浅谈液压双轮铣槽机与冲孔桩机的对比分析

刘亚斌

摘 要：城市轨道交通建设中的重要施工之一是地下连续墙施工，液压双轮铣槽机是一种新型的成槽技术，现在在地铁施工中应用也越来越普遍；冲孔桩机应用比较普遍，应用时间也比较久远，本文对两种成槽设备进行对比，结合广州市轨道交通八号线北延段聚龙站车站现场地下连续墙施工，对两种施工工法的技术特点，经济性，施工进度，安全文明施工等方面进行对比分析，为类似围护结构施工工法选择提供借鉴。

关键词：液压双轮铣槽机；冲孔桩机；地下连续墙施工

1工程概况

广州市轨道交通八号线北延段聚龙车站主要采用明挖顺筑法施工，主体围护结构采用800mm、1000mm厚地下连续墙，基坑安全等级为一级。地下连续墙接头采用工字钢。

2工程地质

根据本工程地质详勘报告显示，本标段施工范围的地层有新生界第四系层（Q）、古生界二叠系（P1q）、石灰系地层（C2+3ht）。该地区地质复杂，地层起伏交错，由上至下主要地层依次为：①杂填土，灰黄色、黄褐色，平均层厚4m；②淤泥质土，灰黑色，飽和、软塑，平均层厚5.7m；③粉质粘土，灰黄色、褐黄色，可塑状，局部含有少量粉细砂和中粗砂，平均层厚4m；④砾砂、粉细砂，浅黄色、灰色，饱和、稍密，含少量粘粒、粉粒，层厚2.7m；⑤残积土，黄褐色、灰黄色、灰白色，硬塑状，含较多灰岩碎块、碎屑。分布不连续，不均匀，平均层厚3m；⑥各类风化岩层，炭质灰岩、灰岩。

3工程难点

本工程车站东侧附近大量的商铺，地连墙施工可能会对周边建筑物及地面造成沉降影响，且地质中存在大量的溶洞及较坚硬的微风化岩层，地连墙成槽难度偏大。

4液压双轮铣成槽机及冲孔桩机介绍

4.1液压双轮铣成槽机组成

液压双轮铣的主要工作部位为一个高12m、重36t带有液压和电气控制系统的钢制框架，下部装有3个液压马达，水平交叉排列，两边马达分别驱动两个装有铣齿的铣轮，负责切削并破碎泥土，另外一个马达驱动泥浆泵，负责把破碎的泥土、碎石泵送到地面的泥浆筛分系统。

4.2液压双轮铣成槽机工作原理

液压双轮铣槽机为液压式操作机械，工作时两个液压马达带动铣轮低速转动（方向相反），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分离器，泵送到地表的泥浆经过泥浆分离器处理后，干净的泥浆再被送回到基坑里，废弃的泥浆、碎石则作抛弃处理。损失的泥浆由供浆系统补偿。

5冲孔桩机介绍

5.1组成

桩锤、桩架及卷扬机等组成。

5.2冲孔桩机工作原理

冲孔方法是采用机身自带的卷扬机带动一定重量的冲击钻头，在设定的高度内使钻头提升，然后空放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用循环消夜将钻渣和岩屑排出。

6 液压双轮铣槽机与冲孔桩机实物图片

7液压双轮铣槽机与冲孔桩机对比分析

7.1技术特点对比

7.1.1液压双轮铣槽机特点

（1）对地层适用范围广，通过更换不同形式的铣刀轮可以满足不同地层的成槽。

（2）施工效率高，较冲孔桩机等传统成槽设备效率高出多倍，龙其在强度较大的岩层优势更为突出，本工程地层中有微风化岩层，岩层较硬，非常适合本工程的成槽施工。

（3）成槽精度高，孔形规则（墙体垂直度可控制在3‰以下），铣轮在持续成槽过程中可以通过有电脑显示屏进行跟踪，容易控制槽段的垂直度，为之后的钢筋笼下笼提供了方便。

（4）成槽的全过程不会产生较大的冲击和震动，高速度，低噪音，且可以贴近建筑物施工。

（5）操作有电脑主动记录并监控施工全过程，同时保存记录。

（6）成槽过程中较少出现塌槽现象。

但是双轮铣设备存在一定的局限性：

（7）不适用于存在孤石、较大卵石等地层，此种地层下需爆破配合使用。

（8）双轮铣在地连续墙的二期槽段施工中不适宜使用。

（9）对原有地层中存在的钢筋等比较敏感。

（10）设备自重较大对场地硬化条件要求较传统设备高。

7.1.2冲孔桩机特点

（1）冲孔桩机作为一种成熟的工艺，其施工机械安装简单，进入场地方便，成孔的速度快，成槽质量可靠，在实际地铁施工中应用较为广泛。

（2）冲孔桩机适用于破碎有裂隙的坚硬土和大的卵石，在含有较大卵石层成孔效率较高。

（3）冲孔桩机设备简单，操作方便，钻进深度容易掌控，设备移动方便，机械故障较少，锤头容易根据现场地连墙厚度要求调整。

（4）冲孔桩机在冲孔过程中垂直度控制比较难，锤头冲孔过程中，桩绳会出现摇摆，且冲孔过程中，操作人员重复冲孔动作容易疲劳和精神不集中，可能会落锤高度过高，锤身摆动较大，容易在冲孔时出现扩孔，斜孔，歪孔的情况。

（5）根据本工程的地质情况，存在淤泥层，该层属高压缩性，低强度土，工程性能不良，本工程在该地层冲槽时，较易出现塌孔，淤泥层冲孔过程中，因为形成的泥浆比重一般偏大，且携渣效果不明显，所以在泥浆循环过程中，容易导致泥浆泵堵管；冲孔桩机在锤击冲孔时还有可能遇到孤石，容易造成偏孔或扩孔。

7.2经济性对比

（1）双轮铣槽机设备价格较高，设备维护复杂且费用过高，冲孔桩机设备价格较低，日常维修费用较低。

（2）成本上的分析对比：双轮铣成槽成本根据地层不同，约在1000元/m3～1500元/m3，冲孔桩机成本约在400-600元/m3，双轮铣是冲孔桩机施工工艺的1.5倍～2倍，在软弱地层没有上风，但在连续墙深度大、精度要求高、岩性较硬的地层，方显上风。

（3）冲孔桩机在冲孔过程中容易造成扩孔且在深度方面控制不太精准，双轮铣槽机成槽孔形规则且深度有电脑精准控制，在混凝土浇筑时，冲孔桩机的成槽浇筑的混凝土容易超方，用在混凝土方面的成本会高于双轮铣。

7.3施工进度对比

（1）双轮铣设备施工进度与传统冲孔桩机在土层、砂层等软弱地层中上风并不十分显明，双轮铣成槽速度在此种地层中效率在20m3/h～30m3/h。一旦进入岩段，双轮铣就显出其上风，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10m3/h，在微风岩层（60MPa～120MPa）中可达1m3/h～2m3/h。在此种地层中冲孔桩机的冲孔速度在中风化岩层中约每台班4m～6m，效率在0.3m3/h～0.5m3/h，若在微风化地层中钻进就非常困难，每台班进尺仅能维持在几十公分上下，效率极低。

（2）根据本工程现场的地质情况及实际施工情况，双轮铣大约需要3-5天可以完成一幅槽段，冲孔桩机大约需要7-10天完成一幅槽段。

7.4安全文明施工方面对比

（1）液压双轮铣槽机，工作时比较安静，污染少，噪音小，震动小，泥浆循环利用率高。

（2）冲孔桩机因其工作原理，会在施工过程中产生高达100分贝以上的噪音，特别是使用时间已久的桩机，产生的噪音更大，虽然这些噪音是间歇性的，但是对周边生活的人会产生较大的生理损害，严重影响周边居民的生活和學习，甚至会引起周边群众的投诉，且不适宜在夜间进行冲孔施工。

（3）本工程东侧有大量的建筑物，安全性要求较高，若采用冲孔桩机施工，会存在文明施工难以管理的局面，而且冲孔桩机冲孔容易引起周边建筑物及地面发生沉降，所以在工程东侧采用双轮铣冲槽较冲孔桩机好。

8结论

（1）液压双轮铣槽机在硬岩地下连续墙施工中的应用，已经在国内多个城市的地铁站施工中已被证明非常有效。

（2）在传统的桩基础成孔施工中，冲孔桩施工作为一种相对成熟的施工工艺，因其经济性及安全性在国内被广泛应用。

（3）综上所述，液压双轮铣槽机作为一种新型的地下连续墙成槽设备，不仅适应强、在硬岩地层中施工进度远远大于传统施工工艺， 其成槽速度及垂直精度方面都远远优于其他设备。同时，施工噪音低有效降低对环境的影响，双轮铣今后将成为地下工程的中坚力量。

参考文献

[1]卢忠汉. 地下连续墙及其成槽设备 [ J ]. 中国港湾建设 ，1998 （4） ： 32 - 36.

[2]朱思闻. 液压双轮铣槽机地下连续墙施工技术[J].上海隧道，2005（1）：18-21.