盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁基施工技術(shù)

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，101300，北京∥工程師）

盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁基施工技術(shù)

沈 棟

（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，101300，北京∥工程師）

盾構(gòu)施工常會(huì)遇到各種障礙物。以上海軌道交通7號(hào)線北延伸段陸翔路站-潘廣路站區(qū)間隧道工程為背景，從盾構(gòu)設(shè)備改造、盾構(gòu)推進(jìn)控制、施工監(jiān)測(cè)等方面介紹了盾構(gòu)切削鋼筋混凝土樁穿越廠房所采取的技術(shù)措施，對(duì)同類(lèi)工程施工具有參考價(jià)值。

盾構(gòu)；切削樁基；施工技術(shù)

Author's address China Railway 19th Bureau Group Co.，Ltd.，101300，Beijing，China

1 項(xiàng)目概述

上海軌道交通7號(hào)線北延伸段陸翔路站-潘廣路站盾構(gòu)區(qū)間工程在上行線穿越滬聯(lián)路725號(hào)上海康盛商用制造有限公司工業(yè)廠房樁基。工業(yè)廠房為4跨1層的鋼結(jié)構(gòu)工程，樁基為4根一組的立柱樁。樁長(zhǎng)18 m，為2節(jié)樁，每1節(jié)長(zhǎng)為9 m，盾構(gòu)切削第二節(jié)樁?；炷练綐痘A(chǔ)截面尺寸為350 mm×350 mm，混凝土強(qiáng)度為C30。車(chē)間南北方向長(zhǎng)120 m，東西方向?qū)?6 m。盾構(gòu)機(jī)分別切削廠房南側(cè)6根樁基和廠房北側(cè)4根樁基。如圖1、2、3所示。

2 地質(zhì)情況

圖1 隧道與廠房平面關(guān)系圖

本區(qū)間范圍屬濱海平原地貌。區(qū)間地處寶山區(qū)偏遠(yuǎn)地段，區(qū)域內(nèi)主要為民宅、工廠、農(nóng)田等，場(chǎng)地較為平坦，地面標(biāo)高約在4.07～4.72 m。沿線河流主要有孟泗涇。河流寬約10 m，深約4～5 m。本區(qū)間第⑤層普遍缺失，第⑥層、第⑦層出露較早，第⑧層土厚度較大，埋藏深度一般為26.0 m左右。區(qū)間隧道掘進(jìn)主要在④、⑥、⑦土層。區(qū)間地基土層劃分情況見(jiàn)表1。隧道穿越地層情況見(jiàn)圖4。

3 盾構(gòu)切削樁基技術(shù)措施

3.1 盾構(gòu)設(shè)備改造

該區(qū)間隧道上行線采用小松盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行施工。在盾構(gòu)出洞前，考慮到可能出現(xiàn)的情況，有針對(duì)性地對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)進(jìn)行改制。

（1）原盾構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)割刀保持不變，在盾構(gòu)刀盤(pán)上新增加先行刀65把［1］。先行刀類(lèi)型為切削刀，斷面比正常切削刀?。ㄒ?jiàn)圖5）。

（2）在半徑為700～3 175 mm的范圍內(nèi)，先行刀以等距布置為主。刀盤(pán)直徑為6 350 mm，直徑外緣也增加了先行刀。

（3）先行刀的高度按大于標(biāo)準(zhǔn)割刀15 mm制作。

3.2 盾構(gòu)推進(jìn)控制

3.2.1 推進(jìn)參數(shù)控制

圖2 廠房樁基與隧道位置關(guān)系圖

圖3 廠房樁基配筋斷面圖

（1）推進(jìn)速度：合理設(shè)置盾構(gòu)機(jī)參數(shù)，放慢推進(jìn)速度。當(dāng)盾構(gòu)距離樁基10m左右時(shí)，推進(jìn)速度控制在10～20 mm/min（這樣設(shè)定主要是防止樁基位移）；當(dāng)盾構(gòu)接近樁基2 m左右時(shí)，推進(jìn)速度控制在5～10 mm/min；在磨樁基的過(guò)程中，推進(jìn)速度控制在5 mm/min之內(nèi)。

（2）同步注漿控制［2］：在磨越樁基的施工段，須加強(qiáng)同步注漿管理，以提高地面、建筑物和隧道的前后期穩(wěn)定性。根據(jù)地面、建筑物沉降變形情況，每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙體積的200%～250%。即每推進(jìn)一環(huán)，同步注漿量約為3.3～4.2 m3，注漿壓力應(yīng)控制在0.3 MPa左右。

（3）盾構(gòu)姿態(tài)控制：在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，使盾構(gòu)均衡勻速施工。盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過(guò)大，每環(huán)檢查管片的超前量，隧道軸線和折角變化不能超過(guò)0.4%。推進(jìn)時(shí)不急糾、不猛糾，多注意觀察管片與盾殼的間隙。相對(duì)區(qū)域油壓的變化量隨出土箱數(shù)和千斤頂行程逐漸變化。采用穩(wěn)坡法、緩坡法推進(jìn)，以減少盾構(gòu)施工對(duì)地面的影響。

3.2.2 刀盤(pán)正面土體改良

此次盾構(gòu)推進(jìn)需切削鋼筋混凝土，為確保盾構(gòu)正常出土，必要時(shí)可在盾構(gòu)的刀盤(pán)正面壓注膨潤(rùn)土或泡沫劑改善開(kāi)挖面土體的和易性，以降低刀盤(pán)扭矩，保證盾構(gòu)穿越時(shí)有均衡的推進(jìn)速度。同時(shí)，改良土倉(cāng)內(nèi)的土體，使樁體碎塊能從螺旋機(jī)內(nèi)順利排出。

表1 本區(qū)間地基土層劃分表

圖4 區(qū)間隧道地質(zhì)剖面示意圖

圖5 小松盾構(gòu)刀盤(pán)上新增加先行刀65把

加膨潤(rùn)土或泡沫劑時(shí)必須嚴(yán)格控制量和壓力，注入量為實(shí)土體積的30%～70%，壓力不超過(guò)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的土壓力，避免土體在過(guò)多的膨潤(rùn)土或泡沫劑及較高的壓力下形成定向貫通的介質(zhì)裂縫，造成滲水通道，嚴(yán)重影響隧道的安全。

3.2.3 盾構(gòu)穿越樁基后的工作

盾構(gòu)盾尾脫出樁基區(qū)域后，必須對(duì)該區(qū)域段隧道進(jìn)行二次補(bǔ)壓漿。通過(guò)二次補(bǔ)壓漿，可使隧道與加固區(qū)域的間隙得到及時(shí)補(bǔ)充，進(jìn)一步確保該區(qū)域地面沉降得到控制。本區(qū)域內(nèi)的二次注漿漿液選為雙液漿，水灰比為1∶1。漿液主要材料配比（1 m3）見(jiàn)表2。

表2 二次注漿漿液配比

盾構(gòu)機(jī)切削樁基的影響范圍為南北側(cè)各25環(huán)的距離，因此在該范圍內(nèi)應(yīng)采取及時(shí)的二次注漿施工。注漿量暫定為每環(huán)1.5 m3，通過(guò)5個(gè)管片拼裝孔進(jìn)行壓注，每孔壓注量為0.3 m3。施工時(shí)，壓漿量應(yīng)根據(jù)地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 施工監(jiān)測(cè)

3.3.1 隧道軸線測(cè)量

盾構(gòu)穿越樁基時(shí)，隧道軸線控制是質(zhì)量控制的重中之重，因此對(duì)隧道軸線必須進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量。

當(dāng)盾構(gòu)穿越樁基時(shí)，刀盤(pán)切削鋼筋混凝土樁，造成刀盤(pán)正面受力不均，易引起盾構(gòu)推進(jìn)軸線發(fā)生偏差，所以必須嚴(yán)格執(zhí)行每環(huán)測(cè)量的施工步驟。同時(shí)，根據(jù)盾構(gòu)實(shí)際穿越樁基的情況，提高盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量頻率，并根據(jù)測(cè)量資料有效制定相應(yīng)措施，確保盾構(gòu)軸線與設(shè)計(jì)軸線相符。

3.3.2 廠房沉降監(jiān)測(cè)

樁基為廠房的基礎(chǔ)，在進(jìn)行樁切削時(shí)，對(duì)廠房的影響非常大，有造成廠房損壞的可能。因此，對(duì)廠房進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)是工程成敗的關(guān)鍵所在。為確保其安全，采用較為先進(jìn)的基康GK-4680靜力水準(zhǔn)沉降自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)廠房進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

GK-4680靜力水準(zhǔn)沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于連通管原理設(shè)計(jì)而成，適用于測(cè)量多點(diǎn)相對(duì)沉降。每臺(tái)儀器均采用液、氣管互連，容器內(nèi)安裝有非接觸的高精度液位計(jì)，一旦某待測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降，即可引起容器內(nèi)的液位變化，并由磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量到。其可以分辨到0.01 mm以上的垂直變化。監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖6所示。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖

4 實(shí)施效果

由于施工參數(shù)控制得當(dāng)，隆起和沉降數(shù)據(jù)均保持在規(guī)定范圍內(nèi)。盾構(gòu)穿越時(shí)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大單次隆起為+2 mm，最大單次沉降為-3 mm，最終房屋最大沉降為-15 mm。

在盾構(gòu)穿越樁基的過(guò)程中，刀盤(pán)切削樁基后，破碎的混凝土和鋼筋、樁帽等容易堵塞螺旋機(jī)出土口，表現(xiàn)為螺旋機(jī)出口壓力過(guò)大，螺旋機(jī)出土不暢無(wú)法繼續(xù)推進(jìn)。此時(shí)應(yīng)停止推進(jìn)，采取螺旋機(jī)正、反交替運(yùn)行，同時(shí)清除堵塞的混凝土及鋼筋。

由于盾構(gòu)推進(jìn)速度控制得當(dāng)，推進(jìn)施工時(shí)未發(fā)生螺旋機(jī)堵塞情況，樁基切削時(shí)發(fā)現(xiàn)有少量較短的鋼筋及混凝土碎塊排出。

5 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)切削樁基過(guò)程中，重點(diǎn)是對(duì)推進(jìn)速度進(jìn)行控制，使盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)充分切削鋼筋混凝土樁基。同時(shí)，密切關(guān)注刀盤(pán)扭矩和總推力的變化情況，如果刀盤(pán)扭矩迅速增大，甚至瞬間超過(guò)額定扭矩，應(yīng)停止推進(jìn)，并使刀盤(pán)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)，直至刀盤(pán)扭矩降低至正常數(shù)值再行推進(jìn)。

在切削鋼筋混凝土樁基時(shí)，實(shí)際盾構(gòu)推進(jìn)速度為3～5 mm/min，刀盤(pán)扭矩、總推力等參數(shù)比正常推進(jìn)時(shí)稍有增大，刀盤(pán)扭矩變化范圍為1 200～2 100 kN·m，總推力變化范圍為8 000～12 000 kN。

本次盾構(gòu)順利切削鋼筋混凝土樁基，約節(jié)省3個(gè)月工期，避免了廠房搬遷，有效控制了工程成本，并取得了較好的社會(huì)效益。在盾構(gòu)到達(dá)接收井時(shí)發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)前方先行刀的合金鋼部分大多數(shù)損壞。本次施工總體情況良好，采取的一系列控制措施對(duì)類(lèi)似工程有一定的參考意義。

［1］ 譚文俊，黃巍.軌道交通盾構(gòu)穿越建筑群樁基施工風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策［EB/OL］.http：∥www.stec.net.［2012-04-25］.

［2］ 牛青山，陳鳳英，徐華.盾構(gòu)法的調(diào)查設(shè)計(jì)施工［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：217.

［3］ 楊洪杰.雙圓隧道二次注漿對(duì)結(jié)構(gòu)的影響研究［J］.城市軌道交通研究，2012（5）：97.

Shielding Technology Applied in Cutting Steel Reinforced Concrete Piles

Shen Dong

Tunnel shielding often meets many obstacles. Based on the tunneling project of Shanghai metro Line 7 north extension section，the shielding technology applied in cutting steel reinforced concrete piles is introduced，including the manufacture of tunnel shield，the control of shielding and supervision of the engineering，the experiences are summarized for other tunneling projects in China.

tunnel shield；cutting pile；construction technology

U 455.43

2012-06-23）