随着城市化建设进程的飞速发展, 地下空间开发及用于基坑支护的超深地下连续墙工程也越来越多, 在不同地域所处的地质差异很大, 我国在软土和砂土层进行地下连续墙施工, 经历了比较长时间的时间积累.设计理论、施工工艺和质量控制上均已比较成熟。但随着各城市建设规模不断扩大, 嵌岩的地下连续墙工程越来越多, 嵌岩成槽是嵌岩型地下连续墙施工中的关键技术, 在很多嵌岩的地下墙成槽过程中由于选用设备、工艺不当, 导致成槽效率地下、成本极高, 影响工程进程。所以有必要对嵌岩成槽的设备和工艺进行研究分析。

　　 双轮铣槽机具有在硬岩中成槽效率高、精度好及铣槽过程中对周围环境影响小等优点, 所以铣槽机目前在硬岩中进行地下连续墙成槽的应用也越来越多。

　　 双轮铣槽机配合专用的履带吊机, 其上有液压卷简系统, 以保证液压管和泥浆管在双轮铣成槽工作中的需要, 双轮铣为全液压驱动, 具有底孔液压抽吸泵的反循环系统。

　　 国内市场上主要双轮铣槽机以德国宝峨Bauer公司的BC型和意大利土力SH型, 国内铣槽机施工地下墙深度已经达到了150m深, 破岩强度超过100MPa。其中标准铣轮可以破岩50MPa, 锥轮可以破岩100MPa, 滚轮国内目前没有配置, 其可以在150 MPa岩石中成槽。

　　 另外金泰和徐工基础生产的铣槽机也有较好的表现, 在上海、广州、南昌等地有很多成功的硬岩中进行成槽的案例。

　　 潜孔锤是在20世纪40年代开始应用于采矿工业的, 目前潜孔锤组合形式分单头和多头两种, 国外有代表性的是美国I NCERs0l I L-RAD公司研制的潜孔锤和日本TONE公司研制的MACH钻具。潜孔锤的工作是利用气压驱动锤内活塞, 高频冲击锤端钻头, 在孔底直接钻凿、破碎岩石, 对多类型的基岩均可轻易穿透钻进。冲击锤排出的废气通过钻头清扫孔底, 将岩耪从钻杆与孔壁间的环形空间排至孔外, 这样起到清孔的作用。

　　 重锤式冲击钻由过去较原始的重锤冲击式发展成反循环钻机.如国内现有的CZF型和CJF型系列为代表。该机采用差动同步卷扬机、冲击工作以连杆冲击为主, 特殊情况可转换为卷扬机冲击, 根据进尺要求可任意调节冲击高度。反循环排渣系统, 配有真空启动砂石泵组。重锤式冲击钻是我国目前常用的嵌岩成槽设备, 在国内市场上没有铣槽机之前, 该设备是在硬岩中进行地下连续墙成槽最多的设备, 但是该设备施工效率低、精度不可控、成槽深度有限及冲击成槽产生的振动对周围环境影响较大等因素, 不适合在城市复杂环境下进行成槽, 在铣槽机大量投入市场后, 在深圳、广州等城市在硬岩中进行地下连续墙成槽的工程中大多都用铣槽机取代了冲击钻。

　　 旋挖钻机目前桩基成孔的常用设备, 最大施工直径超过3m, 深度超过80m, 能够在各种岩石中进行钻孔施工, 目前德国宝峨、意大利土力、三一重工、中联、徐工基础工程机械厂都有生产大量的旋挖钻机投入市场, 当液压抓斗成槽机无法在岩石中进行成槽时, 可以采用旋挖钻机打引孔后再用液压抓斗在两孔之间成槽, 称为“两钻一抓”工法。

　　 主要使用CZF冲击反循环钻机进行嵌岩施工, 地下连续墙一期槽段的宽度为6 000mm, 采用类似三钻二挖的方法, 采用3个主孔, 2副孔。冲击钻配备圆形钻头包括:圆形截面阶梯钻头、圆形截面平底钻头 (见图1) 。

　　 成槽工艺为:先在槽段端部和中部用冲击钻孔, 下部岩层则用冲式钻机击碎后, 用液压抓斗扫孔和修槽, 如图2所示。

　　 如果因岩石强度高, 钻孔后液压抓斗仍然不能完成两孔之间的土体成槽, 则采用冲击钻机打排孔的方式处理岩石, 降低后续液压抓斗成槽的难度, 如图3所示。

　　 采用上述方法进行成槽要求岩石强度不要高于10 MPa, 否则冲击钻机即使打设排孔, 液压抓斗仍然不能完成图3中孔之间的小墙成槽。此时, 冲击钻机必须采用双反弧形的钻头 (见图4) , 这样可利用双反弧形冲击刃和侧刃板解决单一采用圆形钻头带来的“小墙”问题。

　　 采用冲击钻成槽的主要问题如下。

　　 1) 工效低, 进度缓慢, 冲击钻锤在锤击过程中磨损严重, 需要对钻头不断的进行修焊, 修焊时间有时会达到成孔作业总时间的70%以上, 冲击钻成槽工艺无法满足工期、质量等多方面要求。

　　 2) 岩性软硬差异大, 钻孔过程中极易出现偏孔现象, 而冲击钻没有纠偏装置, 无法一边冲击一边纠偏。

　　 3) 岩层面起伏变化大, 在沟槽范围单孔成孔过程中易出现卡钻现象、偏孔、掉钻、塌孔等现象。用冲击钻成孔的施工质量很难保证。

　　 用旋挖钻机代替冲击钻配合液压抓斗成槽, 同上述一样, 采用“两钻一抓”的工艺成槽, 在成槽前先预钻两个孔, 然后液压抓斗在两孔之间成槽。此工艺也有较多的应用, 采用此工艺主要存在问题如下。

　　 1) 岩石强度超过10MPa, 即使采用两钻一抓, 液压抓斗也无法成槽。

　　 2) 旋挖钻机钻孔精度无法保证, 即使完成钻孔也会造成液压抓斗在成槽过程中发生严重偏斜和卡斗现象。

　　 3) 旋挖钻机在岩石中钻孔偏斜会导致钢筋笼无法正常下放。

　　 4) 适用范围岩石强度不能大于10 MPa, 否则此工艺不宜使用。

　　 1) 铣槽原理和工艺

　　 铣削头置入孔内并保持铣轮旋转, 铣槽过程中将土体切碎后混入泥浆中, 铣头中的泥浆泵将孔底的泥浆输送至地面上的泥浆分离器, 由振动筛除去大颗粒钻碴后, 进入旋流器分离泥浆中的粉细砂。经净化后的泥浆流回到槽孔内, 如此循环往复, 直至完成铣槽。铣槽原理如图5, 6所示。

　　 铣槽机成槽 (套铣接头除外) , 标准分幅宽度6m, 为三铣成槽, 采用套铣接头分为一期槽和二期槽, 其中一期槽分幅宽度6.2~7m, 二期槽分幅宽度2.8m。铣槽工艺流程流程如图7所示。

　　 2) 铣槽机成槽适用范围

　　 根据土层不同, 铣槽机分别配备有标准铣轮、锥轮和滚轮, 其中标准轮可以满足50 MPa以内地层成槽, 在杂填土、风化岩、黏土和砂性土层中都可以成槽, 锥轮可满足强度100 MPa以内地层中成槽, 滚轮可满足超过100MPa地层中成槽。

　　 1) 冲击钻配合铣槽机施工

　　 当岩石强度超过50MPa, 即使使用锥轮, 成槽效率也会大幅降低, 牙齿损耗、油料损耗和机具损耗急剧上升, 进度和施工成本控制困难, 因此, 采用“凿铣法”, 即采冲击钻击破岩石后再用铣槽机成槽, 以提高铣槽效率降低施工成本。

　　 采用的岩层钻进的“钻凿法”工艺流程如图8所示。

　　 存在问题:采用冲击钻处理岩石配合铣槽机成槽的工艺目前应用非常广泛, 但由于冲击钻所配备的锤重量有限, 一般5t左右, 受冲击钻设备能力限制, 每次只能将锤提高2m左右进行锤击, 当岩石强度达到100MPa左右的时候, 这种锤击对岩石破坏有限, 破碎岩石效率非常低。无法有效的配合解决硬岩中铣槽机成槽的问题。

　　 2) 潜孔锤配合铣槽机成槽施工

　　 当岩石强度达到100MPa左右, 冲击钻锤击能力降低时候, 也可采用冲击岩石能力更强的潜孔锤配合铣槽机进行成槽施工。

　　 潜孔锤钻机主要以长螺旋多功能桩机 (或旋挖桩机) 做桩架, 以长螺旋动力头 (或旋挖桩机动力头) 做旋转动力, 在特质的钻杆下悬挂风动式潜孔锤, 潜孔锤冲击破碎岩石的同时, 动力头带动钻杆及潜孔锤进行适度的钻压与回转钻进, 既能研磨刻碎岩石, 又能使潜孔锤击打位置不停的变化, 使潜孔锤底部的合金突出点每次都击打在不同的位置, 风动潜孔锤的空气既能冷却钻头又能将破碎的岩屑吹离孔底并排出孔口, 达到快速破碎岩石的作用。

　　 潜孔锤+双轮铣施工工艺流程: (1) 成槽机挖至岩土分界面, 潜孔锤在黏土层施工时, 黏土等杂物容易堵塞钻头下部出气孔, 并且由于黏土粘性太强, 包裹钻杆, 很容易卡钻, 使潜孔锤工作效率降低, 故先挖后锤。 (2) 潜孔锤根据槽段形式布孔, 以槽厚800mm, 槽宽6 000mm标准幅为例可以打4个800mm的圆孔 (连接幅和闭合幅的引孔位置适当调整) , 两孔外边距离为2.8~2.9m。 (3) 引孔后双轮铣施工时铣轮底部可形成凌空面, 同时破坏了岩层的整体结构, 可大大提升双轮铣施工效率, 降低双轮铣材料损耗。

　　 存在问题:潜孔锤使用机具损耗大, 振动大、噪声大, 且价格十分昂贵。

　　 3) 吊车配重锤配合铣槽机进行成槽施工

　　 当岩石强度达到100MPa左右, 铣槽机成槽效率降低时, 需采用重锤将岩石冲击后, 使岩石产生裂隙后再进行铣槽, 这样可以大大降低牙耗, 提高铣槽效率。

　　 冲击钻锤重过轻, 锤击效率降低时, 可采用德国利勃海尔100t以上级的吊车, 吊重锤进行锤击, 由于采用100t以上级别的吊车, 重锤可达到10~16t, 高度1.5~2m, 直径比地下墙厚度小20cm, 可提高利用吊车将重锤提高5~10m进行锤击, 每次锤击1h既可明显提高铣槽机成槽效率, 铣槽机铣槽通过锤击破裂的岩石范围后, 再进行锤击, 周而复始, 完成铣槽施工。

　　 采用此工艺对吊车提出更高的要求, 要求吊车具有自由落钩的功能, 同时卷扬机能力要达到30t级, 此种类型起重机国内较少, 通常采用德国利勃海尔起重机吊重锤来执行此项操作。

　　 采用此工艺效率高, 质量和成本都可控。

　　 在硬岩地层中进行地下连续墙成槽的设备和工艺较多, 但实际实施过程中需针对岩石的硬度、地下墙的深度、周围环境、工期和成本控制等因素的影响合理选择设备和工艺, 以确保施工效率并有效的降低成本, 在岩石强度10MPa以内可采用抓斗、冲击钻和旋挖钻相结合的方式进行成槽, 当岩石强度超过10MPa后, 用铣槽机成槽更为合适, 既能提高施工效率又能确保施工质量, 当岩石强度达到100MPa左右, 一定要采用锤击和铣槽机相结合的“凿铣法”进行成槽, 并根据现场情况选择合适的锤击方式, 以提高施工工效, 确保施工质量并降低施工成本。