空心樁法常壓開倉和大開口刀盤修復(fù)技術(shù)研究

張瀚華

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢430000）

1 工程概況

成都地鐵17 號線鳳～溫區(qū)間，區(qū)間單線長度約1.4 km。穿越密實卵石土。隧道坡度3‰，下穿地鐵4 號線隧道后在鳳溪河站和地鐵4 號線換乘。最小間距約3 m，穿越前進行刀盤修復(fù)和查換刀工作，以確保順利下穿。本項目使用的盾構(gòu)機在成都富水砂卵石地層施工中多項技術(shù)指標為國內(nèi)首次。比如，開挖直徑為8.6 m、刀盤采用大開口率（45%）、周邊圓弧過渡區(qū)域接近直角、帶式螺旋機排土，出土理念由以往的“先破碎再排除”更改為“整體直接排出”，顛覆傳統(tǒng)認知和理念，首次探索實屬不易?？招臉毒S護土體開倉的方法也是在復(fù)雜的地質(zhì)條件中刀盤、刀具磨損過快不得不采取的施工措施，此技術(shù)是國內(nèi)首創(chuàng)。

2 換刀和刀盤修復(fù)方案設(shè)計研究

采用降水條件下開倉檢查，同時輔以隔離樁（素樁）+空心樁加固處理，在刀盤進入隔離樁樁體25 cm 時開倉，確保開倉位置盾構(gòu)機周邊土體穩(wěn)定。

2.1 隔離樁加固范圍

開倉位置先采用沖擊鉆施工隔離樁，用于對刀盤前沿掌子面加固，采用φ1.2 m 素樁（C25）4 根，φ1.8 m 空心（內(nèi)徑1.2 m）鋼筋混凝土樁（C25）3 根，單條隧道范圍內(nèi)布置7 根，從隧道中心線往兩側(cè)布置。樁底深入隧道底以下1 m。隔離樁避開聯(lián)絡(luò)通道開挖邊緣1 m 以上。

2.2 隔離樁施工

1）打圍，安裝圍擋。在預(yù)加固里程范圍按施工所需場地大小安排施工打圍，并按要求設(shè)置安裝圍擋。

2）測量放線。根據(jù)地質(zhì)情況，嚴格按照方案的間距和位置放樣，確定鉆孔的中心位置。

3）施工順序。鉆孔樁施工及機具定位使用，護樁應(yīng)布置4 個點，4 個點采取對位十字相連確定樁基中心。按阿拉伯數(shù)字編號1～7 號，逐一施工，在已灌注成樁鄰近樁位鉆孔時，施工間隔不小于36 h。

4）埋設(shè)護筒。要求孔口以下3 m 采用鋼護筒作為護壁。

5）化學泥漿護壁。3 m 以下范圍采用化學泥漿護壁。

6）成孔檢查和清孔。鋼護筒內(nèi)徑比鉆孔直徑大200 mm。清孔應(yīng)分2 次進行。

7）混凝土灌注。導管受壓最大值的確定按照下式計算：

式中，P為導管可能受到的最大壓力，kPa；γc為混凝土拌和物的重度（取25 000 N/m3）；Hc為導管內(nèi)混凝土最大高度，m；γw為內(nèi)部液體重度（取11 000 N/m3）；Hw為內(nèi)部液體深度，m。最終計算得P=0.5 MPa。

8）注意事項。導管接縫位置充水15 min 不漏水即為合格。單樁的灌注時間不能超過2 h?，F(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)提前聯(lián)系好商品混凝土供應(yīng)商。單節(jié)導管長度不得超過4 m，以2～3 m 為宜。在澆筑過程中用測繩對孔內(nèi)進行試探，根據(jù)能接觸到的混凝土部位計算目前混凝土澆筑的高度，再根據(jù)孔內(nèi)已安裝的導管長度和應(yīng)插入混凝土內(nèi)導管的長度2 個數(shù)據(jù)進行核對，決定是否可以拔導管。

2.3 空心樁施工

為檢查刀盤外緣磨損情況，且在外緣磨損較嚴重的情況下具備刀盤修復(fù)的安全作業(yè)條件，擬在盾構(gòu)隧道的兩側(cè)及中間各施工1 根φ1.8 m 的空心鋼筋混凝土檢查樁。中間空心部分直徑1.2 m，鋼筋籠主筋采用φ25 mm 螺紋鋼，沿圓周均布14 根，箍筋采用φ10 mm 圓鋼，間距20 cm。盾構(gòu)機穿越段選用相應(yīng)直徑的玻璃纖維筋，與螺紋鋼采用卡扣連接。

φ1.8 m 檢查樁成孔方法與隔離樁施工相同，成孔后清孔，下放鋼筋籠澆筑混凝土。在樁基混凝土開始初凝時采用旋挖鉆從樁中心鉆孔形成1.2 m 直徑的空心。旋挖鉆定位采用和成孔時相同的方法，確保鉆桿中心與樁中心重合。鉆孔過程中向樁孔內(nèi)補入清水以防止塌孔。

2.4 進樁和填倉

1）開倉前停機保壓。當隔離樁強度達到20 MPa 及以上時盾構(gòu)機刀盤切入隔離樁，盾構(gòu)機刀盤進入隔離樁30 cm。

2）填倉處理。修復(fù)完成后方可采用惰性漿液進行填倉，土倉內(nèi)填滿以后上部壓力控制在0.02～0.04 MPa。惰性漿液的配合比：中粗砂700 kg∶Ⅱ級粉煤灰370 kg∶鈉基膨潤土360 kg∶水500 kg。

2.5 復(fù)推參數(shù)控制

復(fù)推時，充分考慮填倉時注入惰性漿液的量，減少注水；控制掘進速度不小于40 mm/min、推力25 000～30 000 kN、扭矩8 000～10 000 kN·m。

推進時注意控制土倉內(nèi)情況，復(fù)推第一環(huán)，土倉土位控制在整體高度的1/3 位置，避免由于干燥和改良效果不好而堆積，刀盤扭矩過大而調(diào)停。異常調(diào)停會造成嚴重后果，如刀盤電機剪切銷斷裂失效，如果無法有效處理堆積的砂卵石土會導致異常開倉。

2.6 刀盤修復(fù)

2.6.1 刀盤修復(fù)準備

將刀盤外周需安裝保徑刀區(qū)域內(nèi)的耐磨板（120 mm×120 mm×10 mm）碳刨拆下，然后將碳刨處打磨平整；刀盤其余2 處輻條No.2、No.8 安裝合金保徑刀時，將需安裝區(qū)域內(nèi)的耐磨板先參照此方法碳刨拆除并將碳刨處打磨平整。

2.6.2 刀盤修復(fù)方案

在圖1 標識“●”位置處（共10 處）安裝2 道圓環(huán)保護刀。因為刀盤出廠時保護刀數(shù)量不足，采用HARDOX×400 耐磨鋼板，在砂卵石中磨損很快，8 m 盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)動一周保護刀走過的路程遠遠大于小盾構(gòu)機，因此，必須增加帶合金的保護刀，合金耐磨性能優(yōu)于耐磨鋼板，更換保護刀后此部位可正常使用至施工結(jié)束。

在圖1 標識“▲”位置處（共8 處）安裝一道圓環(huán)保護刀。安裝刀盤（No.2、No.8）輻條處的合金保徑刀。安裝刀盤（No.3、No.5、No.11）輻條處的圓環(huán)保護刀。此處加裝保護刀的原因同上，只是考慮成交錯分布，既可以保證效果，又合理節(jié)約了一定數(shù)量的保護刀，因此，采用交錯布置的方式焊接處理。

在刀盤外圈擋板位置，將部分擋板割除，完成后打磨切口處，可堆耐磨焊將此部位加強。在刀盤邊緣刮刀與擋板間隙內(nèi)焊接擋塊填充，完成后在擋塊上堆耐磨焊加強；擋塊的寬度按實際測量尺寸確定，若測量尺寸小于10 mm 無須補板。此處為刀盤的最薄弱環(huán)節(jié)，最容易磨損且惡化[1]。當盾構(gòu)機向前掘進時挖掘后堆積的土體會擠壓至這個部位，此大開口刀盤在圓弧過渡處呈90°略帶圓弧狀，不同于常規(guī)的大圓弧過渡刀盤，渣土堆積到此為止后十分不易進入進渣口排出，刀盤轉(zhuǎn)動和被擠壓使砂卵石密實摩擦，此處磨損損壞的程度會遠比其他部位嚴重。因此，必須增加耐磨性能，通過焊接擋板并加焊耐磨層來實現(xiàn)。這解決了迎土面的耐磨問題。

在擋塊上方安裝圓環(huán)保護刀。此處安裝的保護刀和土體的接觸面同上述保護刀一致，可以認定是上述保護刀的補充，是處理邊緣刮刀外周的特殊保護形式。保護刀可保護此處，在刀盤和周邊被擠壓過的砂卵石摩擦過程中更不易磨損，充分發(fā)揮合金保護刀的耐磨特性。

圖1 刀盤修復(fù)示意圖

3 采用空心樁施工的意義

不同于以往常規(guī)做法，空心樁的結(jié)構(gòu)和尺寸決定了人員在其中可以自由上下和轉(zhuǎn)身；30 mm 玻璃纖維筋混凝土護壁，可以抵抗刀盤前方和周邊土體的擠壓和剪切，8 m 級刀盤比6 m 級刀盤在開倉作業(yè)時更不利；頂部為鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)，可以保證樁的整體性良好，保證樁不會土體被切斷；空心部位直通地面，可以保證空氣流通，新風順暢地進入土倉內(nèi)，土倉內(nèi)熱量也會隨空氣流通排出，從而降低溫度；保護刀等材料和工具可通過空心樁吊裝到位；焊割設(shè)備可通過空心樁接至地面電源或氣瓶；復(fù)推后通過空心樁快速填充盾體上部因復(fù)推擾動超方導致的空洞，避免地面塌陷。

4 結(jié)語

經(jīng)過實踐檢驗。采用空心樁法開倉，周邊土體穩(wěn)定安全，刀盤被保護刀加強后，刀盤磨損得到有效控制。因此，空心樁法開倉和刀盤修復(fù)技術(shù)是有效可行的，使后續(xù)工程得以順利完工。