地下连续墙锯式开槽机施工技术张永忠研制开槽机.docx

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地下连续墙锯式开槽机施工技术张永忠研制开槽机

地下连续墙锯式开槽机施工技术

目前，建造地下连续墙所使用的成槽机械按其挖槽机理可大致分为：

挖斗式、冲击式及回转式等三种方式。

锯式开槽设备的机理是一种全新的挖槽理念，它是利用两个对称布置的锯刀，往复运动来切割地层成槽。

因此，它与其它形式的挖槽机械相比较，具有自己独特的优点。

锯式开槽机由张永忠研制，至今已开发了四代。

从第二代开始，开槽机的动力部分已由水上变为潜水，行走方式由轮胎式行走变为轨道式。

四代机行走方式已由轨道式改变为特殊的滚管式行走，使其具有更大的移动灵活性。

本篇所介绍的锯式开槽机为第四代开槽机，在前三代机的基础上又作了较大的改进。

下面我们着重介绍锯式开槽机的施工工艺特点。

一、成槽施工工艺

1、锯式成槽法简介

锯式开槽机属动力头完全潜水式开槽机，由动力机头、机架和底座三部分组成。

所有配套的行走、起重机械及启动电器、油泵、仪表以及自动测深、测斜、测钻压、测速、功率等装置均安装在底座上。

动力机头由潜水电机、砂石泵、纠偏板、锯刀及其它附属件组成。

动力机头由5T慢速卷场机通过滑轮组牵引提升，采用钢丝绳自由悬挂，无动力下放。

掘削的泥土混在泥浆中以反循环方式排出槽外。

锯式开槽机开槽时应使吊索保持一定张力，即使锯刀对地层保持当压力，引导动力机头垂直成槽。

开槽初始，由于动力机头部分在地上，其垂直导向是靠机架上的两个导向槽完成的。

因此，开槽之前，要对开槽机进行调直，调整四个油压支腿，使开槽机处于垂直状态。

当开槽机动力头完全置于地下时，开槽机开槽的垂直度，是由纠编板，导向板及其它导向组合来完成的。

此时，槽段的垂直度，依赖于操作人员的熟练掌握程度，因此，要加大操作人员的岗前培训。

锯式开槽机一次开槽长度为3.0m，开槽深度为100m，开槽宽度1500mm-1000mm。

开槽机开槽宽度的调整，是通过改变锯刀上刀板的宽度来实现的。

当开槽宽度小于300mm时，除改变锯刀的宽度，还应在潜水电机输出轴的偏心轮上加装削刀，使开挖出槽段中间部位的槽孔直径为300mm，以便于动力头中间部位的潜水电机，潜水砂石泵顺利入槽。

开槽机开槽速度取决于泥渣排出能力及土质的软硬程度。

注意，应使下钻速度均匀。

如果遇有软土层，下钻速度应考虑到沙石泵泥浆排出的能力，以不堵泵为宜。

如果遇有硬土层或强风化岩时，适当加大钻压，控制下钻速度，以潜水电机的电流下不超过规定电流，动力机头不产生强烈跳动为宜。

一般软土层地质，开槽速度为20m/h，硬土层及风化岩地质开槽速度应根据开槽机的能力适当减缓。

2、槽段划分及接头形式

锯式开槽机开槽采用逐段式，跳打法施工。

施工中把连续墙划分为若干个连续槽段。

槽段连续编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ……施工顺序为Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ，即先施工Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ槽段，等到Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ槽段混凝土强度达到设计强度的15%以上时，再施工Ⅱ、Ⅳ槽段。

每个单元槽段的长度，即开槽机一次所开挖的长度，Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ……槽段长度为3.0m。

开挖Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ槽段时，由于开槽机锯刀两端安放了弹簧凸半圆形接头刀板，所以开槽长度为3.2m。

由于开槽机具有特制的弹簧半圆形接头刀板，施工中无需接头管，两槽段就能开成半圆形接头。

具体做法如下：

施工Ⅰ、Ⅲ槽段时，因开槽机锯刀两端设有凹半圆形。

施工的Ⅱ槽段时，将特制的弹簧凸半圆形刀板镶于开槽机锯刀两端，且打开锯刀两端的侧向水嘴，此时，开槽机所成的槽孔两端为凸半圆形。

Ⅱ槽段的凸半圆形端头与Ⅰ、Ⅲ槽段的凹半圆形端头形成吻合，浇筑砼后形成半圆形连接。

由于弹簧凸半圆形接头刀板，遇有Ⅰ、Ⅲ槽段的一期混凝土时，弹簧会自动回缩，所以在锯刀的往复运动下，只开凿出一期砼外围槽段的土体，且对一期混凝土进行凿毛，高压水冲刷，不破坏一期混凝土。

3、定位针的作用

锯式开槽机特设定位针一枚，置于开槽机两锯刀之间中央部位，定位针的作用是：

在开挖连续槽段过程中，稳定开槽机，不让其向左右两边产生位移。

当开挖连续槽段，即开挖完工Ⅰ、Ⅲ槽段，不浇砼，紧接着开挖Ⅱ槽段时，导向板及纠偏板因没有左右两边墙壁的限制而失去作用。

此时，应放置定位针，因定位针长出两锯刀首先入土定位，使Ⅱ槽段的开掘顺利进行。

4、施工注意事项

（1）由地面至地下10m左右的初始挖槽精度对以下整个槽壁的精度影响很大，此阶段必须慢速均匀钻进，严格控制垂直度，使其在允许偏差范围内。

（2）挖槽要连续作业，并且要依顺序连续行进，因故中断时，应迅速将开槽机从沟槽中提出，以防塌方埋钻。

（3）开槽过程中，应随时注意开槽机有无异常情况，如电流值异常升高，开槽机摇晃，跳动或钻进困难，此时应查明原因。

如果是因为土质过硬引起的，应略微提升动力头，减轻钻压，放慢进尺，待情况正常后，方可恢复正常钻进参数和给进速度。

（4）开槽达到设计深度后，应停止钻进，动力头继续空转一定时间，用稀泥浆置换槽内的浓稠泥浆，直至槽内泥浆的指标及沉渣厚度达到设计要求后，方可提出动力头，将开槽机移至下一工作段。

二、泥浆循环工艺

1、泥浆选择

地下连续墙成槽过程中，要不间断地向槽中供给优质的稳定液——泥浆。

泥浆在成槽过程中，有携渣和固壁的作用，当开槽机自身有造浆功能且地质条件允许的情况下，也可选用自造泥浆。

锯式开槽机，具有自造浆的功能。

在粘性土或粉质粘土为主的地质条件下，如土质中粘土含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化铝含量的比值为3-4，亦可采用自成泥浆或半自成泥浆护壁，即用开挖深槽中的粘土为造浆原料，利用开槽机往复运动的锯刀切割破碎使之成很细的颗料自造泥浆护壁，或再加入少量化学稳定剂进行半自成泥浆护壁。

成槽过程中，泥浆的密度通过调节进水量和钻进速度来控制。

进水应输入到泥浆池中或经高压泵通过管道由锯刀板之间的喷嘴射出，不得将水直接注入槽内。

本法应经成槽试验，能确保槽壁稳定时方可使用，并要求成槽必须连续依顺序作业。

无论采用何种泥浆形式，在开挖首个槽段之前，都应备好足够量的泥浆。

因为开槽初始开槽机自身制浆能力有限，此时，应使用备用泥浆，直至自成泥浆的数量及质量达到要求时，再改用自成泥浆施工。

2、泥浆循环方式

锯式开槽机泥浆循环方式为泵举反循环。

由潜水砂石泵、排沙管道、高压泥浆泵、输浆管道及两个串联的沉淀池等组成。

砂石泵为6p潜水砂石泵，是在普通潜水砂泵的基础上，为适应本开槽机而特意改制的，具有体积小，流量大，不易堵塞，排渣彻底（能排出100mm以下的石块）等特点。

高压泥浆泵为槽内输浆之用，浆液由两锯刀上的水嘴喷出和刀板一起共同切割地层成槽。

开槽起始，由于潜水砂石泵还在水面以上，此时，应采用正循环方式开挖，直到潜水砂石泵潜入水中后，方换为反循环。

亦可在潜水砂石泵出口处设一三通旁侧管，接入真空泵，当砂石泵吸口没入水中时，即开启真空泵，对潜水砂石泵及管道进行轴气，当反循环建立时，拆除砂泵与真空泵连接的胶管，即可实现反循环掘进。

3、泥浆的配置与使用

（1）施工前应对造浆粘土进行认真选择，一般应首选膨润土造浆，配制泥浆前，应根据地质条件，成槽方法和用途等进行泥浆配合比设计，试验合格后方可使用。

其性能指标应符合规范规定。

新拌制的泥浆应存放24h或加分散剂，以便膨润土充分水化后方可使用。

（2）在成槽过程中，要不断向槽内补充新泥浆，使其充满整个槽段。

槽内的泥浆面必须高于地下水位1.0m以上，亦不应低于导墙顶面0.3m。

（3）施工过程中，应经常测定和调节泥浆性能，使其适应不同地层的钻进要求。

对新拌制的泥浆，静置24h后，要测一次全项目（含砂量除外）。

成槽过程中，每进尺3-5m或每小时测定一次泥浆密度和粘度。

在清槽前后，各测一次密度，粘度、在浇筑混凝土前测一次密度。

取样部位为槽段底部，中部及上口。

失水量，泥皮厚度和PH值，在每槽段的中部和底部各测一次。

发现有不符规定指标的参数，随时进行调整。

三、混凝土浇筑

1、混凝土配合比的选择

地下连续墙的混凝土是在护壁泥浆下灌注，需按水下混凝土的方法配制。

混凝土配合比的设计除满足设计强度要求外，还应考虑导管法在泥浆中浇筑砼的施工特点和对浊凝土强度的影响。

一般配合比应通过试验确定。

用导管法灌注的水下混凝土应具有良好的和易性，施工坍落度宜为180-220mm，并有一定的流动度保持率，坍落度降至150mm的时间不宜小于1h，扩散度宜为340-380mm。

混凝土初凝时间应满足浇筑要求，一般宜低于3-4h。

如运输距离过远，一般宜在混凝土中掺加木钙减水剂，可减少水灰化，增大流动度，减少离折，防止导管堵塞。

2、浇筑方法

地下连续墙水下混凝土的浇筑一般采用导管法。

通常的做法是：

吊车起吊混凝土料斗，通过料斗提升下料漏斗及导管在稀泥中浇筑。

人工控制料斗下端的阀门，通过观察漏斗中混凝土的多少，来决定是否开启料斗阀门。

锯式开槽机单元槽段3.0m，可采用单根导管来进行混凝土浇筑。

导管总和长度应大于槽深度加槽孔上升高度。

导管分节长度按工艺要求确定，一般每节长2-2.5m，底节长度不宜小于4m。

导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200-250mm。

导管法灌注水下混凝土所使用的隔不塞一般采用球胆或预制圆柱型混凝土隔水塞。

球胆预先塞在混凝土漏斗下口，当首批混凝土浇筑后，从导管下口压出漂浮在泥浆表面，混凝土塞则用8号铁丝吊在导管上口，上盖一层砂浆，随着漏斗中混凝土的增加，混凝土塞在导管中下移，待混凝土达到一定量后，剪断铁丝，混凝土塞下落埋入底部混凝土中。

在整个浇筑过程中，混凝土导管应埋入混凝中2-4m，最小埋深不得小于1.5m，否则会把混凝土上升面附近的浮浆卷入混凝内；亦不宜大于6m埋入过深，会影响混凝土充分的流动。

导管随浇筑随提升，避免提升过快造成混凝土脱空现象，或提升过晚造成埋管事故。

3、混凝土浇筑施工注意事项

（1）灌注前下料漏斗内初存的首批混凝土量要经计算确定，以保证安全排出导管内泥浆，并使导管出口埋入混凝土中的深度不小于0.8m。

（2）浇注时要保持槽内的混凝土面均衡上升，上升的速度不得小于2m/h，每个单元槽段的浇筑时间不得超过规定时间。

随着混凝土的上升，要适时提升和拆卸导管，导管底端埋入混凝土面以下一般保证2-4m，不宜大于6m，严禁把导管底端提出混凝土面。

（3）混凝土浇筑过程中，应设专人每30min测量一次导管埋深及管外混凝土面高度，每2h测量一次导管内混凝土面高度。

混凝土应连续灌注不得中断，不得横移导管。

（4）搅拌好的混凝土应在1.5h内浇筑完毕，夏季应在1h内浇完，否则应掺加缓凝剂。

混凝土浇筑到顶部3m时，可在槽段内放水适当稀释泥浆，或将导管埋深减为1m，或适当放慢浇筑速度，以减少混凝土排除泥浆阻力，保证浇筑顺利进行。

四、锯式开槽机的优点

1、造价低

锯式开槽设备运用简单的机械传动来驱动两锯刀往复运动，切割地层成槽。

行走采用滚管式，四油压支腿除用于滚管式行走，还间做开槽机调平、调直。

油压系统除供行走、调直使用外，纠编亦采用油压系统控制。

机架采用双桅杆结构。

因此，开槽机造价低谦。

2、效率高

由于开槽机独特的开槽理念，决定了开槽机开槽效率极高。

动力机头重8T，可对地层施加8T的当压力。

开槽机锯刀合金钢刀板，往复运动，切取成块的泥土，无需破碎，即由砂石泵排出。

高压射水除了冲刷刀板，还和刀板一起切割土，无需破碎，即由砂石泵排出。

高压射水除了冲刷刀板，还和刀板一起切割地层成槽，提高了工作效率。

3、造槽垂直度高，槽壁光滑平整

开槽机动力头高有纠偏板，导向板以及长导板。

开槽初始，就能对开槽机调直，使动力机头沿着机架上的两个垂直轨道，下移开挖。

动力头完全入槽后，只要调节纠偏板，就能调节动力头的垂直度。

由于整个开槽过程中，都能控制开槽机的反向力矩及扭力，又由于导向板与槽壁紧密接触，因此，开槽机运转平稳，不左右，前后摇晃。

所以，开槽机开出的槽，槽壁光滑平整。

4、接头形式简单易行，整体性抗渗性好

锯式开槽机通过改变接头刀板的形式，就能轻易改变槽段混凝土接头形式。

可以施工楔形接头、V型接头、半圆型接头等接头形式。

一般采用半圆形接头形式。

本开槽机通过特制的凹、凸半圆形刀板，就能使槽段砼形成半圆形接头。

施工中无需接头管，但质量优于接头施工质量。

5、可施工超薄形地下连续墙

锯式开槽机可施工厚度为150mm的超薄形地下连续墙，在一些纯防渗工程中应用，可降低工程造价，节约材料成本。

总而言之，锯式开槽机具有如此之大的优越性，将被广泛地应用于地下连续墙。