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双轮铣成槽机技术初探
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内容提示：通过对双轮铣成槽设备在国内的水利、公路及地铁等多个项目的实际施工案例的技术收集和调查,阐述其设备的施工原理、施工特性、优缺点、与传统施工工艺的经济性对比以及其主要的技术要点,必将得到广泛应用。
摘 要:通过对双轮铣成槽设备在国内的水利、公路及地铁等多个项目的实际施工案例的技术收集和调查,阐述其设备的施工原理、施工特性、优缺点、与传统施工工艺的经济性对比以及其主要的技术要点,必将得到广泛应用。（参考《建筑中文网》）
关键词:双轮铣成槽机,刀具,接头
1 双轮铣成槽机的发展
液压双轮铣槽机作为专用的地下连续墙施工设备,以其成槽施工效率高(较之抓斗法高2倍~3倍)、孔形规则(墙体垂直度可控制在3‰以下)、安全环保、适应地层地质范围广等优点已在发达国家普遍采用,我国1996年于三峡二期围堰工程首次引进,在国内先后被采用于多个重要工程,如水电工程小浪底工程、四川省冶勒水电站工程、穿黄项目、唐山大唐王滩电厂,公路工程有珠江黄埔大桥,地铁工程有深圳地铁一期工程3B标段老街站、广州地铁黄沙站等。但受施工成本、设备数量限制未在国内全面推广。
2 双轮铣成槽机与传统成槽设备之间的差异
2.1 双轮铣的主要工作原理
双轮铣设备的成槽原理是通过液压系统驱动下部两个轮轴转动,水平切削、破碎地层,采用反循环出碴。最大成槽深度可达150m,一次成槽厚度在800mm~2800mm之间。国内常用的双轮铣设备主要有德国宝娥公司、意大利卡沙特兰地地基设备有限公司、法国索莱唐日公司铣削式成槽机,成槽原理基本相同,现就以国内市场占有较大的德国宝娥公司生产的BC36型双轮铣成槽机为例介绍其基本工作原理。
双轮铣设备主要由三部分组成:起重设备、铣槽机、泥浆制备及筛分系统等。
主要工作部位为铣刀架,高12m、重36t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。铣槽时,两个铣轮低速转动,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混合物排到地面泥浆站进行集中除砂处理、然后将净化后的泥浆返回槽段内,如此往复循环,直至终孔成槽。双轮铣施工工艺见图1。
双轮铣槽机的铣头部分安装了一定数量的、用于采集各类数据的传感器,操作人员可以通过触摸屏,很直观地看到双轮铣槽机的工作状态(铣头的偏直状况、铣削的深度、铣头受到的阻力),并进行相应的操作。操作员可以针对不同土层设定铣头的下降速度,通过控制铣头所受的压力来减少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。在地层多变地区,铣头在铣削时,往往会使前后、左右的刮刀产生受力不同的情况,造成铣头倾斜,从而引起槽孔的偏斜。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,并调慢铣头下降速度,从而有效地控制了槽孔的垂直度。
双轮铣槽机可以在任何地层中开挖槽孔,不仅开挖槽孔的速度比液压抓斗快,而且槽孔的垂直度高;它还带有电子指示仪,可自动记录孔深、孔斜等情况,并通过触摸屏显示出来,在槽孔施工完成后,自动保存的测斜记录可全部打印出来,即可作为工程测斜资料。因此,液压双轮铣槽机是在硬土层中构筑地下连续墙的先进设备。
2.2 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1m3/h~2m3/h。
3)孔形规则(墙体垂直度可控制在3‰以下)。
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。
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。
2.3 双轮铣和传统施工工艺的施工进度和经济性对比
双轮铣设备施工进度与传统的抓槽机和冲孔机在土层、砂层等软弱地层中优势并不十分明显,大约为抓槽机的2倍~3倍,抓槽机成孔效率约在10m3/h,双轮铣成槽速度在此种地层中效率在20m3/h~30m3/h。一旦进入岩段,双轮铣就显出其优势,在岩层段选择合适刀具,在中风化岩层中(60MPa以下),施工效率可达10m3/h,在微风岩层(60MPa~120MPa)中可达1m3/h~2m3/h。在此种地层中抓槽机基本无法使用,必须采用冲桩机来完成,冲孔速度在中风化岩层中约每台班4m~6m,效率在0.3m3~0.5m3,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公分上下,效率极低。
成本上的分析对比:双轮铣成槽成本根据地层不同,约在1000元/m3~1500元/m3,是正常施工工艺的1.5倍~2倍,在软弱地层没有优势,但在连续墙深度大、精度要求高、岩性较硬的地层,方显优势。
3 双轮铣成槽机的主要技术要点
3.1 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。
3.2 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(平接)和工字钢接头,以前者为居多(目前调查的仅有一例采用工字钢接头),从各工程实例分析,两种均能满足防渗和围护要求。
1)双轮铣套铣接头(平接)。主要工序为:在进行I序槽孔开挖时,超出接头孔中心线10cm~20cm,Ⅱ序槽孔开挖时,必须将I序槽孔超出接头孔中心线10cm~20cm的混凝土用双轮铣铣削干净,形成新鲜的混凝土接触面,然后浇筑二期混凝土。
主要使用的工程有三峡二期工程防渗墙、小浪底工程、黄沙站、穿黄项目、黄埔大桥和大唐浅湾电站等。
2)工字钢接头。工字钢接头施工目前仅有深圳老街车站使用,老街站地下连续墙之间的接头设计采用700mm×350mm×10mm的工字钢搭接。首先施工两端装有工字钢的双雌槽段,然后将相邻的雌雄槽段或者双雄槽段的钢筋笼吊放至接头处进行搭接。
除了常规的双轮铣成槽顺序外增加接头刷洗工序,因为竖向的接头浸没在泥浆中,同时也偶有外逸的混凝土,这样接头的表面就不可避免地受到污染及粘上杂物,在浇筑混凝土之前必须使用装有钢丝刷的接头刷来清理干净。
综上所述,双轮铣设备作为一种先进的地下连续墙成槽设备,不仅适应强、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。
参考文献:
[1]朱思闻.液压双轮铣槽机地下连续墙施工技术[J].上海隧道,2005(1):18-21.
[2]潘家铮.对二期围堰建设的评价[J].中国三峡建设,1999(5):1-5. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200808/9100.htm
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