双轮铣槽机地下连续墙成槽施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
双轮铣槽机地下连续墙成槽施工工法
东莞R2线2303B标项目部
双轮铣槽机地下连续墙成槽施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
1.前言
在城市地铁施工中，地下连续墙工艺被广泛应用于基坑支护体系中，传统上使用冲桩机辅助成槽机施工地下连续墙施工工艺适合于于较软的地质。在中风化、微风化等岩石坚硬、岩层厚的地质条件下施工地下连续墙，施工中不可避免出现偏孔、冲孔缓慢等问题，导致施工功效低、延误工期且有连续墙鼓包、钢筋笼卡笼等质量问题。若在岩石坚硬、岩层厚的地铁施工过程中采用双轮铣槽机成槽施工地下连续墙，除能缩短施工工期、提高功效、保证连续墙施工质量外且因其施工噪音及震动小，对周边居民、建筑造成影响较小。本工法具有钻进能力强、功效高、成槽质量好、环境影响小等优点，可广泛应用于石坚硬、岩层厚的地铁地下连续墙施工领域。
东莞市城市快速轨道交通R2线2303B标段下桥地下车站围护结构采用地下连续墙施工，根据地质情况，选择了双轮铣槽机成槽施工地下连续墙，取得了较好的技术和经济效益。
2.工法特点
2.1工效高：双轮铣槽机借助UCS阀，可适应强度达50～100MPa的各种土层或岩层，钻进能力强，成槽速度快。
2.2成桩质量好：双轮铣槽机DMS电子系统可时刻监控液压双轮铣的工作参数及位置；专业器械装置可对垂直度的偏差及时进行修正，保证施工质量。
2.3环境影响小：成槽过程噪音及产生的震动很小，对周边建筑造成影响小；同时切削渣通过反循环系统并经过泥浆处理系统的分离可重复利用，环境污染小，能满足城市地下施工的高环保要求。
2.4垂直度控制好：双轮铣设备的DMS系统可有效的监控成槽垂直度，通过X、Y、Z轴的调整可及时对垂直度进行调整纠偏。
3.适用范围
本工法适用于地铁地下连续墙施工中，软硬交互的岩层（50~100Mpa）。
4.工艺原理
双轮铣槽机是一个带有液压和电气控制系统的钢制框架，底部安装 3 个液压马达，水平向排列，两边马达分别带动两个装有铣齿的滚筒。铣槽时，两个滚筒低速转动，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排到地面泥浆站进行集中处理后返回槽段内,如此往复循环,直至终孔成槽。铣槽机的垂直度应与槽段轴线一致，并由两个独立的测斜仪监测，其数据由驾驶室内的电脑处理并显示在液晶屏上，从而驾驶员可随时监控并通过改变铣槽机的转速来实现对铣槽机垂直度的调整。。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
泥浆制备→导墙施工→地基处理→双轮铣槽机成槽→刷壁
图5.1-1双轮铣槽机施工示意图
5.2操作要点
5.2.1泥浆制备
采用膨润土为主、CMC增粘剂（羧甲基纳纤维素，又称人造糨糊）、纯碱等为辅的泥浆制备材料，制造泥浆用水采用PH值接近中性的自来水。泥浆性能指标要求详见下表：
表5.2-1成槽护壁泥浆性能指标要求。
泥浆
性能
新配置泥浆循环泥浆废弃泥浆
检测
方法粘性
土
砂性
土
粘性
土
砂性
土
粘性
土
砂性
土比重
（g/cm3
1.04
～1.05
1.05
～1.08
＜
1.10
＜
1.15
＞
1.25
＞
1.35
泥浆
比重计
5.2.2导墙施工
（1）导墙结构设计
为确保连续墙正常施工，导墙施工前必须挖深度不小于1.8m的探沟，以探明地下管线。对位于导墙或可能有穿越导墙的障碍物进行破碎清理或局部处理。对范围小、深度浅的障碍物采取深导墙施工，对范围广深度大的障碍物采用先将障碍物清理后再用粘土回填，然后再做深导墙。
图5.2-1导墙施工图
（2）导墙施工方法
①导墙是保证连续墙精度的首要条件，因此，在施工放线前做好技术交底，严格复核，保证定位放线准确；
②导墙施做时放宽50mm(沿中轴线向两侧，每边各放宽25mm)，是为了保证抓斗、钻头、钢筋笼进出较为顺利；
③为保证连续墙既满足成槽精度而又不侵入车站建筑界限，同时保证内衬墙结构厚度，在放线
时将连续墙中轴线向外多放150mm；
④导墙内墙面垂直度控制在5‰之内，内墙面平整度在±3mm内，全长范围内高差控制在±5mm 内，导墙轴线误差控制在±10mm之内；
⑤导墙上口高出地面200mm，以防止垃圾和雨水冲入导槽内污染或稀释泥浆；
⑥导墙开挖土方时，如果外侧土体能保持垂直自立时，则以土壁代替外模板，避免回填土。否则外侧设模板。砼强度达到设计要求后，墙背用粘土夯填密实，防止地表水渗入槽内，引起槽段塌方；
⑦导墙施工完成后，在槽底铺上40mm厚M5水泥砂浆，在槽段未开挖前可作临时储浆或换浆沟用。
⑧拆模后每隔2米，设两道木支撑，支撑采用8cm×8cm的方木，抓槽之前，不拆内撑。同时严禁重型机械在砼未达到设计强度之前靠近导墙行走，防止导墙变形。
5.2.3地基处理
（1）铣槽机施工前地基处理：
铣槽机设备应该应置于稳定的地基上，松软场地应进行加固处理。
①处理范围：铣槽机放置处5*5*0.2m范围。
②钢筋采用双层双向Φ12@200钢筋网片。
③混凝土：采用C20混凝土。
（2）铣槽机施工过程中空洞处理：
铣槽机作业时，若遇到空洞时槽内泥浆会迅速流失，槽壁缺少护壁泥浆可能造成坍塌，甚至会引起铣槽机下沉和铣槽机被埋陷。
处理措施：如果空洞范围较小，应及时补充新浆。若空洞较大而泥浆不够补给，造成槽壁坍塌，及时联系混凝土供应商，快速回填素混凝土，待填满空洞区域后迅速补充槽内泥浆，加强槽内泥浆循环，保持泥浆各项指标，维持槽壁稳定，待混凝土达到强度后，铣槽机再继续作业。
5.2.4双轮铣槽机成槽
双轮铣槽机是一个带有液压和电气控制系统的钢制框架，底部安装 3 个液压马达，水平向排列，两边马达分别带动两个装有铣齿的滚筒。铣槽时，两个滚筒低速转动，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排到地面泥浆站进行集中处理后返回槽段内,如此往复循环,直至终孔成槽。铣槽机的垂直度应与槽段轴线一致，并由两个独立的测斜仪监测，其数据由驾驶室内的电脑处理并显示在液晶屏上，从而驾驶员可随时监控并通过改变铣槽机的转速来实现对铣槽机垂直度的调整。
图5.2-2铣槽机成槽施工图
操作手可以结合以下几种方法进行调整铣架回复垂直状态，纠偏的动作幅度逐渐减小到纠偏完成，然后继续铣槽作业。纠偏过程中的各种方式均通过DMS系统进行监控。被记录的参数及图示可作为文件显示出开挖点、段的垂直度值。
①X-X轴纠偏
可通过以下两个途径：
⑴调整切铣鼓转速：根据需要，两个轮的其中一个可以转换旋转方向，形成双鼓同向旋转，实现快速转位。通常情况下，切削轮旋转方向保持不变，而是通过提高一个轮的转速进行调整。
⑵通过侧板的运动调整
图5.2.4-1 X-X轴纠偏②Y-Y轴纠偏
Y-Y轴纠偏可通过以下两个途径：
⑴移动侧板
⑵改变切削轮相对铣架倾斜度
图5.2.4-2 Y-Y轴纠偏
③Z轴摆转纠偏
⑴移动侧板
⑵分别改变切削轮与铣架的角度
图5.2.4-3 Z 轴摆转纠偏
5.2.5刷壁
刷壁工具使用特制刷壁器，刷壁必须在清孔之前进行。为提高接头处的抗渗及抗剪性能，在连续墙接头处对先行幅墙体接缝进行刷壁清洗；反复刷动五至十次，直到刷壁器上无泥为止。
根据不同位置及类型的桩制定桩信息表格，计算出每根桩的类型、深度及位置等信息，方便施工现场查阅。
5.3劳动力组织（见表5.3）。
表5.3 劳动力组织情况表
工 种 或 岗 位 人 数 备 注
生产负责人 1 经理部
技术员 2
安全员 1 材料员 1 施工员 2 起重指挥 2 施工班组
电 工 1 机修工 1
钢筋工 12 铣槽机操作手 2 吊车司机
2
6.材料与设备
表6.1 机械设备表
表6.2 双轮铣槽机性能参数表
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
表7.1-1导墙质量控制标准
表7.1-2地下连续墙质量控制标准
7.2质量保证措施
7.2.1接头渗漏水预防及控制措施
⑴严格泥浆的管理，对比重、粘度、含砂率超标的泥浆应坚决废弃，防止因泥浆引起的砼浇注时砼面高差过大而造成的夹层现象。
⑵钢筋笼露筋会成为渗、漏水的通道。控制钢筋笼露筋，钢筋笼保护块有足够的刚度、厚度、数量，钢筋笼在吊放入槽时先对中槽壁中心，以免挤压保护块。同时钢筋笼下放不顺时，不得强行冲放，以防止露筋。
⑶防止砼浇注时槽壁坍方。钢筋笼下放到位后，附近不得有大型机械行走，以引起槽壁土体震动。
7.2.2预防成槽漏浆措施
（1）产生漏浆现象最主要地方是地下管道部位。对于施工区内地下管道，在导墙施工时，先将地下管道在导墙范围内的部分破除干净，导墙做成深导墙，导墙的底部必须超过地下人防和地下管道的底板，进入原状土层，导墙的后部用粘土回填密实，防止漏浆。
（2）对于少量漏浆现象，是由于地质原因，可在泥浆中加入0.5－2%的锯末作为防漏剂，继续成槽。
（3）对于突然出现大量漏浆现象，则是由于开挖槽壁中有孔洞出现，这时要立即停止成槽，并不断向槽内送浆，保持槽内泥浆面的高度，防止槽壁坍方。然后挖出导墙外边的土体，查找漏浆的源头进行封堵。待处理结束后才能继续进行成槽。
8.安全措施
（1）加强现场对铣槽机施工区域地面进行监测，若发现地面沉降或者监测数据异常，必须及时钻孔探测是否出现孔洞，若出现孔洞必须立即停止施工，对孔洞进行处理。
（2）吊装作业安全措施
①吊车作业时,必须在专人指挥下进行,做到定机、定人、定指挥。严格控制吊车回转半径，避免触及周围建筑物与高压线。严禁高空抛物，以免伤人。
②钢筋笼吊放过程中，在高空拆换吊点钢丝绳时，必须佩带好安全带。
（3）防止钢筋笼散架安全技术措施：
①焊缝检查，避免咬肉，转角幅必须设置角撑。
②吊放钢筋笼专职安全员，钢筋笼制作督查员必须到场，分别配合检查吊放环境及钢筋笼各吊
点及料索的情况，符合安全吊放要求后才可正式吊放。
（4）在安装起拔灌注导管时，机械与操作工人要配合好，不要将人砸伤或挤伤
9.环保措施
9.1废浆废水处理：
在施工场地内设置泥浆处理系统。在现场修建存土坑和泥浆沉淀池及污水池等，保证泥浆不落地，以减少对环境的污染。经检查不能再生的泥浆和砼浇筑置换出的劣质泥浆经处理后，用罐车将固化物运至指定地点废弃，施工污水经沉淀并达到排放标准后，排入城市下水管道。
9.2预防噪音污染措施：
（1）、施工现场提倡文明施工，建立健全控制人为噪声的管理制度。尽量减少人为的大声喧哗，增强全体施工人员防噪声扰民的自觉意识。
（2）、车辆进出现场，专人指挥，减少或不鸣笛。
（3）、尽量选择白天浇筑砼，避免夜间泵车施工噪音扰民。
（4）、加强施工现场环境噪声的监测，采专人管理的原则，根据测量结果凡超过《施工场界噪声限值》标准的（昼间70分贝，夜间55分贝），要及时对施工现场噪声超标的有关因素进行调整，达到施工噪声不扰民的目的。
9.3预防尘土污染措施：
（1）、施工地段设围连续、密闭、符合相关规定的围栏进行完全封闭，在出土位置，设置环保缓解屏障。
（2）、定期进行场地清洁和洒水降尘，场地出口设洗车槽。运输建筑材料、垃圾和泥土的车辆，在驶出施工现场前，必须做好冲洗、遮蔽、清洁等工作，防止建筑垃圾、泥土的散落，污染周边环境。
10.效益分析
采用本工法施工岩石坚硬、岩层厚的地下连续墙与冲桩机+成槽机施工的传统工法相比，节约大量工期，形成了较好的经济效益。例如施工一幅0.8m厚*6m宽*20m深，岩层强度80MPa，岩层厚度8m地下连续墙，工期、成本对比详见下表：
表10 项目效益分析表
10.1工期效益：单幅地下连续墙施工，双轮铣槽机施工工法施工需0.3天，冲桩机+成槽机施工工法施工需52天，采用双轮铣槽机工法施工节约工期51.7天，在保证业主要求的节点工期和工程总工期上，较冲桩机+成槽机施工工法，有明显优势。
10.2成本效益：单幅地下连续墙施工，双轮铣槽机施工工法施工成本2万元，冲桩机+成槽机施工工法施工成本2.25万，采用双轮铣槽机工法施工节约成本0.25万元，在经济效益上，较冲桩机+成槽机施工工法，有明显优势。
11.应用实例
东莞市城市快速轨道交通R2线2303B标下桥站A46~A69、B46~B69主体围护结构地下连续墙
11.1工程概况
下桥站主体结构基坑长497.278m，车站基坑标准段宽为19.1m，标准段基坑深约17.66m，盾构始发（接收）段基坑深为17.375～19.8m，共设185幅地下连续墙。主体围护结构采用800mm厚的
地下连续墙，均采用工字钢接头，标准槽段长6m，并设置抗浮压顶梁。地下连续墙嵌固微风化深度不小于1.5m，中风化不小于2.5m。A46~A69、B46~B69基底为<10-4>微风化混合片麻岩，岩层厚度超过10m。
其中<10-3>中等风化混合片麻岩（Zd）根据室内试验：天然密度ρ=2.32～2.68g/cm3，天然极限抗压强度一般为fc=15.0～50.1MPa，极大值为102MPa，饱和极限抗压强度一般为fr=14.6～44.9MPa，极大值为84.3MPa。
<10-4>微风化混合片麻岩（Zd）根据室内试验：天然密度ρ=2.51～2.72g/cm3，天然极限抗压强度一般为fc=31.3～115MPa，极大值为144MPa，饱和极限抗压强度一般为fr=22.7～96.8MPa，极大值为132MPa。
图11.1下桥站A46~A69、B46~B69地质剖面图
11.2施工情况
下桥站A46~A69、B46~B69主体围护结构地下连续墙施工过程中采取双轮铣槽机跳槽施工。工程于2012年7月3日开工，2012年7月21日完工，包括铣槽机进出场、施工准备、场地周转等因素在内，平均2日施工5幅地下连续墙，共投入成本120万元；而前期施工的基底持力层为<10-4>的地下连续墙采用冲桩机+成槽机施工进度为平均60日施工1幅。若采用传统的冲桩机+成槽机施工施工地下连续墙，场地内可满足12幅地下连续墙同时施工，施工该段48幅地下连续墙需240天，
需投入成本125万元。
采用本工法施工地下连续墙较冲桩机+成槽机施工工法工节约工期222天，节约成本5万元。
11.3实际结果及评价
下桥站A46~A69、B46~B69主体围护结构地下连续墙施工完成砼灌注28天后，按照20%的比例对连续墙桩身质量进行检测，检测结果全部合格。该段基坑开挖后显露出的地下连续墙墙身外观平整、无墙身渗水、鼓包、露筋等现象。施工质量满足设计及相关质量验收规范要求。由此成为符合该地质条件且经济使用的地下连续墙施工方法。