邊，浪費大量時間。為解決上述問題，既保證成槽的精度，又提高雙輪銑效率，決定采用對照試驗的方法進行研究，找出最優雙輪銑施工方案。

4.2 原因分析

雙輪銑工作核心為刀盤對巖面加壓，刀具切削巖面使之破碎，由于刀架是由鋼絲繩懸吊下放進槽段，因此自穩能力差，銑槽過程中會由巖面的反作用力而晃動。刀架對巖面施加的壓力越大，反作用力也就越大，刀架晃動越加厲害，直至超出糾偏板的糾偏能力，垂直度無法控制。由采取增加壓力措施來看，會導致刀盤急劇抖動，使垂直度變大，槽段偏斜。如減小刀盤的接觸面積，提巖面壓強，雙輪銑成槽效率即可增大；對地連墻槽段進行預引孔，再進行雙輪銑銑槽，采取該措施將減小雙輪銑與開挖面接觸面積，達到增大壓強的效果。

4.3 引孔措施選擇

刀架寬3.2m，厚0.96m，單個刀盤直徑為1.2m，兩個刀盤中心距為2m，盾構井及后配套段標準幅槽段寬6m，厚1m。雙輪銑一二刀示意圖如圖1 所示，從圖中可以看出，前兩刀銑完后中間剩余0.6m，第一二刀的位置無法改變，所以設想先將第三刀使用成孔機械成孔，再在槽段兩端分別成孔兩個。

圖1 雙輪銑一二刀示意圖

由于槽段厚1m，因此成孔直徑最大為1m。相鄰兩孔最近距離為2m，雙輪銑刀架兩圓心相距也是2m，這就保證了刀盤左右兩個不會受力不均。同時，因為同期進行格構柱施工，現場有旋挖鉆機和沖樁機，通過現場以前的施工得知，旋挖鉆機的施工效率是沖樁機無法比擬的，而且旋挖鉆機成孔的垂直度比沖樁機更好，旋挖鉆機還具備自動性高、人工成本低、環保、低噪等特點，所以擬采用旋挖鉆機進行引孔。

4.4 實施方案

（1）旋挖鉆機引孔。分別在槽段的左右邊線和中線處打三個孔。為了控制旋挖鉆機在中風化硬巖地層中的旋挖速度和垂直度，采用截齒筒鉆進行硬巖部分的鉆取，上層土層采用掏砂鉆進行鉆取，兩個鉆頭靈活使用，保證了施工進度和精度。（2）液壓抓斗成槽。引孔后，確認好雙輪銑正在銑的那幅槽的完成時間，由于成槽機在盾構井段土層的施工時間一般在5 ～6h，那么在雙輪銑還有6h 完成時，就可以進行下幅槽段的成槽，避免成槽后等待雙輪銑的時間過長，造成塌孔、泥漿沉淀等問題，保證工序的有效銜接。（3）雙輪銑銑槽。在成槽完成后，雙輪銑在1h 內開始銑槽，防止槽段內塌孔。雙輪銑在銑槽期間，每隔1h 進行雙輪銑的參數記錄，實時觀察垂直度和銑槽進度，結合地面承重進行相應的調整，使雙輪銑的工效及精度都有一定的保障。

4.5 效果檢查

（1）采用WA-8 號地連墻作為試驗段，除去強風化地層的速度，在中風化地層平均速度為1.42m/h，達到了1.2m/h 的速度，測得成槽垂直度為1.4‰，符合設計及規范要求。（2）最初雙輪銑的銑槽平均速度是0.55m/h，垂直度為2.6‰，引孔后，雙輪銑的成槽速度增加至1.42m/h，垂直度為1.4‰，增強壓力后，成槽速度達到了2.08m/h，垂直度為2.7‰。（3）引孔及加壓均有非常顯著的效果，能夠在保證垂直度的情況下加快銑槽速度，最終速度增加了3.78 倍，單幅槽整體銑槽時間加快了約2.5 倍。

5 結束語

（1）雙輪銑施工成本高，但在硬巖地層施工速度遠大于成槽機、沖擊鉆，及其施工噪聲小，成槽質量好，結合工程造價和工程工期的前提下，具有良好的推廣應用前景。（2）引孔及加壓對雙輪銑施工質量和效率均有顯著提升，能夠在保證垂直度的情況下加快銑槽速度，但需根據刀盤鉆進速度合理加壓，成槽時應根據地連墻幅寬合理選擇施工方法，避免偏壓造成施工質量下降。（3）導墻的超挖量和施工垂直度對后續成槽施工起到關鍵性的引導作用，如何提高導墻施工質量將是下一步施工研究的重點。