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1、国外地下连续墙施工设备的 现状与展望 耿家祥 随着地下连续墙施工技术的不断发展,近20年来 工业发达国家的地下连续墙施工专用设备也有了很大 改进。除了应用液压技术和电子技术向遥控化自动化 方向发展之外,无论从效能、 精度、 工作可靠性、 使用寿 命等各方面都有了很大的提高。 1 国外地下连续墙施工设备的开发 地下连续墙施工设备主要包括深槽挖掘机械,泥 浆制配、 处理机具,混凝土灌筑设备,槽段接头机具等 四部分。其中最重要的就是成槽挖掘机械。欧美、 日本 等发达国家近20年来电动和液压的深槽挖掘机械的 应用和性能改进都发展很快。以日本地下连续墙深槽 挖掘机的开发为例,可以看到发达国家在深基础施工
2、 设备方面发展速度之快。日本于1959年从意大利引进 机械式钢绳抓斗挖掘机技术以后在相当长的一段时间 里一直以此种机型为主。1971年日本生产了M型系列 悬垂式抓斗挖掘机。1977年研制成功大型抓斗成槽挖 掘机,共有两个系列:M HL系列为悬垂式蛤形液压抓 斗; CON系列为钻杆式蛤形液压抓斗。1978年又生产 出了大型电动液压式的M EH系列悬垂式蛤形抓斗挖 掘机。 从1966年起,日本就开始试生产垂直多轴式回转 钻机。这种钻机由日本利根钻机公司发明并制作。该机 挖掘的壁厚为50120cm ,轴压强度可达1020 M Pa, 广泛应用于地下连续墙的施工,并适用于大深度、 大壁 厚的硬质地基的
3、施工。日本利根钻机公司垂直多轴式 回转钻机的代表产品为BW系列,其研制使用的BWN 90120型钻机,最大成槽深度可达120m ,垂直精度达 1?2000。虽然BW系列垂直多轴式回转钻机得到广泛 使用,但现在日本国内水平多轴式回转钻机发展得更 快。利根钻机公司从1985年开始生产EM系列和 EM X系列水平多轴式回转钻机。日本还从法国引进了 HF系列,从德国引进了BC系列,从意大利引进了HM 系列。这些水平多轴式回转钻机轴压强度已经达到 50 M Pa,有的产品已经超过100 M Pa,挖掘能力更引人 注目,挖掘的壁厚为62320cm,最大成槽深度已经达 到170m。日本地下连续墙挖掘设备各系
4、列的技术性能 详见表。 日本地下连续墙成槽挖掘设备一览表 适 用 范 围 机械名称与系列 成槽壁厚 (cm) 成槽深度 (m) 挖 斗 式 悬垂式 蛤形抓斗 MHL5012058 M EH60180120 钻杆式 蛤形抓斗 HELLY4014060 BSP5012050 CON(大容基功)4515060 回 转 式 垂直多轴式 回转钻机 BW(利根)50120120 水平多轴式 回转钻机 EM(利根)120320170 EMX(利根)65320170 HF63320170 BC64280150 HM62300150 薄膜多轴式 回转钻机 TRU ST21(利根) 平均32170 冲击式6090
5、60 2 国外地下连续墙施工设备的现状 从国际上看,目前地下连续墙施工技术发展很快, 壁式地下连续墙施工机械常采用的有以下几种设备。 211 斗式成槽挖掘机 斗式成槽挖掘机是当前国际上得到最普通应用的 主要成槽机类型,目前最常使用的有两种:一种是机械 式钢丝绳抓斗,另一种是伸缩杆式液压抓斗。机械式钢 丝绳抓斗是一种用钢丝绳操纵的带有可更换爪与导向 装置的抓斗。该抓斗通过装在一台相匹配的起重机上, 用两个钢丝绳卷筒上的两条钢丝绳来操纵,其中一条 钢丝绳用于将抓斗下入槽内或提出槽外,另一条钢丝 绳则用来打开或闭合抓斗的抓爪(图 1) 。由于设备简 单,采用这种工艺进行地下连续墙施工还是很普遍的。
6、但在挖孔中,由于抓斗上下频繁,孔壁受到很大冲击 力,超挖现象较多,成形精度差。对于薄壁、 深度大的地 下连续墙的施工,必须有经验丰富的管理人员和技术 熟练的操作工人才能保证质量。 机械式钢丝绳抓斗还有一种用液压油缸来控制抓 斗启闭的方式。这种抓斗采用液压油缸推动斗体切土 闭斗,加大了闭斗力,适合于硬土层内成槽。另一方面 土体对斗体的反作用力(垂直向上分力)也加大,必须 有较重的抓斗重量来克服。这在抓斗的设计与液压系 统的匹配方面是一个大的难题,如解决不好,则会失去 液压抓斗的优越性。 伸缩杆式液压抓斗(图 2) 是一种装在伸缩式主动 钻杆上的由液压操纵的抓斗,具有可更换的抓爪及导 94施工技术
7、1997. No. 1 向装置。这种设备开挖时噪声和振动很小,对周围土层 的扰动也少。因此它是在松散砂层、 软粘土或开挖时需 仔细控制剪切作用的灵敏性土层中进行开挖的理想设 备。这类设备抓斗内装有倾斜控制仪器,可以调整立柱 垂直度或调整抓斗在导杆上的安装情况,因此成槽精 度较高。 由于抓斗对土质适应性和抓斗自重有关,而伸缩 杆式液压抓斗因增加了导杆重量,在使用中抓斗挖土 能力较强,受到了国外许多基础施工公司的好评。 图1 德国宝峨公司生产的 机械式钢丝绳抓斗 图2 意大利卡沙特兰地公司生 产的伸缩杆式液压抓斗 图3 BW型垂直多轴式回转钻机结构 212 回转式成槽机 回转式成槽机目前在国际上应
8、用范围很广,发展 速度也很快。它是一种以潜水电动机为动力,通过多轴 旋转钻头的无钻杆的钻机。这种钻机由于无需安装钻 杆节省了时间,动力靠近钻头,所以功率消耗小,利用 重力定向,钻孔垂直精度高。回转式钻头对土层进行切 削,所切削的土被混在泥浆中,以反循环方式从钻机中 心的排浆管吸出槽外。有用垂直轴钻头挖掘的垂直多 轴式回转钻机和用横轴滚筒切削的水平多轴式回转钻 机两种型式。前者是日本利根公司发明并独家制造的 (图3),但是它只能适用壁厚为1120m地下连续墙工 程的施工,施工速度也比后者慢,因此生产的数量逐年 减少。 近年来,国际上大型地下连续墙的工程大多使用 水平多轴式回转钻机。这种反循环的成
9、槽钻机,可穿透 范围很大的土层,如粘土层,粉砂层、 砂层、 砾石层以及 岩石等。在硬土层和岩石中使用这种机械时,不需要冲 击,避免了由此而产生的振动,是城市施工使用的一种 理想工具。 液压滚铣式成槽机是为适应于极坚硬地层和岩石 中的构筑深部地下连续墙的需要而开发的一种新型挖 掘机。这种成槽机也是依据反循环原理,由液压运转的 滚铣式破碎机械。这种成槽机械有两个带有切削齿的 铣削轮,由重型液压马达单独驱动,铣削轮本身又驱动 一切削链条,以保证在整个槽宽范围内进行铣削。该液 压滚铣式成槽机在铣削轮附近装有一台大功率的潜水 泵,它可将土层及岩石的碎屑连同槽内的护壁液体一 起输送到地表,以清洗槽底并重复
10、循环。两个铣削轮可 以被独立驱动,其速度可以调节,以适应土层的变化或 借此来校正墙的垂直度。液压滚铣式成槽机挖槽深度 可达100m ,并确保槽的垂直度在2以下。 从发展的趋势来看垂直多轴式回转钻机正在被逐 渐淘汰。因此,水平多轴式回转钻机和液压滚铣式成槽 机将在国际工程上得到更为普遍地应用。 213 冲击式成槽机 冲击式成槽机是在兼有排土功能的钻筒端部安装 上冲击钻机,操作各种形状的冲击钻头,可以反复挖 掘,横向移动,适用于中等规模的地下连续墙的施工, 设备简单,操作容易,对地质条件适应性良好。但工效 低,成槽质量差,国际上采用此种方法进行地下连续墙 施工的已越来越少。 柱列式地下连续墙是由预
11、制桩、 灌注桩等多种排 列的临设墙,与壁式地下连续墙施工法有所不同。如果 作为主体结构一部分使用的话,它需具有低噪音,低振 动和周围地基不下沉的特点。施工机械除了使用预制 05施工技术1997. No. 1 桩和灌注桩的机械外,还可使用注入砂浆或水泥浆施 工法。目前多采用多轴的螺旋钻机进行施工。 3 地下连续墙施工设备的发展趋势 地下连续墙施工技术至今已有近50年的历史。这 期间各种施工法的问世以及与此相关的成槽机械的开 发,质量管理的进步,都有了飞跃的发展。特别是成槽 精度的控制、 槽壁稳定的研究、 稳定液的研制、 单元槽 段接缝的开发、 高强度混凝土技术的应用等都有进一 步的突破。地下连续
12、墙技术将向大深度、 高精度方向发 展。为使大深度地下连续墙成为必要而又可能,抓斗式 挖槽机的施工深度达到100m是比较经济的。 市场上应 生产出能达到200250m深度的水平多轴式回转钻 机。用发展的眼光看,抓斗式挖槽机的成槽壁厚应为 01452100m;水平多轴式回转钻机成槽壁厚应为 01404100m。 最近日本试验完成一种薄膜防水壁地下连续墙施 工法的专用挖掘设备,称之为TRU ST - 21型成槽机 (图4),并达到实用效果。这种成槽挖掘机成槽的最小 壁厚为0120m ,成槽深度达200m ,在一般的砂土和中 等硬度岩石中都能适应,并且通过泥水固化可以得到 透水系数为10- 610-
13、8cm?s的防水壁。说明地下连续 墙还将向着超薄型、 大深度的方向发展。 图4 TRU ST- 21型成槽挖掘机结构 总之,随着施工技术的不断进步,开发适用的高强 度混凝土截面的地下连续墙的课题,水下连续墙的施 工方法的研究以及如何加快地下连续墙的施工速度, 实现自动化施工管理等方面都将会有新的突破和大的 发展,而与之相关的深槽挖掘设备也必将有大的改进 并有新机型的问世。 作者单位:天津建筑科学研究所 300193 收稿日期: 19961008 你想对项目进行动态跟踪控制吗? 最佳选择是 M S Project+中文伴侣 自动计算:网络计划参数,关键路径,时差自动生成:横道图,单代号和双代号网
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