張鵬 吳閻松
（上海工程機械廠有限公司，上海 200072）
摘要：TRD-D 工法機是適用于地下深層水泥土攪拌等厚連續(xù)墻工法施工專用設(shè)備，具有工作穩(wěn)定性好、性能可靠、操作便捷和相對施工成本低等技術(shù)特點，符合地下施工發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：TRD 工法；水泥土攪拌連續(xù)墻；切割箱；切割刀；橫向切削；傾斜儀
一、TRD工法概述
TRD工法（Trench cutting Re-mixing Deep wall method）通常叫做“地下深層水泥土攪拌等厚連續(xù)墻工法”，與目前傳統(tǒng)的單軸或多軸鉆機（SMW工法）所形成的柱列式水泥土攪拌連續(xù)墻不同。TRD工法由專業(yè)設(shè)備——TRD工法機來實現(xiàn)，將裝配有切割刀具傳動鏈條的方形箱體（切割箱體）插入地下，然后進行橫向推進成槽，同時刀具鏈條進行循環(huán)切割攪拌，并從前端切削箱體頭部向原地基中噴射水泥漿和高壓氣體，使得原地基中的土壤與注入的水泥漿進行充分的混合攪拌，最終形成等厚的、無縫搭接的水泥土攪拌連續(xù)墻。
最早在日本作為臨時性的支護墻或防滲墻，廣泛地被應用于地鐵車站、基坑圍護、垃圾填埋場、污染源的密封隔斷、護岸、液狀化對策等多種用途中，上世紀九十年代在日本已規(guī)模施工，據(jù)不完全統(tǒng)計，至2013年，已完成施工工程約500多項，總墻體表面積約為300萬m2。TRD工法可以在直徑小于100mm的卵礫石和單軸抗壓強度≤5MPa的極軟巖中施工，在一般的砂土地基中也可進行大深度防滲墻的施工，最大施工深度業(yè)績達到61m。自2009年該工法引進中國后實施了約20多個成功案例。
二、設(shè)備技術(shù)背景
2009年，中國施工單位從日本引進了2臺2000年生產(chǎn)的二手TRD設(shè)備，其底盤形式為履帶起重機底盤，施工作業(yè)能力明顯下降，維修頻率較高，不僅施工成本較高，而且存在售后服務周期過長的問題，無法保證項目的施工進度，并存在被埋鉆的風險。隨著TRD工法在國內(nèi)的成功應用，也得到了工程設(shè)計單位和施工單位的廣泛認可，TRD工法在中國逐漸得以推廣使用，同時也積累的豐富的施工經(jīng)驗，逐步走向規(guī)范化、市場化。
上海工程機械廠有限公司自2008年起始終研究TRD施工技術(shù)和TRD施工設(shè)備，2009年曾引進了TRD施工設(shè)備——立式銑槽攪拌機（TCM）,進行了大量的施工試驗和技術(shù)研究，為開發(fā)TRD新型設(shè)備積累和總結(jié)的大量TRD工法設(shè)備應用經(jīng)驗。2012年底，完全自主研發(fā)的國產(chǎn)TRD-D工法機應運而生，如今已經(jīng)形成批量生產(chǎn)。
三、TRD-D型工法機結(jié)構(gòu)及原理
TRD-D工法機施工墻體寬度為550mm～900mm，施工深度61m，結(jié)構(gòu)緊湊應用性強。完全自主知識產(chǎn)權(quán)，申報多項專利，并通過了上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目（A類）。
圖3-1 TRD-D工法機
1-立柱 2-門架 3-斜撐 4-驅(qū)動部 5-駕駛室 6-動力柜 7-步履主機（包括步履、主平臺、支腿） 8-切割箱 9-切削刀 10-液壓系統(tǒng) 11-電氣系統(tǒng) 12-注漿系統(tǒng) 13-傳動鏈
驅(qū)動部驅(qū)動裝有切削刀的傳動鏈在切割箱上循環(huán)運動，通過切削刀具運動，產(chǎn)生對土壤的切削能力。通過立柱上的油缸將驅(qū)動部和切割箱向下推動，將具有切削能力的切割箱插入土壤，并不斷續(xù)接切割箱、傳動鏈，直至切割箱插入到施工設(shè)計標高。然后做橫向切削。通過門架上、下橫移油缸推動立柱在門架上運動，實現(xiàn)橫向切削土壤。在驅(qū)動部帶動鏈條循環(huán)運動，同時通過切割箱體內(nèi)的漿管注入水泥漿和高壓空氣，通過鏈條和切削刀的回轉(zhuǎn)運動，在深度方向上將注入水泥漿液與各層土全方位攪拌、混合，使之成為在地下澆筑的質(zhì)量均勻的連續(xù)墻體。完成一段墻體（長度約1沿米）后，步履主機向前移位，進行下一段延伸，由此實現(xiàn)連續(xù)墻體施工。
圖3-2 切割箱下鉆過程
四、各機構(gòu)技術(shù)特點
1、步履式底盤
步履式底盤由前后橫船、左右縱船共四個步履組成。主平臺通過八只支腿油缸支撐在步履上，在傳統(tǒng)樁架底盤的基礎(chǔ)上，強化了支腿油缸運動的精確度和同步度，支持聯(lián)動和點動兩種動作模式，可靈活應對不平整的場地施工行走。步履行程長度按照施工步長和工位設(shè)計，以提高機動性和施工效率。前、后橫船采用獨特機構(gòu)，將切削的反作用力通過主平臺直接傳遞到橫向步履上，保護支腿油缸免受橫向推力而損壞。
2、動力系統(tǒng)
動力系統(tǒng)采用柴油機及電動機雙動力配置。主動力液壓系統(tǒng)由柴油機提供動力，用于驅(qū)動TRD-D工法機的切削機構(gòu)，副動力液壓系統(tǒng)由電動機提供，用于驅(qū)動工作動作及行走機構(gòu)運行。同時配備了雙動力切換系統(tǒng)，可以實現(xiàn)油→電、電→油的雙向動力切換，可以應對突發(fā)事故，以防萬一，在夜間墻體養(yǎng)生時，可用副動力驅(qū)動切削機構(gòu)低速運轉(zhuǎn)，防止切割箱被泥土抱死，既節(jié)省能源又降低噪聲污染。
3、驅(qū)動部
驅(qū)動部分選用進口液壓馬達，由主動力柜供油驅(qū)動，經(jīng)減速機和驅(qū)動輪，以低速大扭矩的形式帶動切削機構(gòu)工作。根據(jù)深層切削時切割箱的受力原理，進行了實驗和技術(shù)分析，為達到切削能力和保護機構(gòu)安全進行合理化設(shè)計，保證切削進給推力，對切削機構(gòu)進給時垂直和傾角運動智能控制，又可靈活性調(diào)整，大大提升了工作效率。門架上設(shè)計的移位機構(gòu)可供驅(qū)動部移位切割，使其橫向位移范圍覆蓋整個機身兩側(cè)邊緣，能夠靠進圍墻極限施工。
4、電氣系統(tǒng)
主要工作機構(gòu)均有智能監(jiān)測元件，監(jiān)控和反饋機構(gòu)工作狀態(tài)，通過控制器和觸控式顯示器來實時檢測數(shù)據(jù)，指導操縱。前部切削機構(gòu)可通過程序控制實現(xiàn)自動糾偏，保證了成墻精度，減輕了駕駛員的勞動強度。切割過載控制和保護系統(tǒng)，避免意外超載造成安全事故或機械損壞。
切割機構(gòu)的切割箱內(nèi)均勻布置著傾斜計若干，實時監(jiān)控成墻角度，傾斜計內(nèi)部采用了高抗震抗沖擊的機芯元件，使用更可靠，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，施工精度更準確。
5.切割箱（201310120942.9）
切割箱是切削機構(gòu)的基本組成部件，有3.65m、2.42m、1.22m三種長度規(guī)格的切割箱，其中3.65m切割箱分輕型和重型兩種，3.65m重型切割箱配置5節(jié)，施工時安裝在最頂端，2.42m、1.22m的切割箱均為重型，用于施工深度調(diào)節(jié)之用。根據(jù)施工項目深度組合搭配使用，施工深度40m以內(nèi)可選用3節(jié)重型切割箱，大于40m均要選用5節(jié)重型切割箱。端部切割箱是裝有潤滑系統(tǒng)和噴漿系統(tǒng)的獨特箱體，頭部安裝有引導輪，引導傳動鏈和切削刀的運轉(zhuǎn)。切割箱內(nèi)部布有2根漿管、2根氣管、1根潤滑油管和1根傾斜儀安裝管。漿、氣管用于成墻過程中的注漿噴氣工藝，潤滑油管則用于給前端切割箱的引導輪內(nèi)部補充潤滑油脂。傾斜儀安裝管內(nèi)均勻布置著傾斜計若干，實時監(jiān)控成墻角度，切割箱連接處的管路由密封套進行連接， 分別用于各管路的密封。
圖4-1 切割箱端部
6、傳動鏈
通過采用科學的實驗手段對軌鏈的結(jié)構(gòu)進行了受力分析，對應力集中點和受力較大的部位進行了有效設(shè)計，對受力容易疲勞的鎖緊節(jié)在結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面均采用了高端技術(shù)，提高了其強度和韌性，從而大大提高了軌鏈整體力學性能,性能優(yōu)越進口產(chǎn)品。
7、刀具
切削機構(gòu)的刀組由十余種形式各異的刀具組成。經(jīng)過科研攻關(guān)，刀具具有強度高，重量輕的特點，不僅可以應對各種地層，在安裝時也更輕便高效。根據(jù)切削深度及地質(zhì)，刀組采取不同的搭配方式，最終排列成每組刀具可以均勻切割整個切削寬度的狀態(tài)。
圖4-2 切削刀排布
其中2號刀具由于具備逆刃故作為刀組的必備刀具，不可被替代。對各種形式的切割刀申請了多項專利（專利號：ZL200930228993.8）
8.專用傾斜儀。(專利號: 201310171219.3)
為了實時監(jiān)控切削機構(gòu)的工作狀態(tài)以及成墻精度，組成切削部分的各段切割箱體中，均勻布置了TRD-D工法機專用的傾斜儀若干。每支傾斜儀分為兩段，分別檢測X、Y軸兩個方向的傾角值，通過傾斜儀上的彈性卡輪沿著方形管道插入切割箱體內(nèi)部。各傾斜儀間通過連接桿連接，按施工最大深度設(shè)計6只傾斜儀同時監(jiān)測切削機構(gòu)在地底的實際工況。傾角檢測精度高，通過換算，在顯示屏上直觀地顯示為切割箱偏離位移量，供駕駛員及時糾偏。關(guān)于傾斜儀的深度選配方面，在屏幕內(nèi)置的下拉框中可選擇作業(yè)深度，根據(jù)界面上顯示的傾角傳感器、桿端、中繼桿、延長桿的安裝選配指導進行使用和操作。并且，系統(tǒng)內(nèi)置的存儲器會自動保存監(jiān)控數(shù)據(jù)，以供需要時檢閱。
圖4-3 傾斜儀選擇界面
傾斜儀的芯片采用進口高抗震型內(nèi)核，檢測精度高，響應速度快，能及時反饋出切削機構(gòu)在地底的工作情況，避免突發(fā)性的埋鉆事故。整個傾斜儀采用封閉式密封結(jié)構(gòu)，通過防水接頭相互連接。經(jīng)實踐檢驗，即使在泥水中長期浸泡，仍能保證正常工作。
9.引導輪可靠耐用，通用性強。(專利號:201310486993.3)
引導輪安裝在切割箱體的端部，具有高硬度和高耐磨性，并且軸承和密封均具有尖端技術(shù)保證其可靠性。切削機構(gòu)的引導輪由于深埋于地底數(shù)十米處，工況惡劣，為了確保其轉(zhuǎn)動靈活并且經(jīng)久耐用。在密封形式上采用了多層+迷宮密封形式。并且配備潤滑油補油系統(tǒng)，通過主機平臺上的潤滑油泵，經(jīng)由切割箱體內(nèi)部的潤滑油管路和配油閥組，每隔一段時間為引導輪內(nèi)部補充潤滑油脂，并維持引導輪內(nèi)外部的壓力平衡，保證其內(nèi)部不受泥漿侵蝕。同時為了滿足市場需求，TRD-D工法機的引導輪的具有高度互換性，可為市場上現(xiàn)有的進口TRD工法設(shè)備提供替換服務。
五、TRD-D工法機功能特點
1.專用步履底盤，穩(wěn)定性強，移位精準。
在TRD工法使用中，步履式相對履帶式底盤具備兩大優(yōu)勢。一是穩(wěn)定性優(yōu)勢。四只步履相對兩條履帶，接地面積提高了很多，加以八個支腿油缸作為支點使得平臺更為穩(wěn)定，不受地平狀態(tài)影響，為前端切削機構(gòu)的出力最大化提供了堅強的后盾。二是移位精準度。機身沿成墻方向橫向行走時，機身沿前步履軌道移動，直線度能夠保證，前端切削機構(gòu)相對較重影響，在對樁位時四個方向均很靈活精準，大幅提高了工作效率。
2.低空作業(yè)，穩(wěn)定安全。
圖5-1 TRD-D工法機與三軸鉆孔機比較
相比傳統(tǒng)工法，TRD-D工法機具備施工高度低的優(yōu)勢，使設(shè)備整體重心下降，更加安全穩(wěn)定，排除了傾覆的可能性。而拆去上部立柱后，施工高度可降至7米以內(nèi)，可以勝任類似室內(nèi)、高架橋下等一些限高的項目工程。
3.作業(yè)面廣，不受場地外圍限制。
圖5-2 側(cè)方位施工狀態(tài)
驅(qū)動部與門架之間設(shè)有雙向移位機構(gòu)，根據(jù)使用需要，將橫切油缸安裝在不同的位置，可供驅(qū)動部移位切割，使其橫向行走范圍覆蓋整個門架，由此能夠靠墻極限施工，離墻體安全距離600mm處施工。在一些空間狹小，或者緊靠建筑物的場合，TRD-D工法機可借此優(yōu)勢滿足其他同類設(shè)備無法達到的施工要求。
4.全智能控制，操作便捷。
圖5-3 控制顯示界面
駕駛員可以由駕駛室內(nèi)了兩個顯示屏的監(jiān)控數(shù)據(jù)來觀察整機的工作參數(shù)。駕駛員通過其中一個顯示屏對切割箱傾斜儀的設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)測，指他施工操作控制。駕駛員通過另一個顯示屏，對發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、切割速度、負載提升力、切削力等施工參數(shù)和整機工作狀態(tài)監(jiān)測，指導操縱。通過智能系統(tǒng)，自動控制垂直切削，動力超載，遇到障礙物應急處理等工作，減輕了駕駛勞動，操作輕松便捷。
六、應用案例
TRD-D工法機自投入市場以來，完成了諸多工程施工，整機性能經(jīng)受了各種地質(zhì)條件的嚴峻考驗，并獲得很好的使用效果。主要重點工程及其施工特點如下表所示：
綜上所述，TRD-D工法機是一種符合地下施工發(fā)展趨勢，工作穩(wěn)定性好，性能可靠，相對施工成本低，功能全面，并經(jīng)受了工程考驗的具有顯著高技術(shù)特點的新型地下連續(xù)墻施工設(shè)備。
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