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双轮铣成槽机技术调查 双轮铣成槽机技术调查王玉卿 （中铁隧道集团有限公司东黄项目部）公路及地铁等多个项目的实际施工案例的技术 摘 要 通过对双轮铣成槽设备在国内的水利、 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 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、 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－51－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2B36 双轮铣成槽机实物图图 3 双轮铣铣削施工示意图－52－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－53－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 7 双轮铣挖掘显示 图6 双轮铣纠偏板－54－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对比，表现出双轮铣成槽主要 有一下工作优点和特性： 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 20～40m3/h，在中硬岩石中钻进3效率 1～2m /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。
⑤ 排碴同时即清孔换浆，减少了混凝土浇筑准备时间。
⑥ 自动记录仪监控全施工过程，同时全部记录。
⑦ 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： 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，尤其为二期槽段。
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 双轮铣和传统施工工艺的施工进度和经济性对比 施工进度和 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，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－55－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)双轮铣在岩石开挖中的工作情况表（小浪底工程） 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。
3总进尺(m) 接头孔 59.03 主槽孔 332.74 平均（总计） 391.77总耗时(h) 112.9 523.15 636.05平均进尺(m/h) 0.52 0.64 0.62效率(m /h) 1.76 1.60 1.65地层情况双轮铣在地铁黄沙站 地铁黄沙站工作情况表 表 3 双轮铣在地铁黄沙站工作情况表 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。
平齿刀刀具型号 施工情况强风化、 中风化泥质粉砂岩中4m/h(约11m3/h),微风化地层情 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。
地层情况双轮铣在黄浦大桥南锚碇的 黄浦大桥南锚碇的工作情况表 表 4 双轮铣在黄浦大桥南锚碇的工作情况表 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。
－56－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刀具型号 施工情况锥齿刀 软 岩 段 每 小 时 5 ～ 6m(16.8 ～ 20.16m3/h) ， 硬 岩 段 约 3 3 1m/h(3.36m /h)，总工期为3个月，平均进度134m /天。
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，主要的刀具型式有三种：平齿、锥齿和滚齿。
双轮铣刀具类型 表 5 双轮铣刀具类型序号 1 刀具型号 平齿 实用地层 备注 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 30MPa～120MPa岩层 120MPa以上岩层2 3锥齿 滚齿图8（广州地铁黄沙站） 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） 双轮铣铣轮锥齿照片（穿黄项目）－57－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3.2 双轮铣成槽过程的泥浆控制和分离图 7 双轮铣泥浆循环示意图 3.3 双轮铣成槽混凝土浇注施工控制 双轮铣成槽混凝土浇 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。