軟土地區(qū)盾構穿障技術

文／圖

隨著地鐵的持續(xù)建設、地下交通網(wǎng)絡的不斷完善，地鐵的施工環(huán)境變得越來越復雜。同時，在地鐵施工中經(jīng)常遇到地鐵線路需要穿越既有橋梁基礎、建筑物基礎等地下結(jié)構物的情況。

由于軟土地區(qū)盾構隧道穿越既有橋梁時，對土體變形影響大，并對基礎托換技術提出了更高要求。此外，盾構隧道穿越既有建筑物樁基時，磨樁技術的復雜性高，使相關理論研究成果，遠落后于工程實踐技術需求。

針對上述需求，由浙江工業(yè)大學牽頭，聯(lián)合了多家在既有橋梁樁基托換新技術、磨樁技術、隧道開挖引起土體變形計算方法等方面，有豐富經(jīng)驗的設計、施工、檢測、科研單位，立項開展了“軟土地區(qū)盾構隧道穿越運營橋梁的關鍵技術”的研究工作。

盾構機刀盤設計

盾構機刀盤現(xiàn)場實物圖

盾構穿橋三維模型示意圖

關鍵技術

如何對運營橋梁進行加固改造？如何合理配置磨樁道具，使之有效切削混凝土？如何解決鋼筋纏繞盾構機刀盤問題？面對這些新問題，經(jīng)過多番實踐和理論研究，項目組依托杭州地鐵二號線穿越杭州鳳起橋項目，針對新型結(jié)構U型結(jié)構托換技術，高壓旋噴樁地基加固技術，以及新型磨樁技術，通過系統(tǒng)的理論分析、原位測試和數(shù)值分析，并結(jié)合工程實踐，對軟土地區(qū)盾構隧道穿越既有運營橋梁領域中的重點和難點開展了系統(tǒng)攻關。

經(jīng)過系統(tǒng)研究，項目組提出了托換結(jié)構與既有結(jié)構的協(xié)調(diào)工作機理和變形控制理論，三段高差立體刀盤磨樁新技術及輕壓力、微擾動磨樁技術，正面附加推力、盾殼摩擦力和附加注漿壓力引起的土體變形計算公式，以及修正的雙線盾構隧道統(tǒng)一土體移動模型解。

主要特征

該技術形成了盾構穿越既有橋梁樁基的變形控制理論，揭示了托換結(jié)構和既有結(jié)構的應力傳遞路徑和應力重分配模式，實現(xiàn)了有限空間條件下大跨度樁基的整體托換加固。

開發(fā)了一種同心圓三段高差立體刀盤的輕壓力、微擾動磨樁技術，實現(xiàn)刀盤在切削既有樁基時處于削磨狀態(tài)，可有效地破碎混凝土材料，切斷鋼筋，該技術不需要停機更換刀具，可更容易控制地面變形，使盾構能順利穿越樁基。

應用實踐

項目組提出的軟土地區(qū)盾構隧道穿越既有運營橋梁的關鍵施工技術，在杭州地鐵2號線和5號線、上海地鐵9號線等工程中應用，解決了軟土地區(qū)盾構隧道穿越既有橋梁樁基的關鍵技術問題，顯著推動了行業(yè)科技進步，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟效益，推廣應用前景廣泛。