軟土盾構(gòu)切削地下障礙物施工技術(shù)

□文/趙則超

軟土盾構(gòu)切削地下障礙物施工技術(shù)

□文/趙則超

以天津地鐵2號(hào)線某區(qū)間盾構(gòu)機(jī)切削鋼筋混凝土樁基為研究對(duì)象。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)、主驅(qū)動(dòng)、螺旋輸送機(jī)等進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)并在施工中控制好各項(xiàng)參數(shù)，制定了針對(duì)性施工措施，順利切削地下鋼筋混凝土樁，確保區(qū)間順利貫通。

盾構(gòu)機(jī)；切削；軟土；障礙物；地鐵

隨著城市發(fā)展，地下空間資源逐漸減小，地鐵線路受各種因素制約，不可避免的要穿越地下障礙物，增加了施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。本文通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)切削障礙物針對(duì)性設(shè)計(jì)和穿越過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定及控制措施進(jìn)行分析。

1　工程概況

天津地鐵某區(qū)間，隧道外徑6.2m、內(nèi)徑5.5m，采用φ6.41m土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。盾構(gòu)正穿一根城市地道臨時(shí)格構(gòu)柱，格構(gòu)柱直徑1m，8根φ20mm主筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25；盾構(gòu)斜穿五經(jīng)路地道圍護(hù)結(jié)構(gòu)，φ800mm@600mm工法樁，H型鋼已拔除，見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　盾構(gòu)穿越城市地道平面

圖2　盾構(gòu)穿越城市地道剖面

盾構(gòu)機(jī)切削樁基部分土體物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1　盾構(gòu)切削樁基的物理力學(xué)參數(shù)

2　盾構(gòu)機(jī)切樁技術(shù)措施

2.1盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)

為使盾構(gòu)直接切削樁基，參考國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例，對(duì)軟土盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)，提高了盾構(gòu)機(jī)切削鋼筋混凝土的能力。

1）刀盤(pán)針對(duì)性配置了12把滾刀（刀高175mm）、8把中心撕裂刀（刀高175mm）、61把撕裂刀（刀高160mm）。撕裂刀全部采用貝殼刀并進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

2）刀盤(pán)開(kāi)口較大處焊接隔板，避免大塊混凝土塊進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，見(jiàn)圖3。

圖3　刀盤(pán)

3）主驅(qū)動(dòng)總功率945 kW，額定扭矩5 537 kN·m、脫困扭矩6621kN·m。采用伸縮式主軸承。刀盤(pán)主軸承沿盾體軸線前后200mm范圍內(nèi)伸縮。

4）螺旋輸送機(jī)功率200 kW，額定扭矩199 kN·m，脫困扭矩244 kN·m。螺旋輸送機(jī)檢查口由2個(gè)增加到3個(gè)，有利于清除螺旋機(jī)內(nèi)障礙物。螺旋輸送機(jī)的功率較常規(guī)軟土盾構(gòu)機(jī)有所加強(qiáng)，提高了脫困能力。

2.2切削期間參數(shù)設(shè)定及應(yīng)對(duì)措施

1）穿越格構(gòu)柱施工過(guò)程中，速度控制在10～15mm/min，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1.4r/min左右。

2）加強(qiáng)扭矩監(jiān)測(cè)，先將刀盤(pán)伸出10 cm，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，縮回刀盤(pán)，防止卡死。

3）刀盤(pán)前方注入膨潤(rùn)土，建立土倉(cāng)壓力，減少刀具的磨損和增加土體的和易性，密切注意土倉(cāng)壓力。

4）后方通過(guò)二次注漿形成止水環(huán)，防止后方來(lái)水進(jìn)入土倉(cāng)，造成噴涌。

3　切削期間參數(shù)分析

為方便盾構(gòu)切削樁體期間各項(xiàng)參數(shù)變化情況，本文選取了切樁期間盾構(gòu)機(jī)參數(shù)與正常掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)機(jī)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)比較在切削障礙物期間盾構(gòu)參數(shù)和正常掘進(jìn)相比發(fā)生較大變化，首先掘進(jìn)速度降低到正常速度的1/3約為10mm/min；刀盤(pán)扭矩較正常掘進(jìn)增加較大且發(fā)生較大波動(dòng)；土倉(cāng)壓力和推力較正常掘進(jìn)有所降低，約為正常階段的86%。

1）掘進(jìn)速度。盾構(gòu)正常掘進(jìn)期間速度維持在30mm/min，掘進(jìn)速度較為平穩(wěn)，切削樁體期間速度降低到10mm/min左右，掘進(jìn)速度受障礙物影響波動(dòng)較大。

2）刀盤(pán)扭矩。盾構(gòu)正常掘進(jìn)期間扭矩約為2.6MN·m，切削樁基期間扭矩約為3.4MN·m且通過(guò)障礙物期間波動(dòng)較大，在刀盤(pán)拉斷鋼筋時(shí)，扭矩最大達(dá)到4.5MN·m，為刀盤(pán)脫困扭矩(6.619MN·m)的68%。

3）土壓。盾構(gòu)在切削鋼筋混凝土樁期間推進(jìn)速度慢，掘進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，土體改良劑持續(xù)注入，渣土不能持續(xù)排出，易噴涌，需要不斷調(diào)節(jié)螺旋機(jī)閘門(mén)保持土倉(cāng)壓力，土倉(cāng)壓力較正常掘進(jìn)狀態(tài)略小，基本處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

4）推力。受土倉(cāng)壓力及推進(jìn)速度降低，推力也相應(yīng)較正常掘進(jìn)略低，為正常掘進(jìn)狀態(tài)的86%，能夠維持較為平穩(wěn)狀態(tài)且波動(dòng)幅度不大。

5）螺旋機(jī)排除鋼筋。螺旋筋排除鋼筋長(zhǎng)度約為1.2m，呈螺旋扭曲狀，通過(guò)與正常段對(duì)比掘進(jìn)期盾構(gòu)參數(shù)變化及鋼筋斷口情況判斷。盾構(gòu)機(jī)切削鋼筋首先是刀具對(duì)鋼筋進(jìn)行了一定的破壞，接著鋼筋剝離混凝土約束，被盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)拉斷，盾構(gòu)機(jī)沒(méi)能有效按照撕裂刀軌跡線將鋼筋切削成小段。

4　結(jié)論及建議

1）通過(guò)前期對(duì)類(lèi)似工程進(jìn)行調(diào)研，會(huì)同盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)商及施工單位針對(duì)本工程點(diǎn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了加強(qiáng)型設(shè)計(jì)，盾構(gòu)機(jī)順利切削了區(qū)間障礙物，樁基鋼筋沒(méi)有對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)及螺旋機(jī)造成過(guò)大障礙，確保了該區(qū)間順利貫通。

2）盾構(gòu)機(jī)沒(méi)有將鋼筋按照軌跡線進(jìn)行切割成小段且盾構(gòu)機(jī)切樁期間發(fā)生了一次刀盤(pán)卡死現(xiàn)象，通過(guò)反轉(zhuǎn)正常，若鋼筋直徑較大可能會(huì)對(duì)刀盤(pán)和螺旋機(jī)造成較大障礙。

3）盾構(gòu)機(jī)切樁期間發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)扭矩急劇增加時(shí)，及時(shí)停機(jī)避免刀盤(pán)卡死。

4）建議通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)刀具設(shè)計(jì)，確保在切削鋼筋期間混凝土保護(hù)層不同時(shí)剝離，利用撕裂刀有效將鋼筋切削成較長(zhǎng)小段（根據(jù)螺旋機(jī)節(jié)距確定長(zhǎng)度）。

5）盾構(gòu)機(jī)在切削工法樁（工字鋼已拔出）時(shí)較為順利，小直徑鋼筋一般不會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)和螺旋機(jī)制造較大障礙，若鋼筋直徑較大時(shí)要慎重研究，新采購(gòu)盾構(gòu)機(jī)可選用無(wú)軸螺旋機(jī)，避免鋼筋卡死螺旋機(jī)。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.017

□U455.43

□C

□1008-3197（2015）03-45-02

□2015-01-05

□趙則超/男，1983年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，從事市政工程技術(shù)管理工作。