雙輪銑成槽機技術初探摘 要:通過對雙輪銑成槽設備在國內的水利、公路及地鐵等多個項目的實際施工案例的技術收集和調查,闡述其設備的施工原理、施工特性、優缺點、與傳統施工工藝的經濟性對比以及其主要的技術要點,必將得到廣泛應用。關鍵詞:雙輪銑成槽機,刀具,接頭1 雙輪銑成槽機的發展 液壓雙輪銑槽機作為專用的地下連續墻施工設備,以其成槽施工效率高(較之抓斗法高2倍~3倍)、孔形規則(墻體垂直度可控制在3‰以下)、安全環保、適應地層地質范圍廣等優點已在發達國家普遍采用,我國1996年于三峽二期圍堰工程首次引進,在國內先后被采用于多個重要工程,如水電工程小浪底工程、四川省冶勒水電站工程、穿黃項目、唐山大唐王灘電廠,公路工程有珠江黃埔大橋,地鐵工程有深圳地鐵一期工程3B標段老街站、廣州地鐵黃沙站等。但受施工成本、設備數量限制未在國內全面推廣。2 雙輪銑成槽機與傳統成槽設備之間的差異2.1 雙輪銑的主要工作原理 雙輪銑設備的成槽原理是通過液壓系統驅動下部兩個輪軸轉動,水平切削、破碎地層,采用反循環出碴。最大成槽深度可達150m,一次成槽厚度在800mm~2800mm之間。國內常用的雙輪銑設備主要有德國寶娥公司、意大利卡沙特蘭地地基設備有限公司、法國索萊唐日公司銑削式成槽機,成槽原理基本相同,現就以國內市場占有較大的德國寶娥公司生產的BC36型雙輪銑成槽機為例介紹其基本工作原理。 雙輪銑設備主要由三部分組成:起重設備、銑槽機、泥漿制備及篩分系統等。 主要工作部位為銑刀架,高12m、重36t帶有液壓和電氣控制系統的鋼制框架,下部安裝3個液壓馬達,水平向排列,兩邊馬達分別驅動兩個裝有銑齒的銑輪。銑槽時,兩個銑輪低速轉動,方向相反,其銑齒將地層圍巖銑削破碎,中間液壓馬達驅動泥漿泵,通過銑輪中間的吸砂口將鉆掘出的巖渣與泥漿混合物排到地面泥漿站進行集中除砂處理、然后將凈化后的泥漿返回槽段內,如此往復循環,直至終孔成槽。雙輪銑施工工藝見圖1。
雙輪銑槽機的銑頭部分安裝了一定數量的、用于采集各類數據的傳感器,操作人員可以通過觸摸屏,很直觀地看到雙輪銑槽機的工作狀態(銑頭的偏直狀況、銑削的深度、銑頭受到的阻力),并進行相應的操作。操作員可以針對不同土層設定銑頭的下降速度,通過控制銑頭所受的壓力來減少在銑頭沿高度的左右兩側各安裝2塊導向板,前后兩側各安裝4塊糾偏板。在地層多變地區,銑頭在銑削時,往往會使前后、左右的刮刀產生受力不同的情況,造成銑頭傾斜,從而引起槽孔的偏斜。此時,操作員通過觸摸屏,控制液壓千斤頂系統伸出或縮回導向板、糾偏板,調整銑頭的姿態,并調慢銑頭下降速度,從而有效地控制了槽孔的垂直度。 雙輪銑槽機可以在任何地層中開挖槽孔,不僅開挖槽孔的速度比液壓抓斗快,而且槽孔的垂直度高;它還帶有電子指示儀,可自動記錄孔深、孔斜等情況,并通過觸摸屏顯示出來,在槽孔施工完成后,自動保存的測斜記錄可全部打印出來,即可作為工程測斜資料。因此,液壓雙輪銑槽機是在硬土層中構筑地下連續墻的先進設備。2.2 雙輪銑的主要優缺點 1)對地層適應性強,更換不同類型的刀具即可在淤泥、砂、礫石、卵石及中硬強度的巖石、混凝土中開挖。 2)鉆進效率高,在松散地層中鉆進效率20m3/h~40m3/h,在中硬巖石中鉆進效率1m3/h~2m3/h。 3)孔形規則(墻體垂直度可控制在3‰以下)。 4)運轉靈活,操作方便。雙輪銑的履帶式起重機可自由行走,不需要軌道,在控制室可方便安全操作。 5)排碴同時即清孔換漿,減少了混凝土澆筑準備時間。 6)自動記錄儀監控全施工過程,同時全部記錄。 7)低噪音、低振動,可以貼近建筑物施工。 但同時由于工藝和設備限制其存在一定的局限性: 1)不適用于存在孤石、較大卵石等地層,此種地層下需和沖擊鉆或爆破配合使用。 2)受設備限制連續墻槽段劃分不靈活,尤其是二期槽段。 3)對地層中的鐵器掉落或原有地層中存在的鋼筋等比較敏感。 4)設備維護復雜且費用高。 5)設備自重較大對場地硬化條件要求較傳統設備高。2.3 雙輪銑和傳統施工工藝的施工進度和經濟性對比 雙輪銑設備施工進度與傳統的抓槽機和沖孔機在土層、砂層等軟弱地層中優勢并不十分明顯,大約為抓槽機的2倍~3倍,抓槽機成孔效率約在10m3/h,雙輪銑成槽速度在此種地層中效率在20m3/h~30m3/h。一旦進入巖段,雙輪銑就顯出其優勢,在巖層段選擇合適刀具,在中風化巖層中(60MPa以下),施工效率可達10m3/h,在微風巖層(60MPa~120MPa)中可達1m3/h~2m3/h。在此種地層中抓槽機基本無法使用,必須采用沖樁機來完成,沖孔速度在中風化巖層中約每臺班4m~6m,效率在0.3m3~0.5m3,若在微風化地層中鉆進就異常困難,每臺班進尺僅能維持在幾十公分上下,效率極低。 成本上的分析對比:雙輪銑成槽成本根據地層不同,約在1000元/m3~1500元/m3,是正常施工工藝的1.5倍~2倍,在軟弱地層沒有優勢,但在連續墻深度大、精度要求高、巖性較硬的地層,方顯優勢。3 雙輪銑成槽機的主要技術要點3.1 雙輪銑的刀具形式 雙輪銑成槽設備銑輪上刀具可根據地層的巖性和強度進行調換銑輪和刀具,主要的刀具形式有三種:平齒、錐齒和滾齒。3.2 雙輪銑成槽接頭形式 常用的連續墻的接頭從工藝上均能實現于雙輪銑成槽中,如拔管式套接法、平接法、工字鋼接頭、接頭槽法等,但國內目前常用的接頭方式主要有兩種:雙輪銑套銑接頭(平接)和工字鋼接頭,以前者為居多(目前調查的僅有一例采用工字鋼接頭),從各工程實例分析,兩種均能滿足防滲和圍護要求。 1)雙輪銑套銑接頭(平接)。主要工序為:在進行I序槽孔開挖時,超出接頭孔中心線10cm~20cm,Ⅱ序槽孔開挖時,必須將I序槽孔超出接頭孔中心線10cm~20cm的混凝土用雙輪銑銑削干凈,形成新鮮的混凝土接觸面,然后澆筑二期混凝土。 主要使用的工程有三峽二期工程防滲墻、小浪底工程、黃沙站、穿黃項目、黃埔大橋和大唐淺灣電站等。 2)工字鋼接頭。工字鋼接頭施工目前僅有深圳老街車站使用,老街站地下連續墻之間的接頭設計采用700mm×350mm×10mm的工字鋼搭接。首先施工兩端裝有工字鋼的雙雌槽段,然后將相鄰的雌雄槽段或者雙雄槽段的鋼筋籠吊放至接頭處進行搭接。 除了常規的雙輪銑成槽順序外增加接頭刷洗工序,因為豎向的接頭浸沒在泥漿中,同時也偶有外逸的混凝土,這樣接頭的表面就不可避免地受到污染及粘上雜物,在澆筑混凝土之前必須使用裝有鋼絲刷的接頭刷來清理干凈。 綜上所述,雙輪銑設備作為一種先進的地下連續墻成槽設備,不僅適應強、在硬巖地層中施工進度遠遠大于傳統施工工藝,且施工精度高,隨著不斷的市場拓展和國產化深化,必將成為地下工程中的中堅力量。參考文獻:[1]朱思聞.液壓雙輪銑槽機地下連續墻施工技術[J].上海隧道,2005(1):18-21.[2]潘家錚.對二期圍堰建設的評價[J].中國三峽建設,1999(5):1-5.
雙輪銑槽機的銑頭部分安裝了一定數量的、用于采集各類數據的傳感器,操作人員可以通過觸摸屏,很直觀地看到雙輪銑槽機的工作狀態(銑頭的偏直狀況、銑削的深度、銑頭受到的阻力),并進行相應的操作。操作員可以針對不同土層設定銑頭的下降速度,通過控制銑頭所受的壓力來減少在銑頭沿高度的左右兩側各安裝2塊導向板,前后兩側各安裝4塊糾偏板。在地層多變地區,銑頭在銑削時,往往會使前后、左右的刮刀產生受力不同的情況,造成銑頭傾斜,從而引起槽孔的偏斜。此時,操作員通過觸摸屏,控制液壓千斤頂系統伸出或縮回導向板、糾偏板,調整銑頭的姿態,并調慢銑頭下降速度,從而有效地控制了槽孔的垂直度。 雙輪銑槽機可以在任何地層中開挖槽孔,不僅開挖槽孔的速度比液壓抓斗快,而且槽孔的垂直度高;它還帶有電子指示儀,可自動記錄孔深、孔斜等情況,并通過觸摸屏顯示出來,在槽孔施工完成后,自動保存的測斜記錄可全部打印出來,即可作為工程測斜資料。因此,液壓雙輪銑槽機是在硬土層中構筑地下連續墻的先進設備。2.2 雙輪銑的主要優缺點 1)對地層適應性強,更換不同類型的刀具即可在淤泥、砂、礫石、卵石及中硬強度的巖石、混凝土中開挖。 2)鉆進效率高,在松散地層中鉆進效率20m3/h~40m3/h,在中硬巖石中鉆進效率1m3/h~2m3/h。 3)孔形規則(墻體垂直度可控制在3‰以下)。 4)運轉靈活,操作方便。雙輪銑的履帶式起重機可自由行走,不需要軌道,在控制室可方便安全操作。 5)排碴同時即清孔換漿,減少了混凝土澆筑準備時間。 6)自動記錄儀監控全施工過程,同時全部記錄。 7)低噪音、低振動,可以貼近建筑物施工。 但同時由于工藝和設備限制其存在一定的局限性: 1)不適用于存在孤石、較大卵石等地層,此種地層下需和沖擊鉆或爆破配合使用。 2)受設備限制連續墻槽段劃分不靈活,尤其是二期槽段。 3)對地層中的鐵器掉落或原有地層中存在的鋼筋等比較敏感。 4)設備維護復雜且費用高。 5)設備自重較大對場地硬化條件要求較傳統設備高。2.3 雙輪銑和傳統施工工藝的施工進度和經濟性對比 雙輪銑設備施工進度與傳統的抓槽機和沖孔機在土層、砂層等軟弱地層中優勢并不十分明顯,大約為抓槽機的2倍~3倍,抓槽機成孔效率約在10m3/h,雙輪銑成槽速度在此種地層中效率在20m3/h~30m3/h。一旦進入巖段,雙輪銑就顯出其優勢,在巖層段選擇合適刀具,在中風化巖層中(60MPa以下),施工效率可達10m3/h,在微風巖層(60MPa~120MPa)中可達1m3/h~2m3/h。在此種地層中抓槽機基本無法使用,必須采用沖樁機來完成,沖孔速度在中風化巖層中約每臺班4m~6m,效率在0.3m3~0.5m3,若在微風化地層中鉆進就異常困難,每臺班進尺僅能維持在幾十公分上下,效率極低。 成本上的分析對比:雙輪銑成槽成本根據地層不同,約在1000元/m3~1500元/m3,是正常施工工藝的1.5倍~2倍,在軟弱地層沒有優勢,但在連續墻深度大、精度要求高、巖性較硬的地層,方顯優勢。3 雙輪銑成槽機的主要技術要點3.1 雙輪銑的刀具形式 雙輪銑成槽設備銑輪上刀具可根據地層的巖性和強度進行調換銑輪和刀具,主要的刀具形式有三種:平齒、錐齒和滾齒。3.2 雙輪銑成槽接頭形式 常用的連續墻的接頭從工藝上均能實現于雙輪銑成槽中,如拔管式套接法、平接法、工字鋼接頭、接頭槽法等,但國內目前常用的接頭方式主要有兩種:雙輪銑套銑接頭(平接)和工字鋼接頭,以前者為居多(目前調查的僅有一例采用工字鋼接頭),從各工程實例分析,兩種均能滿足防滲和圍護要求。 1)雙輪銑套銑接頭(平接)。主要工序為:在進行I序槽孔開挖時,超出接頭孔中心線10cm~20cm,Ⅱ序槽孔開挖時,必須將I序槽孔超出接頭孔中心線10cm~20cm的混凝土用雙輪銑銑削干凈,形成新鮮的混凝土接觸面,然后澆筑二期混凝土。 主要使用的工程有三峽二期工程防滲墻、小浪底工程、黃沙站、穿黃項目、黃埔大橋和大唐淺灣電站等。 2)工字鋼接頭。工字鋼接頭施工目前僅有深圳老街車站使用,老街站地下連續墻之間的接頭設計采用700mm×350mm×10mm的工字鋼搭接。首先施工兩端裝有工字鋼的雙雌槽段,然后將相鄰的雌雄槽段或者雙雄槽段的鋼筋籠吊放至接頭處進行搭接。 除了常規的雙輪銑成槽順序外增加接頭刷洗工序,因為豎向的接頭浸沒在泥漿中,同時也偶有外逸的混凝土,這樣接頭的表面就不可避免地受到污染及粘上雜物,在澆筑混凝土之前必須使用裝有鋼絲刷的接頭刷來清理干凈。 綜上所述,雙輪銑設備作為一種先進的地下連續墻成槽設備,不僅適應強、在硬巖地層中施工進度遠遠大于傳統施工工藝,且施工精度高,隨著不斷的市場拓展和國產化深化,必將成為地下工程中的中堅力量。參考文獻:[1]朱思聞.液壓雙輪銑槽機地下連續墻施工技術[J].上海隧道,2005(1):18-21.[2]潘家錚.對二期圍堰建設的評價[J].中國三峽建設,1999(5):1-5.