1、中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 51 双轮铣成槽机 王玉卿 （中铁隧道集团有限公司东黄项目部） 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、与传统施工工艺上的经济性对比以及其主要的技术要点。 关键词 双轮铣成槽机 优缺点 刀具 接头 1. 双轮铣成槽机的国 外发展 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 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
2、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 800 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
3、 、 法国索莱唐日公司铣削式成槽机 ，成槽原理基本相同，现就 国内 市场占有较大图 1 双轮铣成槽机部件组成示意图 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 52 的德国宝娥公司生产的 BC36型双轮铣成槽机 为例 介绍 下其基本工作原理。 双轮铣设备主要由三部分组成： 由起重设备、铣槽机、泥浆制备及筛分系统等部分组成。 主要工作部位为铣刀架， 铣刀架是一个高 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
4、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。 如图 3为双轮铣成槽机铣削地层的原理示意。 图 3 双轮铣铣削施工示意图 图 2 B36 双轮铣成槽机实物图 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 53 图 4 双轮铣施工工艺流程图 图 5 双轮铣施工工艺示意图 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（铣头的偏直状中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 54 况、铣削的深度
5、、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刮刀的磨损，并加快成槽速度。在铣削砂层时，速度可达 6 m/h，即出土量可达 24 m3/h；当铣削硬土层时，铣头的下降速度要放慢（避免铣头底部的轮轴受到过大的压力而造成硬石损坏轮轴上刮刀的合金部分），并作上下小幅运动，让铣轮上刮刀的合金部分 能有效地铣削硬土层，破碎的石块能尽快地被吸走 . 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
6、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 槽机是在硬土层中图 6 双轮铣纠偏板 图 7 双轮铣挖掘显示 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 55 构筑地下连续墙的先进设备。 2.2 双轮铣的主要优缺点 根据其工作原理和与传统连续墙成槽设备的
7、对比，表现出双轮铣成槽主要有一下工作优点和特性： 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。 钻进效率高，在松散地层中钻进效率 20 40m3/h，在中硬岩石中钻进效率 1 2m3/h。 孔形规则 (墙体垂直度可控制在 3 以下 )。 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。 排碴同时即清孔换浆， 减少了混凝土浇筑准备时间。 自动记录仪监控全施工过程，同时全部记录。 低噪音、低震动 ，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： 不适用于存在孤石、较大卵石等地层，此种地
8、层下需和冲击钻或爆破配合使用。 受设备限制连续墙槽段划分不灵活，尤其为二期槽段。 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。 设备维护复杂且费用高。 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 3 倍，抓槽机成孔效率约在 10 m3/h，双轮铣成槽速度在此种地层中效率在 20 30 m3/h。但进入岩段话，双轮铣才显出 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 10 m3/h
9、，在微风岩层 （ 60MPa 120MPa） 中 1 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班 4 6 m，效率在 0.3 0.5m3，若在微风化地层中 微风化地层中钻进就异常中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 56 困难，每班进尺仅能维持在几 十公分上下，效率 极 低。 成本上 分析对比：双轮铣成槽成本根据地层不同，约在 1000 1500 元 ，是正常施工工艺的 1.5 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。 以下各表为调查和收集的部分实际施工案例方面的数据
10、统计，表 1 4。 表 1 双轮铣在深圳老街车站工作情况 地层情况 上层的软土层，全风化到强风化的岩石层，中风化到微风化的岩石层。经现场调查勘测，地下水位约在地表下2.5 m呈静态分布 ,岩石的最大单轴强度为 138 MPa。设计要求地下连续墙需貫入到下层硬岩中。 平均工作量 : 工作效率和材料消耗 土层 8.3 m3/h, 抓斗 岩层 3.05 m3/h(0.67 6.94 m3/h), 铣槽机 BC25 钠基土消耗量： 17.39 kg/ m3 牙齿消耗量： 总数 4,678个 (每立方米岩石平均 1.5 个 ) 表 2 双轮铣在岩石开挖中的工作情况表 （小浪底工程） 地层情况 小浪底河床
11、砂卵石覆盖层 70多米深，中间有 1 4m的夹砂层，基岩主要为紫红色细砂岩和黏土岩。 总进尺 (m) 总耗时 (h) 平均进尺 (m/h) 效率 (m3/h) 接头孔 59.03 112.9 0.52 1.76 主槽孔 332.74 523.15 0.64 1.60 平均（总计） 391.77 636.05 0.62 1.65 表 3 双轮铣在 地铁黄沙站 工作情况表 地层情况 地层为广州常见地层，上层主要为回填土、粘土层等， 16m后开始入岩， 连续墙总深为 34m，岩层主要为中风化、微风化泥质粉砂岩。 刀具型号 平齿刀 施工情况 强风化、中风化泥质粉砂岩中 4m/h(约 11m3/h),微
12、风化地层情况下 0.2 1m/h（ 0.56 2.8m3/h，视换刀的及时情况 而定 ） ,总体施工进 度基本在 4天一幅（包括成槽、下钢筋笼和灌混凝土），幅宽 7m。 表 4 双轮铣在 黄浦大桥南锚碇的 工作情况表 地层情况 为大桥沉锚井， 46m深，平面为圆形直径 70m，墙宽 1.2m，入微风化混合岩 6m，约 12138m3。 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 57 刀具型号 锥齿刀 施工情况 软 岩 段 每 小 时 5 6m(16.8 20.16m3/h) ， 硬 岩 段 约1m/h(3.36m3/h)，总工期为 3个月，平均进度 134m3/天。 3.
13、 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 的刀具型式有三种：平齿、锥齿和 滚齿。 表 5 双轮铣 刀具类型 序号 刀具型号 实用地层 备注 1 平齿 主要使用于土层、砂层以及单轴抗压强度在 30MPa以下的土层和软岩地层 2 锥齿 30MPa 120MPa岩层 3 滚齿 120MPa以上岩层 图 8 双轮铣铣轮平齿施工照片（广州地铁黄沙站） 图 9 双轮铣铣轮锥齿照片（穿黄项目） 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 58 图 7 双轮铣泥浆循环示意图 3.2 双轮铣成槽过程的泥浆控
14、制和分离 3.3 双轮铣成槽混凝土 浇 注施工控制 双轮铣成槽的混凝土的浇注和常规联系墙施工工艺上的完全相同，主要浇注方法为导管法 ，混凝土配合比也与常规相同， 但从我们穿黄项目二期槽段 的成槽效率较低的现象分析，主要存在两个原因：搭接长度偏大，最大 40 公分（圆形竖井内外搭接不同）和工序安排二期槽段施工时，一期槽段强度已上来，造成铣削较困难；在未改变混凝土配比的情况下调整施工顺序，有效减少了二期槽段铣削的难度。建议采用前期强度低的缓凝混凝土。 3.4 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种，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
15、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。 双轮铣套铣接头（平接） 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 59 图 13 双轮铣接头清洗刷 图 10 双轮铣套铣接头施工示意图 图 11 工字钢接头示意图 图 12 工字钢接头实物图 主要工序为： 在进行 I 序槽孔开挖时，超出接头孔中心线 10 20cm， 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 , 然后浇注 二期
16、 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。 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 700x350x10 mm 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。工字钢的搭接设计图如 图 11 所示 ，图 12 所示为实物图 。 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，同时也偶有外逸的砼，这样接头的表面就无可避免地受到污染及粘上杂物，在浇筑砼之前必须使用装有钢丝刷的接头刷来清理干净
17、（图 13）。 4. 双轮铣成槽机的主要案例 及参考资料 中隧集团有限公司广州指挥部 06 年度第一次片区生产技术交流会 60 大唐王滩电厂 大唐王滩电厂位于河北省唐山市乐亭县王滩镇海港开发区境内 ,三号港地西侧。该工程循环水泵房地下连续墙厚度为 0.8m，总长度为 180.5m，其中前墙墙底标高为 -31.5m，墙顶标高为 -10.0m,其余三面墙底标高为 -27.0m，墙顶标高为-8.1m。为保证三号港池西岸线地基土的自身稳定及前护岸墙的稳定，在循环水 泵房南北两侧修建地连墙护岸，地连墙护岸分前墙和后墙两部分。前墙长度为 2 80m，厚度 1.2m，墙深 35.7m。后墙长度 2 80m，
18、深度 18m，厚度 0.8m。地层自上而下分别为近代河流沉积或人工挖掘回填土，岩性主要为粉细砂、粉土，粉细砂及粉质粘土。地下水为第四系孔隙潜水，水位平均标高 0.80 1.0m。 该工程目前已施工完成 300 水平延米的地下连续墙 ,槽孔平均铣削深度可达31 米 ,经实测槽孔垂直度均控制在 2以内 ,最大垂直偏离 5cm,孔型规则、成槽精度完全符合设计要求，且在持续进给铣削过程中无任何冲击和振动，大大改善了操作人员的工作环境和劳动强度，在该工程粉细砂、粉质粘土地层中铣削成槽效率可达 3-4h/孔 ,铣削进给速度 25 30cm/min。 小浪底工程： 小浪底河床砂卵石覆盖层 70多米深，中间有 1 4m的夹砂层，基岩主要为紫红色细砂岩和黏土岩。小浪底工程中使用的双轮铣型号为 HF4000，一次成槽1.2mx2.8m，履带式起重 机起重能力 120t，液压马达功率 475HP，切削机体机架高15m，重 30t，切削鼓轮转速 9 25r/min，切削扭矩 4000kgm ，抽浆泵排量 450m3/h，最大碴径 100mm，最大扬程 75m。
