地下连续墙抓斗的技术发展动态

地下连续墙抓斗的技术发展动态

上海海事大学2010-01-18

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地下连续墙是近些年来在重型基础工程和地下工程中迅速发展和广泛应用的一项新技术，是指用专用的挖槽(孔)设备，沿着预定深基础位置或原有地下构筑物周边，开挖出一个具有一定宽度与深度的沟槽(或孔)，然后在槽(或孔)内设置钢筋笼，浇筑混凝土，筑成墙段(或孔柱)，并以某种接头方式连接成一道连续的地下钢筋混凝土墙体。地下连续墙的用途十分广泛，主要用于建筑物的地下室、地铁、隧道、码头、水利防渗墙、挡土墙等。近年来，高层建筑的大量兴建以及地下室的综合开发利用，建筑基础工程规模越来越大，基础的深度也越来越深，各种先进的大型基础施工装备的应用越来越多。因此，开发研制出满足我国基础建设高速发展要求的先进的连续墙抓斗迫在眉睫。

1.地下连续墙技术现状

地下连续墙是根据作围堰及打井和石油钻井、使用泥浆护壁和水下浇注混凝土等方法综合发展起来的。地下连续墙发源于欧洲，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆地下连续墙施工，最早的地连墙工程是1950年采用抓斗施工的意大利SantMarciaDam的截水墙。20世纪50～60年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术，日本于1959年引进抓斗式地下连续墙设备，用于水坝围堰截水墙工程。我国在50年代中期，水电部在水库上采用冲击钻孔施工作为防渗帷幕墙。经过几十年的发展，地下连续墙技术已经相当成熟，其中在日本已经累计建成了1500万m2以上，目前地下连续墙的最大开挖深度为140m，最薄的地下连续墙厚度为20cm。目前我国还没有具有独立知识产权的连续墙施工机械，先进的施工设备还得依赖进口。

2.抓斗施工连续墙的工艺过程

连续墙施工有多种施工工艺和相应配套施工设备，其中以抓斗施工连续墙工艺应用最为广泛，其施工工艺流程为：①修建导墙。在测量放样的位置开挖相应宽度和形式导墙，根据导墙的形式浇注一定配筋率的混凝土，导墙拆模后立即回填素土并夯实，以防止导墙变形不稳定。②配制护壁泥浆。一定配比的泥浆是连续墙成槽过程中防止槽壁坍塌的主要因素，直接影响混凝土的浇注和地下连续墙的质量，泥浆的配比至关重要。③开挖槽段。开挖槽段是连续墙施工的关键工序，直接影响连续墙的垂直度精度和外观质量，按照设计要求划分单元槽，用抓斗机械开挖槽段，开挖过程中要时刻注意防止槽壁坍塌和控制垂直精度。成槽完成后要清底换浆。④制作并放置钢筋笼。根据设计要求制作一定配筋量的钢筋笼，用吊车将钢筋笼放置到槽段中。⑤浇灌混凝土。钢筋笼吊放完毕应及时浇注设计要求标号的混凝土，在浇筑过程中要控制

浇注速度，以保证浇注质量。具体施工工艺如图1所示。

图1 连续墙施工工艺图

3.连续墙抓斗装置的技术发展趋势

抓斗建造地下连续墙技术是目前国际上应用最普遍的成槽施工技术，纵观国内近几年来的专利技术及相关文献报道，地下连续墙抓斗技术呈以下发展趋势：

（1）抓斗用钢丝绳悬挂在专用吊臂上，液压动力取于底盘；

（2）设有抓斗纠偏装置，导向性能好，可以确保高质量挖槽；

（3）液压软管和悬挂抓斗钢丝绳，在抓斗升降时均保持同步；

（4）主要调控参数都在操纵室的电脑屏幕显示，并有数据记录和打印设备；

（5）抓斗多功能化，可配备多种规格的工作装置满足施工要求；

（6）大量采用节能技术和绿色化措施，满足低噪声、低振动和低排放的环境要求。

以下对国内最近发展的几种地下连续墙抓斗的相关技术做具体介绍，供企业、研究机构及相关人员参考。

3.1可调导板式地下连续墙液压抓斗

地下连续墙槽段开挖是地下连续墙施工中关键的工序，挖成的槽壁形状基本上就是连续墙的形状，其垂直度控制得成功与否直接关系到连续墙的质量。垂直精度不够会带来很多连锁反应：①钢筋笼吊放困难，易擦伤壁面，刮落泥膜而增加沉淀物，影响混凝土质量；②端板施工接缝，因擦破端板的编织布而导致漏浆，增加处理上的困难，影响连续墙的施工；③连续墙是结构墙时，因垂直精度不够，横向钢筋搭接不准，

而违反设计要求，将对结构安全造成不利影响。所以连续墙的垂直精度要求也越来越高，垂直精度要求达到1/200甚至1/400。这就要求连续墙施工设备具备控制成槽垂直精度的功能。现在的钢丝绳悬挂式液压抓斗和半导杆式液压抓斗都安装了可调整导板，可控制槽段的垂直精度。所以这两种液压抓斗都称为可调导板式液压抓斗。国内可调导板式液压抓斗以上海金泰工程机械有限公司生产的SG系列和北京三一重机有限公司生产的SH系列为代表[1]。

上海金泰工程机械有限公司生产的SG系列如图2，图3所示，抓斗的设计采用了长导向、低重心，并装有副齿来平衡工作时的力矩，减少偏斜。抓斗配备纠偏导板和纠偏仪，通过纠偏仪实时检测抓斗的状态并发送到处理器进行处理，由处理器发出纠偏信号到液压控制油缸，通过油缸的伸缩来调整抓斗的状态。在工作中能随时对槽壁进行修整。配备的先进电子测量系统，对抓斗的深度及位置方向可由屏幕准确地显示出来，可精确到0.01度。在首钢搬迁、上海世博园、北京地铁、天津地铁2号线、上海地铁等各项国家重点工程中得到的运用。

图2 SG液压抓斗图图3 SG系列抓斗简图

北京三一重机有限公司生产的SH系列可调导板式液压抓斗，如图4、图5所示，纠偏调整机构采用了不同于上海金泰工程机械有限公司生产的SG系列，工作装置导向部分采用框架式结构，导向架与导向体通过四个纠偏油缸实现±3°的纠偏，导向架与滑轮机构之间装有两个侧向纠偏油缸，能实现侧向±2°的纠偏，或者导板侧面带有4组液压推板，通过这四组液压纠偏油缸可实现±2°的纠偏，来确保成槽精度。由于框架式结构的导向部分很长，能够确保成槽精度。SG系列液压抓斗的控制系统采用CAN_BUS总线控制，安装在抓斗上的倾角传感器实时检测抓斗的状态，处理器将收集到的信号进行处理并发出控制纠偏油缸的信号，调整抓斗的状态，控制成槽的精度。

图4 SH系列液压抓斗图5 SH系列液压抓斗简图

3.2 TG40地下连续墙液压抓斗[2]

图6为北京南车时代重工机械有限公司开发的TG40地下连续墙液压抓斗简图。该抓斗主要由专用底盘、主卷扬、液压胶管卷盘、电缆卷筒、变幅油缸、臂架、顶部滑轮组、抓斗等部件组成，采用电液控制，能够实现动力系统与液压系统的合理匹配，发挥整机的最大工作效率。

1-底盘、2-主卷扬、3-液压胶管卷盘、4-电缆卷筒1-外体、2-横纠油缸、3-纵纠油缸、4-回转

5-变幅油缸、6-臂架、7-顶部滑轮组、8-抓斗5-开闭斗油缸、6-推杆、7-导向架、8-内体、9-抓斗

图6 TG40地下连续墙液压抓斗简图图7 抓斗结构简图

该装置的抓斗采用钢丝绳悬吊并利用液压操作，主要由外体、内体、推杆、开闭斗油缸、铲斗等部件构成见图7，垂直安装于斗体内的油缸可提供1200kN的闭斗力,,开闭斗时间仅5/10s，确保了施工效率。抓斗内体装有倾角传感器，当倾角显示超出允许值时, 操纵纠偏装置进行纠正。TG40抓斗采用横向、纵向两组油缸纠偏, 纠偏动作平稳、速度快。TG40抓斗还根据工地的实际作业情况增设了抓斗头部回转功能，