孫 波
(中交一公局集團(tuán)有限公司,北京 100024)
隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,地鐵成為城市不可或缺的組成部分,近年來,全國各大城市均開啟了地鐵建設(shè)新熱潮,地鐵的施工工藝有了較大變化,創(chuàng)新的工藝工法代替了傳統(tǒng)的工藝工法,使地鐵建設(shè)更加快速、安全。
雙輪銑槽機(jī)由法國地基建筑公司于1971年首先提出了水力絞刀(hydrofeaise)這一機(jī)器的概念,并申請了專利,指出將銑削工具裝在鉆機(jī)的底部進(jìn)行施工,利用泥漿反循環(huán)的方法排出碎屑,其工作效率較傳統(tǒng)的成槽設(shè)備(如反循環(huán)鉆機(jī)、抓斗等)更高,施工中通過銑齒的更換,可滿足多數(shù)地質(zhì)巖層的銑削,適應(yīng)性較強(qiáng)。由于采用了良好的顯示界面,操作者可以根據(jù)操作界面對雙輪銑槽機(jī)成槽的偏斜情況及時顯示并指導(dǎo)糾偏,保證銑頭垂直,成槽質(zhì)量好且精度高。
2.1.1 復(fù)合地層特性分析
廣州地鐵十二號線地質(zhì)復(fù)雜,巖層存在三大巖類。一是灰?guī)r,主要位于廣州市白云區(qū),比較具有代表性的施工站點(diǎn)是白云文化廣場站;二是砂巖,主要位于廣州市越秀區(qū)、海珠區(qū),比較具有代表性的施工站點(diǎn)為嶺南廣場站;三是混合花崗巖,主要位于番禺區(qū),比較具有代表性的施工站點(diǎn)為大學(xué)城南站。以下對這三個典型的站點(diǎn)進(jìn)行雙輪銑槽機(jī)在廣州復(fù)合地層中的施工應(yīng)用分析,具體如表1所示。
表1 代表性車站巖層特性統(tǒng)計表
(1)白云文化廣場站地層特性:白云文化廣場站站地質(zhì)詳勘及補(bǔ)勘報告顯示,施工區(qū)域地下連續(xù)墻槽底大部嵌入中風(fēng)化石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r<8C-2>、微風(fēng)化石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r<9C-2>,飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度32.6~85.4 MPa,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級,局部為Ⅱ級。
(2)嶺南廣場站地層特性:嶺南廣場站地質(zhì)詳勘及補(bǔ)勘報告顯示,施工區(qū)域地下連續(xù)墻槽底大部嵌入泥質(zhì)粉砂巖中風(fēng)化層<8-3>、泥質(zhì)粉砂巖微風(fēng)化層<9-3>,飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度25.3~68.0 MPa,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ~Ⅳ級。
(3)大學(xué)城南站站地層特性:大學(xué)城南站地質(zhì)詳勘及補(bǔ)勘報告顯示,施工區(qū)域地下連續(xù)墻槽底大部嵌入混合花崗巖中風(fēng)化層<8Z>、混合花崗巖微風(fēng)化層<9Z>,飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度16.8~35.7 MPa,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級局,部為Ⅲ級。
2.1.2 復(fù)合地層雙輪銑槽要點(diǎn)分析
(1)灰?guī)r地層銑槽要點(diǎn)分析?;?guī)r地層主要特點(diǎn)為巖石強(qiáng)度高、巖面高低不平,存在溶洞。
銑槽時要注意以下控制措施:①銑槽前需對下溶洞進(jìn)行探測處理,避免銑槽過程中出現(xiàn)地層塌方,造成事故。②灰?guī)r強(qiáng)度高,雙輪銑直接成槽效率低,銑槽效率為3~5 m3/h,一面墻施工時間大于5 d,經(jīng)過現(xiàn)場多種工藝結(jié)合對比,旋挖鉆+銑槽機(jī)結(jié)合成槽技術(shù)最優(yōu),銑槽效率達(dá)到了6~8 m3/h,一面墻施工時間控制在3 d左右[1]。③由于灰?guī)r巖面高低不平,在旋挖鉆和雙輪銑槽機(jī)進(jìn)入巖層時,要慢速成槽,貫入度控制在5 cm/min以內(nèi),確保不偏槽。④灰?guī)r地層基本不含泥,不能自行造漿,銑槽過程中應(yīng)注意泥漿質(zhì)量控制,適當(dāng)增大泥漿比重,施工過程中,及時補(bǔ)漿,避免造成上部槽壁塌方[2]。⑤灰?guī)r銑槽過程中發(fā)生偏槽的概率大,銑槽時應(yīng)嚴(yán)格控制垂直度,隨挖隨糾偏,避免造成地下連續(xù)墻鋼筋籠下放困難,槽段侵限。
(2)砂巖地層銑槽要點(diǎn)分析。砂巖地層的主要特點(diǎn)為含泥量高、RQD值高。銑槽時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)控制措施:
①砂巖地層含泥量高,容易結(jié)泥餅,若清理不及時,可能造成糊輪,耽誤銑槽進(jìn)度。②銑槽過程中每進(jìn)尺3~5 m,應(yīng)反向轉(zhuǎn)動雙輪1 min,可有效解決結(jié)泥餅問題。③由于砂巖RQD值達(dá)到80%~95%,巖層致密,建議先采用旋挖鉆或沖擊鉆引孔,再進(jìn)行雙輪銑銑槽。④砂巖強(qiáng)度不高,可采用錐齒銑輪,加大成槽效率。⑤砂巖含砂率高,銑槽過程中泥漿含砂量大,會降低銑槽效率,磨損銑輪和泥漿泵,因此,銑槽過程中應(yīng)嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量、加大泥漿循環(huán)。
(3)混合花崗巖地層銑槽要點(diǎn)分析?;旌匣◢弾r的地層特點(diǎn)為巖層破碎,石英含量高。
銑槽時應(yīng)注意:①因花崗巖石英含量高,銑槽過程中易造成對刀齒和泥漿泵損壞,因此,銑槽過程中應(yīng)嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量,促使泥漿達(dá)到足夠的潤滑效果。②混合花崗巖巖層破碎,銑槽時巖塊直徑大,應(yīng)增大抽渣泵的功率,減少巖渣滯留,可有效加快成槽進(jìn)度[3]。③混合花崗巖強(qiáng)度不高,巖層破碎,可采用錐齒銑輪,加大成槽效率。
四鉆三銑工藝是利用雙輪銑槽機(jī)結(jié)合旋挖鉆的施工方法,現(xiàn)使用旋挖鉆對地下連續(xù)墻進(jìn)行引孔,再采用雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行成槽的施工。四鉆三銑工藝具體如圖1所示。
圖1 四鉆三銑工藝示意圖
相對于直接采用雙輪銑槽機(jī)成槽,四鉆三銑工藝能夠提高地連墻的成槽效率,經(jīng)現(xiàn)場實踐證明,可提高成槽效率0.5~0.8倍左右。四鉆三銑施工工藝,旋挖鉆需先對地連墻進(jìn)行引孔,引孔后雙輪銑再銑槽,形成流水作業(yè),合理配置設(shè)備搭配數(shù)量,能更快促進(jìn)施工生產(chǎn),降低成本。采用旋挖鉆先行進(jìn)行引孔,可有效控制槽段的垂直度,避免發(fā)生偏槽。
套銑接頭只適用于雙輪銑槽機(jī),把常規(guī)的大槽段劃分為大小相鄰的槽段(大槽段寬6.8 m,小槽段寬2.4 m),采用跳槽施工方法施工,先施工大槽段,再進(jìn)行小槽段施工,施工小槽段是銑掉相鄰大槽段約20 cm混凝土切面,澆筑小槽段,最后形成一個封閉的結(jié)構(gòu),以起到止水的作用。
以廣州某擁有19個車站的路段為例。其中,8個車站采用套銑接頭,分別為聚龍站、南航新村站、白云文化廣場站、烈士陵園站、嶺南廣場站、赤崗站、大學(xué)城北站、大學(xué)城南站。
使用套銑接頭的優(yōu)點(diǎn):
(1)套銑接頭取消了工字鋼接頭,節(jié)約了工字鋼材料費(fèi)用及安裝費(fèi)用?,F(xiàn)場一個標(biāo)準(zhǔn)站能夠節(jié)約100萬~150萬元的材料成本和加工費(fèi)用。
(2)采用套銑接頭后地連墻鋼筋籠無接頭工字鋼,以標(biāo)準(zhǔn)兩層站為例,鋼筋籠重量減少約8 t左右,地連墻鋼筋籠吊裝設(shè)備型號變小,原計算需采用150 t的履帶吊作為主吊,調(diào)整為套銑接頭后僅需要100 t的履帶吊作為主吊,節(jié)約了現(xiàn)場施工成本。
(3)套銑接頭由于只需雙輪銑對地連墻接頭處進(jìn)行銑切,無須沖擊鉆對地連墻接頭處進(jìn)行沖銑,取消了振動源,對周邊環(huán)境影響較小,比較適用于鄰近建筑物、地鐵車站、居民區(qū)的施工[4]。
(4)套銑接頭經(jīng)現(xiàn)場實踐證明,止水效果較工字鋼接頭止水效果更好。
(1)施工進(jìn)度方面:相較于傳統(tǒng)的沖擊鉆、鉆挖鉆、成槽機(jī)成槽,采用雙輪銑槽機(jī)成槽能夠較大提高成槽速度,節(jié)省工期。
(2)環(huán)境保護(hù)方面:雙輪銑槽機(jī)施工噪聲對周邊居民影響小。雙輪銑槽機(jī)自帶泥漿分離配套設(shè)備,可最大限度循環(huán)利用泥漿,減少泥漿排放,施工過程中增加泥漿壓濾設(shè)備和污水處理設(shè)備,加強(qiáng)對廢水的處理,使廢水達(dá)到可直接排放的標(biāo)準(zhǔn),減少對水環(huán)境的破壞。
(3)社會影響方面:相較于傳統(tǒng)成槽施工,雙輪銑槽機(jī)成槽過程中產(chǎn)生的噪聲量及震動較小,在臨近既有線、臨近管線、居民生活區(qū)、文物保護(hù)區(qū)等成槽作業(yè),對既有線和文物保護(hù)起到了較好的保護(hù)作用。本工程潯峰崗站、聚龍站、白云文化廣場站、大學(xué)城北站、大學(xué)城南站均臨近既有地鐵線,嶺南廣場站臨近赤崗塔和廣州塔,在施工過程中既有線和文物監(jiān)測數(shù)據(jù)均符合規(guī)范和設(shè)計要求,相對于傳統(tǒng)的地連墻成槽施工對周圍的居住生活環(huán)境影響較小。
(4)經(jīng)濟(jì)方面:雙輪銑槽機(jī)施工成本較常規(guī)的成槽設(shè)備成本高,但綜合進(jìn)度、環(huán)境保護(hù)、社會影響方面考慮,雙輪銑槽機(jī)較有優(yōu)勢,尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)境保護(hù)要求高、社會環(huán)境影響較大的地區(qū),連墻施工建議采用雙輪銑槽機(jī)施工工藝。
本文依托廣州地鐵十二號開展了雙輪銑槽機(jī)在廣州高強(qiáng)度復(fù)合地層施工中的應(yīng)用研究,取得了較好的效果。對于周邊環(huán)境復(fù)雜、敏感的地下車站施工,采用雙輪銑槽工藝,減小了對周圍居住環(huán)境、臨近既有線、臨近文物的影響,提高成槽質(zhì)量及工效。因此,雙輪銑槽機(jī)在高強(qiáng)度復(fù)合地層中施工的優(yōu)勢較為明顯,對以后施工的類似地層、類似的周邊環(huán)境施工具有一定的參考作用。