土壓平衡盾構機磨樁施工技術

白枝奉

(中鐵十六局集團北京城市軌道建設有限公司, 北京 101100)

土壓平衡盾構機磨樁施工技術

白枝奉

(中鐵十六局集團北京城市軌道建設有限公司, 北京 101100)

盾構磨樁施工不同于正常掘進，應充分考慮地質水文條件對盾構磨樁施工過程造成的影響。文章結合昆明地鐵八標環(huán)城南路站～昆明火車站站區(qū)間的盾構施工,系統(tǒng)闡述利用土壓平衡盾構機切削磨除侵限樁基的施工工藝和施工參數(shù)。首先結合昆明地鐵地質條件,分析了磨樁施工過程中存在風險,在此基礎上,提出了針對昆明地鐵地質條件的磨樁施工技術,包括盾構機改造、掘進速度、盾構機姿態(tài)、磨樁過程中的輔助措施等。

土壓平衡盾構機； 侵限樁基； 磨樁施工

隨著城市基礎建設設施的持續(xù)建設，地鐵軌道交通呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，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部分穿越大型建(構)筑物樁基群、廢樁群等。現(xiàn)有國內盾構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、風險大、費用高、工期長等問題。

1 工程概況

昆明地鐵首期工程土建八標段環(huán)城南路站～昆明火車站站盾構區(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構(圖1)，昆明站執(zhí)法大院房屋試樁基礎侵入隧道結構(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，有預應力管樁、鉆孔灌注樁、水泥土攪拌樁等，內含鋼筋、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，后決定采用盾構機磨樁施工。

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

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

序號名稱里程樁基形勢樁長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～IDK13+517．984水泥土攪拌樁

2 地質水文情況

昆明地鐵八標環(huán)昆區(qū)間結構頂埋深8～15 m，隧道盾構施工范圍內穿越圓礫層、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)間隧道盾構施工范圍內穿越圓礫層、粉土粉砂層及黏土層，其中粉土、粉砂層的塑流性、止水性差，在掘進中會產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，會造成土倉土壓不穩(wěn)定、推力增大，甚至螺旋機噴涌，施工過程需采取相應的預防、控制措施。

3 風險評估分析

(1)構機切削磨樁過程中如果掘進速度過快，很容易造成盾構機卡住。切削、碾壓磨斷的鋼筋混凝土將進入盾構機的螺旋輸送機，螺旋輸送機也有可能被卡住，使其無法正常運轉，從而使以后的隧道無法正常掘進。

(2)盾構機可能受到嚴重損壞，影響后續(xù)工程施工。盾構機穿越多處樁基，刀具可能發(fā)生較嚴重損壞，影響后續(xù)掘進的切削能力。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。刀盤主軸承及驅動機構、傳動機構由于受到?jīng)_擊負荷影響可能造成損壞。

掘進的樁尖、斷樁頭可能隨著盾構機一起前進造成地層超挖，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

4.1 磨樁掘進前盾構機改造

(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的液壓主驅動刀盤，方便盾構機被卡住、鉸住時脫困處理；刀盤上安裝兩個刀具磨損檢測裝置。

(2)螺旋輸送機最大出料尺寸為520 mm×340 mm，1個帶蓄能器的卸料液壓控制閘門出土口，具備在停電時自動關閉的緊急功能 ；螺旋輸送機具有前后伸縮功能 ，并且在螺旋機兩側有2個維保口，方便檢查維護。

(3)配備泡沫發(fā)生系統(tǒng)。

可向刀盤、土倉壓力板、螺旋輸送機內注入泡沫劑、分散劑等，以達到渣土改良效果，從而確保推進安全順利。

4.2 磨樁施工過程控制

4.2.1 加強盾構磨樁施工過程參數(shù)控制

盾構機磨樁施工，最大的風險在于地表沉降的控制，做好地表沉降控制主要做好“護頭、護尾、保姿態(tài)”工作，加強掘進參數(shù)控制。

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

(1)掘進速度控制。

在推進至樁基6 m左右時放慢推進速度，推進速度控制在25 mm/min左右，盾構機在接近樁基時，再次放慢推進速度，控制在10～15 mm/min左右減少磨樁對樁基礎的影響。

(2)加強同步注漿和二次注漿。

同步注漿原則：我部盾構隧道管片壁后理論空隙為2.61 m3，要求實際每環(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)建構筑物沉降情況，及時進行二次注漿，確保壁后空隙填充飽滿，減少地面沉降。

(3)盾構機姿態(tài)控制。

盾構機磨樁施工時左右存在軟硬不均，為防止盾構機偏頭，可適當增加局部千斤頂推力，并充分利用鉸接油缸，使盾構姿態(tài)與設計線路更加吻合。盾構機磨樁施工時刀盤扭矩大，滾動角可以通過改變刀盤旋轉方向調節(jié)。

(4)盾構磨樁過程中輔助措施。

利用盾構機上的泡沫發(fā)生系統(tǒng)，向刀盤、土倉或者螺旋機內注入一定量的泡沫劑、分散劑或者其他高分子聚合物，防止產生“燒磚”、結“泥餅” 現(xiàn)象，或者發(fā)生噴涌事件。

(5)加強盾構機在掘進中的保護。

利用數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)隨時將掘進過程中的數(shù)據(jù)參數(shù)反饋到地面，以便指揮中心及時發(fā)出調整掘進參數(shù)的指令。加強設備巡檢、維護保養(yǎng)，使設備處以良好的工作狀態(tài)，確保盾構機磨樁施工順利進行。

(6)加強建構筑物監(jiān)測。

設置建(構)筑物沉降、位移觀測點，監(jiān)測頻率為6 h/次。采集監(jiān)測數(shù)據(jù)后及時進行處理，根據(jù)監(jiān)測點管理基準和變形變化速率mm/d控制要求綜合判斷結構和建筑物的安全狀況，及時回饋指導施工，調整施工參數(shù)，達到安全、快速、高效施工之目的。

5 結論

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

磨樁施工的實際過程有很大的不可預見因素，施工時還要做好盾構設備、技術措施、沉降監(jiān)測、應急預案等各方面的準備。周密策劃、精心施工是可以使地鐵盾構在滇池斷陷盆地地質條件下成功穿越建(構)筑樁基礎的保證。

[1] 楊自華,鐘志全.泥水盾構穿越樁基礎掘進施工[J].建筑機械化,2007,(9):51-53

[2] 黃巍.淺析盾構機穿越多層房屋樁基基礎施工風險及應對措施[J].建設監(jiān)理,2007,(6):90-92

白枝奉(1982～)，男，工程師，主要從事地鐵盾構施工技術管理及研究工作。

U455.43

B

[定稿日期]2015-02-05