复杂地层地下连续墙铣槽机快速成槽工法.docx
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复杂地层地下连续墙铣槽机快速成槽工法
复杂地层地下连续墙铣槽机快速成槽工法
1.前言
在深基坑工程中，地下连续墙的支护、挡土、承重、防渗、防冲效果良好，在国内外建筑施工中得到了广泛的应用。
目前地下连续墙工程中普遍采用的是冲击钻机全冲成孔、抓斗成槽机成槽、冲击钻机配合抓斗成槽机成槽工法，但是该工法工程量巨大，效率低，施工工期长，且对地质条件要求高，尤其在富水卵石层地质条件下，施工难度大。
然而采用目前处于国内外领先水平的双轮铣槽机成槽施工，可以解决上述施工难点。
在**地铁一期工程中，**站2号明挖厅连续墙采用了双轮铣槽机成槽工艺，大大的缩短了工期，达到了理想的成槽效果。
通过总结在
该工程中的施工经验和反复的施工实践论证，我们总结出了针对富水卵石层地质条件下的地下连续墙铣槽机成槽工法。
2.工法特点
2.1对地层的适应范围广，通过更换不同形式的铣刀轮及铣齿可满足不同地层的成槽铣削；
2.2施工效率高，劳动强度低，尤其在强度较大的硬岩地层优势更为突出；
2.3成槽精度高，其精度控制在3‰，从而保证槽段的垂直度，为后期整片钢筋笼的下设提供了方便；
2.4铣轮切削的渣料及泥浆通过密闭的泥浆循环筛分系统，独立的完成泥浆的处理，达到水下混凝土浇筑的要求；
2.5铣刀架的铣削既可平行也可垂直主机作业，对施工作业范围具有一定的适应性，且更有利于拐角槽段的铣削；
2.6铣削机构可稳定持续的进给工作，全过程不会产生较大的冲击和震动，污染小、噪声小、占用场地小、移动方便，适合城市施工；
2.7所有操作采用双电脑智能控制，对于各种故障实行自动报警模式，简化了各种操作程序和设备的检修力度，提高了操作的准确性和可控性；
2.8清孔质量好、速度快，泥浆含砂量能控制在1%左右；通过调整泥浆和铣槽机各项系数，能有效防止塌孔、跑浆现象出现；
3.适用范围
该工法适用于深基坑地下连续墙工程，对地质岩层及水文条件要求较小，特别适合富水卵石层地质条件下施工，该工法的低污染、低噪音特点尤其适合在环保要求高的城市市区施工。
4.工艺基本原理
双轮铣槽机为液压操作机械，工作时两个液压马达带动铣轮低速转动，切削下面的泥土及岩石，利用切割齿把它们破碎成小块并向上卷动，同时与槽中稳定的泥浆混合，然后由另外的一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。
泵送到地表的泥浆经过筛分系统处理后，干净的泥浆再被送回到基坑里达到护壁的作用。
废弃的泥浆、碎石则作外运抛弃处理，损失的泥浆由供浆系统补偿。
图4-1铣槽机工艺原理图
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5-1地下连续墙铣槽机成槽工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1导墙施工
1、导墙测量放样及形式的确定
利用全站仪进行测量放样，对控制点做好护桩，测量精度满足设计要求。
标准导墙形式采用“┒┎”型，导墙翼面宽度不小于1.5m，厚度不应小于200mm，保证导墙在地下连续墙施工中不产生内挤，施工时把导墙钢筋与重车道钢筋连为一体。
导墙顶面高出地面0.2m，以防止周围的散水流入槽段内。
导墙的净距大于地下连续墙的设计宽度60mm。
图5-1导墙样式参考图
2、导墙沟槽开挖
1）导墙分段施工，一般控制在30～50m；沟槽开挖采用反铲挖掘机，人工修边；在平面上导墙施工接头与地下连续墙接头错开。
2）根据地下连续墙的厚度及外放尺寸，实地放样出导墙的开挖宽度。
3）为及时排除坑底积水，在坑底中央设置一排水沟，在一定距离设置集水坑，用抽水泵外排。
3、导墙的钢筋、模板及砼施工
导墙应采用现浇混凝土结构，混凝土强度等级不应低于C20。
导墙应采用双向配筋，钢筋不应小于Φ12（HRB335），间距不应大于200mm。
模板拆除后立即架设木支撑，支撑上下各一道，水平间距不小于1.5m。
模板拆除后经检查验收后立即回填，防止导墙内挤。
4、导墙转角、斜角处理
在导墙转角处由于分幅槽宽及方便铣槽机施工等原因，为保证地下连续墙成槽时能顺利进行以及转角断面完整，转角处导墙需沿轴线外放，具体见下图。
图5-2导墙转角形式图
5.2.2泥浆制备及循环
1、泥浆系统施工工艺
图5-3泥浆系统工艺图
2、泥浆性能
根据工程的地质情况，采用膨润土和自来水为原材料搅拌而成。
护壁泥浆在使用前，应进行室内性能试验，施工过程中根据监控数据及时调整泥浆指标。
如果不能满足槽壁土体稳定，须对泥浆指标进行调整。
3、泥浆循环
随着地下连续墙开挖的完成，所用的膨润土泥浆将被加以循环，泥浆循环如图，部分更换或是完全用新鲜的膨润土泥浆置换依需要所定，以达到浇注砼之前所需的性能标准。
是否更换或循环的决定以所用的泥浆条件为准。
除砂作业利用泥浆箱上面的滤砂机进行。
图5-4泥浆循环图
4、泥浆施工管理
成槽作业过程中，槽内泥浆液面应保持在不致泥浆外溢的最高液位，并且必须高出地下水位1m以上，成槽作业暂停施工时，泥浆面不应低于导墙顶面50cm。
5.2.3铣槽机开挖槽段
铣槽机是一个带有液压和电气控制系统的钢制框架，底部安装三个液压马达，水平方向排列，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。
1、成槽工序控制
成槽工序是地下连续墙施工的关键工序之一，既控制工期又影响质量，根据连续墙的施工工艺，分①、②期槽段跳仓施工，当施工一个①期槽段后，中间隔开一个②期槽段，进行下一个①期槽段施工，当两个①期槽段达到设计要求强度后，进行中间的②期槽段的成槽与其它工序。
分期施工示意图如下图所示：
图5-5跳仓法分期施工示意图
2、划分单元槽段
槽段划分就是确定单元槽段的长度。
根据下列条件选择单元槽段长度：
（1）场地水文地质情况；2）根据连续墙形状和施工工艺要求；（3）单元槽段砼浇筑强度；（4）钢筋网制作及起吊能力。
3、短槽段开挖
该类型槽段的宽度与铣槽机单刀进尺宽度相同，铣槽机一铣即可完成槽段铣削。
4、长槽段开挖
该类型槽段的宽度应保证大于一倍进尺宽度小于3三倍进尺宽度，得以保证良好的成的效果。
图5-6长槽段铣削顺序图
5.2.4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。
5.2.5清槽
通过铣槽机的两个铣轮之间的泥浆泵对槽底的泥浆不断循环置换，在铣削的同时对槽孔也达到了清洗的效果，最终通过泥浆试验数据控制清孔质量。
5.2.6钢筋笼制作和吊放
1、钢筋笼加工平台
根据成槽设备的数量及施工现场的实际情况，搭设的钢筋笼制作平台尺寸应满足作业要求。
根据设计的钢筋间距，插筋、预埋件及钢筋连接器的设计位置画出控制标记，以保证钢筋笼和预埋件的布设精度。
钢筋笼平台定位用经纬仪控制，标高用水准仪校正。
2、钢筋笼制作
较小型钢筋笼采用整幅成型整体起吊，大型钢筋笼应采用整幅制作分节吊装，这样制作可很好的保证钢筋笼的整体平整度和纵向钢筋的搭接，又不影响起吊。
制作钢筋笼时需注意以下事项：
1）钢筋笼采用整体全部焊接制作，在通长的钢筋笼底模上整幅加工成型。
2）按翻样图构造混凝土导管插入通道，通道内净尺寸至少大于导管外径10厘米，导管导向钢筋必须焊接牢固，导向钢筋搭接处应平滑过渡，防止产生搭接台阶卡住导管。
3）为了防止钢筋笼在吊装过程中产生不可复原的变形，各类钢筋笼均设置纵向抗弯桁架，异型和转角形钢筋笼还需增设定位斜拉杆等。
4）为了保证钢筋笼吊装安全，吊点位置的确定与吊环、吊具的安全性应经过设计与验算，钢筋笼上竖向钢筋如作为吊装过程中最终吊环的搭焊钢筋时，必须同相交的水平钢筋自上至下的每个交点都焊接牢固。
5）按设计要求焊装预留插筋（或接驳器）、预埋铁件，注浆管、监测管，并保证插筋、预埋件的定位精度符合规定要求。
3、钢筋笼吊放
1）吊点的确定根据钢筋笼重心的计算结果，结合钢筋笼的形状合理确定吊点，确保钢筋笼平稳起吊，回直后钢筋笼垂直。
2）吊装过程
①起吊钢筋笼时，先用主吊和副吊双机抬吊，将钢筋笼水平抬起，然后升主吊、放副吊，将钢筋笼凌空吊直。
②吊运钢筋笼必须单独使用主吊，必须使钢筋笼呈垂直悬吊状态。
③吊运钢筋笼入槽后，用搁置扁担夹住吊筋，搁置在导墙顶面上，使吊环压在搁置扁担上。
④校核钢筋笼入槽定位的平面位置与标高偏差，并通过调整使钢筋笼吊装位置和标高满足设计要求。
钢筋笼安放就位后及时灌注混凝土。
5.2.7接头回填砂袋
型钢接头和钢筋笼焊接成整体；钢筋笼和型钢接头整体吊装并安放就位；型钢的中心应与设计中心线相吻合，以利于相邻钢筋笼的对接；型钢背后回填砂袋并使之密实，防止混凝土绕流，避免影响后续开挖。
5.2.7灌注混凝土
钢筋笼吊放就位后应及时灌注混凝土，间隔不宜超过4h。
所浇筑的混凝土级配除了满足结构强度要求外，还要满足水下砼的施工要求，具有良好的和易性和流动性，控制好混凝土的坍落度。
混凝土灌注采用导管法施工，导管选用D=250的圆形螺旋快速接头类型。
用混凝土浇筑架将导管吊入槽段规定位置，导管顶部安装方形漏斗。
在同一槽段内同时使用两根导管灌注时，其间距不应大于3m，导管距槽段接头不宜大于1.5m，混凝土面应均匀上升，各导管处的混凝土表面的高差不宜大于0.5m，混凝土须在终凝前灌注完毕。
浇筑水下混凝土应符合下列规定：
混凝土初灌后，混凝土中导管埋深应大于500mm；混凝土浇筑应均匀连续，间隔时间不宜超过30min；槽内混凝土面上升速度不宜小于3m/h，同时不宜大于5m/h；导管混凝土埋入混凝土深度应为2m～4m，相邻两导管间混凝土高差应小于0.5m。
5.3劳动力组织
表5.1劳动力组织
序号
工种
所需人数
备注
1
作业队长
2
双班
2
技术员
2
双班
3
铣槽机操作工
10
双班
4
混凝土工
4
单班
5
泥浆制备工
4
两班
6
电焊工
6
单班
7
杂工
1
单班
8
吊车司机
2
单班
9
渣车司机
4
单班
合计
35
6.材料与设备
表6.1主要材料
序号
材料名称
规格及要求
用途
1
钢筋、钢板
HRB335、Q235B、HPB235
钢筋笼及接头箱制作
2
焊条
E43
钢筋笼制作
3
膨润土及掺合物
新型复合钠基
泥浆制备
4
商品混凝土
C20、C30P8
浇筑导墙、地下连续墙
5
氧炔焰
40L/15Mpa
切割钢材
序号
设备名称
数量
备注
1
双轮铣槽机
1台
SC720
2
除砂机
1套
BE-500
3
泥浆制备循环系统
1套
/
3
履带吊
2台
120T；75T
4
小型挖掘机
1台
Vio-55
6
电焊机
6台
BX1-500
7
对焊机
1台
UN-200
8
钢筋切断机
1台
GQ50
9
钢筋弯曲机
1台
GW50
10
小型自卸车
4辆
废渣外运
11
泥浆罐车
1辆
废弃泥浆外运
12
砼浇筑导管及提升架
2套
浇筑混凝土
13
泥浆检测仪器
1套
检测泥浆各项指标
表6.2主要机具设备
7.质量控制
7.1质量控制标准
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）；
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）；
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）；
《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-2003）。
7.2分项工程质量控制
分项工程质量控制标准如下表：
表7.1地下连续墙质量检验标准
序号
项目
允许偏差（mm）
检验频率
检查方法
范围
点数
1
导墙尺寸
宽度
W+40
每个槽段
5
用钢尺量
墙面平整度
＜5
用2m卡尺、塞尺量
导墙平面位置
±10
用钢尺量
2
沉渣厚度
≤100
重锤测或沉积物测定仪测
3
槽段
槽段长度（轴线方向）
±50
重锤测
槽段厚度
±10
槽段倾斜度
≤1／150
深度
+100
4
混凝土坍落度
180～200
坍落度测定器
5
钢筋笼尺寸
长度
±50
每片钢筋网
上中下各1点
用钢尺量
宽度
±20
厚度
0，-10
主筋间距
±10
4
用钢尺量，任取一断面，连续量取间距，取平均值作为一点
分布筋间距
±20
预埋件中心位置
±10
每件
1
用钢尺量
6
地下连续墙表面平整度
＜100
每段墙体
5
7
墙体的预埋件位置
水平向
≤10
每件
1
用钢尺量
垂直向
≤20
水准仪测量
8.安全措施
8.1现场气温低于5℃及雨天或可能结露时，应停止施工或采取措施；
8.2在施工现场，应做好防火、安全用电等安全措施；消防器材必须配备齐全；
8.3施工人员按比例配备足够的专职安全员，管理人员一律佩证上岗，安全员佩证为红色，以示醒目；
8.4所有机械操作、指挥人员均需受过专业培训并持证上岗，无证人员不得进行机械操作；
8.5对所有机械进行定期大检查并进行保养，司机每天进行班前检查，确保机械不带故障操作；
8.6作业时，机械停放稳固，臂杆幅度显示器灵敏可靠；
8.7在钢筋笼吊装安放及其它工程机械作业时，必须有专职安全员监督巡视，严禁在吊车等机械的作业范围内有人员走动和其它安全隐患出现；
8.9焊工作业必需做好防护措施，戴好焊接护目镜和面罩，穿戴防护工作服、防护手套、绝缘鞋；
9.环保措施
9.1工程施工过程中严格遵守国家和地方政府制定的有关环境保护的法律、法规和规章。
9.2施工场地围挡高度符合要求，做到美观大方，有效隔离施工区。
9.3现场施工面保持无积存垃圾、无积聚废水、无散落材料、无废弃物品。
9.4废弃泥浆及渣土按市政部门要求弃放，运送过程严禁污染路面。
9.5避免用于铣槽机等机械的废弃机油污染地面及水源。
10.效益分析
10.1铣槽机可稳定持续高效的进给工作，低污染、低噪音、环保效果好，适合市政工程应用。
10.2铣槽机较冲击钻机和液压抓斗等常规施工机械相比，作业智能自动化程度高，工序相对简单，施工进度快，效率高，成槽周期短，大大的缩短了工程的工期，从而加快了整个车站工程的工期进展。
10.3铣槽机成槽精度高，电脑智能控制系统可以灵活调整设备作业，减轻了作业人员的劳动强度。
10.4铣槽机受地质岩层状况条件影响小，在施工范围选择上具有普遍性，适宜企业普遍推广应用该工法。
11.应用实例
在**地铁一期工程**标段**站工程中，2号明挖厅地下连续墙采用了意大利土力公司生产的双轮铣槽机成槽施工，这是国内首次运用该设备进行地铁车站连续墙铣槽作业。
施工期间多家媒体对此进行了报道宣传，一定程度上积极推动了该工法在中国建筑行业的推广应用。
由于交通大学站位于马栏河冲积河道，地质条件复杂，地下水极其丰富，属于富水卵石层地质，降水难度大。
地铁指挥部、设计院及我方施工单位多次现场查勘、研究，最终决定在车站2号明挖厅率先采用双轮铣槽机进行地下连续墙施工，这在大连地铁乃至大连市建筑市场都尚属首次。
2号明挖厅深基坑部分地下连续墙深度为34.33m，其余部分地下连续墙深度为23.72m，宽度与铣槽机厚度相同，均为0.8m。
铣槽机单刀进尺宽度2.8米，每小时进尺深度5米左右。
该工程与前期采用冲击钻机、液压抓斗机配合施工的1号明挖厅地下连续墙工程相比，使用铣槽机大大加快了工期，其效率为常用设备的10倍。
在基坑开挖后，墙面基本无渗水，验证了该工法的良好的防水效果，连续墙垂直度符合设计要求。
由于交通大学站为2号线的工期控制节点，该工程工期的提前大大推进了整个车站工程的进展，得到了地铁指挥部、设计院等单位的一直好评。
该工程对**特有地质条件下的地铁车站工程施工提供了借鉴和参考，推动了该工法在复杂地层施工的应用。
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