土壓平衡盾構(gòu)機(jī)磨樁施工技術(shù)

白枝奉

(中鐵十六局集團(tuán)北京城市軌道建設(shè)有限公司, 北京 101100)

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)磨樁施工技術(shù)

白枝奉

(中鐵十六局集團(tuán)北京城市軌道建設(shè)有限公司, 北京 101100)

盾構(gòu)磨樁施工不同于正常掘進(jìn)，應(yīng)充分考慮地質(zhì)水文條件對(duì)盾構(gòu)磨樁施工過程造成的影響。文章結(jié)合昆明地鐵八標(biāo)環(huán)城南路站～昆明火車站站區(qū)間的盾構(gòu)施工,系統(tǒng)闡述利用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)切削磨除侵限樁基的施工工藝和施工參數(shù)。首先結(jié)合昆明地鐵地質(zhì)條件,分析了磨樁施工過程中存在風(fēng)險(xiǎn),在此基礎(chǔ)上,提出了針對(duì)昆明地鐵地質(zhì)條件的磨樁施工技術(shù),包括盾構(gòu)機(jī)改造、掘進(jìn)速度、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、磨樁過程中的輔助措施等。

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)； 侵限樁基； 磨樁施工

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施的持續(xù)建設(shè)，地鐵軌道交通呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)，但受到原先城市規(guī)劃的制約，新的地鐵隧道在施工過程中將不可避免地會(huì)部分穿越大型建(構(gòu))筑物樁基群、廢樁群等?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工中樁基處理普遍采用樁基托換加人工挖孔樁破除侵限樁基方法，這些方法存在著施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)大、費(fèi)用高、工期長(zhǎng)等問題。

1 工程概況

昆明地鐵首期工程土建八標(biāo)段環(huán)城南路站～昆明火車站站盾構(gòu)區(qū)間存在多處樁基侵限(表1)。如昆明站無柱雨棚樁基侵入隧道結(jié)構(gòu)(圖1)，昆明站執(zhí)法大院房屋試樁基礎(chǔ)侵入隧道結(jié)構(gòu)(圖2)，以及昆明站地下出站大廳和鐵路局招待拆遷所遺留斷樁、殘樁。樁基形式多樣，有預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁、水泥土攪拌樁等，內(nèi)含鋼筋、鋼絞線，厚20 mm直徑500 mm的法蘭等。由于原方案輔助人工挖孔樁鑿除侵限樁基施工過程存在很多問題，后決定采用盾構(gòu)機(jī)磨樁施工。

圖1 昆明地鐵左線Dk13+697.8處無柱雨棚與地鐵隧道立面關(guān)系(單位：除標(biāo)高為m外，其余均為mm)

圖2 執(zhí)法大院房屋整體基礎(chǔ)與昆明地鐵隧道立面關(guān)系(單位：除標(biāo)高為m外，其余均為mm)

序號(hào)名稱里程樁基形勢(shì)樁長(zhǎng)1昆明站無柱雨棚樁基右IDK13+993．246600mm灌注樁30m2執(zhí)法大院房屋試樁右IDK14+018．789PC管樁400A，厚80mm16～18m3出站大廳和鐵路局招待所遺留斷樁、殘樁IDK13+856．547～I(xiàn)DK13+517．984水泥土攪拌樁

2 地質(zhì)水文情況

昆明地鐵八標(biāo)環(huán)昆區(qū)間結(jié)構(gòu)頂埋深8～15 m，隧道盾構(gòu)施工范圍內(nèi)穿越圓礫層、粉土粉砂層及黏土層。地下水水位為地表下1.00～2.50 m，潛水位為圓礫2層、粉砂3層水位，該兩層含水層有水力聯(lián)系。局部地段微具承壓性。由于環(huán)昆區(qū)間隧道盾構(gòu)施工范圍內(nèi)穿越圓礫層、粉土粉砂層及黏土層，其中粉土、粉砂層的塑流性、止水性差，在掘進(jìn)中會(huì)產(chǎn)生排土不暢或造成砂層疏干現(xiàn)象，如果地下水壓較高、含水量較多，會(huì)造成土倉(cāng)土壓不穩(wěn)定、推力增大，甚至螺旋機(jī)噴涌，施工過程需采取相應(yīng)的預(yù)防、控制措施。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

(1)構(gòu)機(jī)切削磨樁過程中如果掘進(jìn)速度過快，很容易造成盾構(gòu)機(jī)卡住。切削、碾壓磨斷的鋼筋混凝土將進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送機(jī)，螺旋輸送機(jī)也有可能被卡住，使其無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使以后的隧道無法正常掘進(jìn)。

(2)盾構(gòu)機(jī)可能受到嚴(yán)重?fù)p壞，影響后續(xù)工程施工。盾構(gòu)機(jī)穿越多處樁基，刀具可能發(fā)生較嚴(yán)重?fù)p壞，影響后續(xù)掘進(jìn)的切削能力。土壓力傳感器損壞，影響土壓控制，影響地面和建筑物、管線的沉降控制。刀盤主軸承及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于受到?jīng)_擊負(fù)荷影響可能造成損壞。

掘進(jìn)的樁尖、斷樁頭可能隨著盾構(gòu)機(jī)一起前進(jìn)造成地層超挖，影響地面沉降的控制以及后續(xù)房屋、管線的安全。

4 磨樁施工技術(shù)

4.1 磨樁掘進(jìn)前盾構(gòu)機(jī)改造

(1)刀盤均采用面板式(防止土體塌方)。

可根據(jù)磨樁多少，更換安裝10把以上滾刀，加焊30把先行刀，采用耐磨刀具，以利于更好地切削磨樁；最好選擇可前后移動(dòng)的液壓主驅(qū)動(dòng)刀盤，方便盾構(gòu)機(jī)被卡住、鉸住時(shí)脫困處理；刀盤上安裝兩個(gè)刀具磨損檢測(cè)裝置。

(2)螺旋輸送機(jī)最大出料尺寸為520 mm×340 mm，1個(gè)帶蓄能器的卸料液壓控制閘門出土口，具備在停電時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的緊急功能 ；螺旋輸送機(jī)具有前后伸縮功能 ，并且在螺旋機(jī)兩側(cè)有2個(gè)維?？冢奖銠z查維護(hù)。

(3)配備泡沫發(fā)生系統(tǒng)。

可向刀盤、土倉(cāng)壓力板、螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫劑、分散劑等，以達(dá)到渣土改良效果，從而確保推進(jìn)安全順利。

4.2 磨樁施工過程控制

4.2.1 加強(qiáng)盾構(gòu)磨樁施工過程參數(shù)控制

盾構(gòu)機(jī)磨樁施工，最大的風(fēng)險(xiǎn)在于地表沉降的控制，做好地表沉降控制主要做好“護(hù)頭、護(hù)尾、保姿態(tài)”工作，加強(qiáng)掘進(jìn)參數(shù)控制。

盾構(gòu)機(jī)磨樁施工時(shí)采用土壓平衡模式，控制壓力為理論計(jì)算土壓力+0.01～0.02 MPa。盾構(gòu)機(jī)磨樁施工過程中必須嚴(yán)格控制出土量，考慮土層的松散系數(shù)，盾構(gòu)機(jī)磨樁施工時(shí)的實(shí)際出土體積控制在48 m3。

(1)掘進(jìn)速度控制。

在推進(jìn)至樁基6 m左右時(shí)放慢推進(jìn)速度，推進(jìn)速度控制在25 mm/min左右，盾構(gòu)機(jī)在接近樁基時(shí)，再次放慢推進(jìn)速度，控制在10～15 mm/min左右減少磨樁對(duì)樁基礎(chǔ)的影響。

(2)加強(qiáng)同步注漿和二次注漿。

同步注漿原則：我部盾構(gòu)隧道管片壁后理論空隙為2.61 m3，要求實(shí)際每環(huán)注漿量控制在4.7 m3以上，注入率180 %以上，注漿壓力在0.35 MPa左右。根據(jù)建構(gòu)筑物沉降情況，及時(shí)進(jìn)行二次注漿，確保壁后空隙填充飽滿，減少地面沉降。

(3)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制。

盾構(gòu)機(jī)磨樁施工時(shí)左右存在軟硬不均，為防止盾構(gòu)機(jī)偏頭，可適當(dāng)增加局部千斤頂推力，并充分利用鉸接油缸，使盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)線路更加吻合。盾構(gòu)機(jī)磨樁施工時(shí)刀盤扭矩大，滾動(dòng)角可以通過改變刀盤旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)。

(4)盾構(gòu)磨樁過程中輔助措施。

利用盾構(gòu)機(jī)上的泡沫發(fā)生系統(tǒng)，向刀盤、土倉(cāng)或者螺旋機(jī)內(nèi)注入一定量的泡沫劑、分散劑或者其他高分子聚合物，防止產(chǎn)生“燒磚”、結(jié)“泥餅” 現(xiàn)象，或者發(fā)生噴涌事件。

(5)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中的保護(hù)。

利用數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)隨時(shí)將掘進(jìn)過程中的數(shù)據(jù)參數(shù)反饋到地面，以便指揮中心及時(shí)發(fā)出調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)的指令。加強(qiáng)設(shè)備巡檢、維護(hù)保養(yǎng)，使設(shè)備處以良好的工作狀態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)磨樁施工順利進(jìn)行。

(6)加強(qiáng)建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)。

設(shè)置建(構(gòu))筑物沉降、位移觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頻率為6 h/次。采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后及時(shí)進(jìn)行處理，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理基準(zhǔn)和變形變化速率mm/d控制要求綜合判斷結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況，及時(shí)回饋指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù)，達(dá)到安全、快速、高效施工之目的。

5 結(jié)論

昆明地鐵環(huán)昆區(qū)間盾構(gòu)磨樁施工期間刀盤扭矩相對(duì)變大，成小幅周期規(guī)律性波動(dòng)變化，未對(duì)建(構(gòu))筑物造成停業(yè)、歇業(yè)影響。我部多處磨樁施工地表、建(構(gòu))筑物最大沉降值-17 mm，建(構(gòu))筑物的沉降、傾斜度在允許范圍內(nèi)。

磨樁施工的實(shí)際過程有很大的不可預(yù)見因素，施工時(shí)還要做好盾構(gòu)設(shè)備、技術(shù)措施、沉降監(jiān)測(cè)、應(yīng)急預(yù)案等各方面的準(zhǔn)備。周密策劃、精心施工是可以使地鐵盾構(gòu)在滇池?cái)嘞菖璧氐刭|(zhì)條件下成功穿越建(構(gòu))筑樁基礎(chǔ)的保證。

[1] 楊自華,鐘志全.泥水盾構(gòu)穿越樁基礎(chǔ)掘進(jìn)施工[J].建筑機(jī)械化,2007,(9):51-53

[2] 黃巍.淺析盾構(gòu)機(jī)穿越多層房屋樁基基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施[J].建設(shè)監(jiān)理,2007,(6):90-92

白枝奉(1982～)，男，工程師，主要從事地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)管理及研究工作。

U455.43

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[定稿日期]2015-02-05