盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术.pdf

熊 斓 誊 雕 l l 盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术 沈栋 ( 中铁十九局集团有限公司， 1 0 1 3 0 0 ， 北京工程师) 摘要盾构施工常会遇到各种障碍物。以上海轨道交通 7号线北延伸段陆翔路站一潘广路站区间隧道工程为背景， 从盾构设备改造、 盾构推进控制、 施工监测等方面介绍了盾 构切削钢筋混凝土桩穿越厂房所采取的技术措施， 对同类工 程施工具有参考价值。 关键词盾构；切削桩基；施工技术 中图分 类号U 4 5 5 4 3 S h i e l d i n g Te c h n o l o g y Ap p l i e d i n Cu t t i n g S t e e l Re i n f o r c ed Co n c r e t e P i l e s S h e n Do n g Ab s t r a c t Tu n n e l s hi e l d i n g o f t e n me e t s ma n y o b s t a c l e s B a s e d o n t h e t u n n e l i n g p r o j e c t o f S h a n g h a i me t r o L i n e 7 n o r t h e x t e n s i o n s e c t i o n，t h e s h i e l d i n g t e c h n o l o g y a p p l i e d i n c u t t i n g s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e p i l e s i s i n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g t h e ma n u f a c t u r e o f t u n n e l s h i e l d，t h e c o n t r o l o f s h i e l d i n g a n d s u p e r v i s i o n o f t h e e n g i n e e r i n g ，t h e e x p e r i e n c e s a r e s u mma r i z e d f o r o t h e r t u n n e l i n g p r o j e c t s i n C h i n a Ke y wo r d s t u n n e l s h i e l d；c u t t i n g p i l e ；c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y Au t h o r S a d d r e s s Ch i n a Ra i l wa y 1 9 t h Bu r e a u Gr o u p Co ， L t d ， 1 0 1 3 0 0 ， B e i j i n g ， C h i n a l 项 目概 述 上海轨道交通 7号线北延伸段陆翔路站一潘广 路站盾构区间工程在上行线穿越沪联路 7 2 5号上海 康盛商用制造有限公司工业厂房桩基 。工业厂房为 4跨 1 层的钢结构工程， 桩基 为 4根一组的立柱桩。 桩长 1 8 1T I ， 为 2 节桩， 每 1 节长为9 m， 盾构切削第二 节桩。混凝土方桩 基础截 面尺寸 为 3 5 0 i n n l 3 5 0 l l l l n ， 混凝土强度为 C 3 0 。车间南北方 向长 1 2 0 m， 东 西方向宽 9 6 m。盾构机分别切削厂房南侧 6 根桩基 和厂房北侧 4根桩基。如图 1 、 2 3所示 。 2 地质情况 本区间范围属滨海平原地貌。区间地处宝山区 偏远地段， 区域内主要为民宅、 工厂、 农田等， 场地较 图 1 隧道 与J房平面关 系图 为平坦 ， 地面标高约在 4 0 7 44 7 2 m。沿线河流主 要有孟泗泾 。河 流宽约 1 0 n l ， 深约 4 5 m。本 区 间第层普遍缺失， 第层、 第层出露较早， 第 层土厚度较大， 埋藏深度一般为 2 6 0 m左右。区 间隧道掘进主要在 、 、 土层 。区间地基土层划 分情况见表 1 。隧道穿越地层情况见图 4 。 3 盾构切 削桩基技术措施 3 1 盾构设备改造 该区间隧道上行线采用小松盾构设备进行施 工 。在盾构出洞前 ， 考虑到可能 出现的情况， 有针对 性地对盾构刀盘进行改制。 ( 1 ) 原盾构的标准割刀保持不变， 在盾构刀盘 上新增加先行刀 6 5把E 1 3 。先行刀类型为切削刀 ， 断 面比正常切削刀小 ( 见图 5 ) 。 ( 2 )在半径为 7 0 0 3 1 7 5 mm的范围内， 先行 刀以等距布置为主 。刀盘直径为 6 3 5 0 i i l m， 直径外 缘也增加了先行刀。 ( 3 )先 行 刀 的高 度按 大 于标 准 割 刀 1 5 mm 制作。 3 2 盾构推进控制 3 2 1 推进参数控制 ( 1 ) 推进速度： 合理设置盾构机参数， 放慢推进 速度 。 当盾构 距离 桩基 1 0 m左 右 时 ， 推进 速度 控 9 9 l蕊 溺 辗颦 饔 蘧 鼹 曩 董 1 P 轴需切除2 根桩 前排l 根需切除3 1 7 1 m 后排1 根需切除3 3 8 3 m I Q 轴需切除4 根桩 前排2 根需分别切除6 0 1 6 m ， 4 5 6 3 后排2 根需分别切除5 9 8 1 i n ， 4 4 6 4 M 轴需切除4 根桩 前排2 根需分别切除5 后排2 根需分别切 除6 上行线厂房南端( ) N S D K 4 + 3 5 3 3 9 1 M轴 N 轴 +3 3 上行线厂房北端( 前) N S D K 4 + 4 7 5 2 0 0 图 2 厂房桩基与隧道位置关系图 佤r L _ 尺寸单位：m m 图 3 厂房桩基配筋断面图 制在 1 0 2 0 m m mi n ( 这样设定主要是防止桩基位 移) ； 当盾构接近桩基 2 m左右时， 推进速度控制在 5 1 0 mm mi n ； 在磨桩基的过程中， 推进速度控制 在 5 mm mi n之内。 ( 2 )同步注浆控制 ： 在磨越桩基的施工段 ， 须 加强同步注浆管理， 以提高地面、 建筑物和隧道的前 1 f 1 f 1 后期稳定性。根据地面、 建筑物沉降变形情况， 每环 的压浆量一般为建筑空隙体积的 2 0 0 2 5 0 。 即每推进一环， 同步注浆量约为 3 3 4 2 m 3 ， 注浆 压力应控制在 0 3 MP a 左右。 ( 3 )盾构姿态控制： 在确保盾构正面沉降控制 良好的情况下 ， 使盾构均衡匀速施工。盾构姿态变 化不可过大， 每环检查管片的超前量， 隧道轴线和折 角变化不能超过 0 4 。推进时不急纠 、 不猛纠， 多 注意观察管片与盾壳的间隙。相对区域油压的变化 量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。采用稳坡 法、 缓坡法推进， 以减少盾构施工对地面的影响。 3 2 2刀盘正面土体改 良 此次盾构推 进需切 削 钢筋混 凝土 ， 为 确保盾 构正常出土， 必要时可在盾构的刀盘正面压注膨 润土或泡沫剂改善开挖面土体的和易性， 以降低 刀盘扭 矩 ， 保 证盾 构 穿越 时 有均 衡 的推 进 速度 。 同时， 改良土仓内的土体， 使桩体碎块能从螺旋机 内顺利排 出。 箫 黼 一 叠 曩 墨 曩 叠 0 曩 薯 誊 _ 表 1 本 区间地 基土层划分表 II _ - | -J_ - mk m5 d1 ， 。 I I 1 - I J 。 ， I J ， I _ d f h 嘣， I j r h - J - 】 。 r _ m 圈 矗n ： 竺， ， ： ， “ ： 一 ， i J b n E l _ l 如 _ M - ， ， 却 一 _ f ， 暑 - ， l l 娜 I h 11 D h 一 J -F 一 1 1 硎 - 一 7 一 、 ， ， _ l _ 一 t - ， ， ， ， 。j 盎 一 柏 _ I d I I n ， - 4n 】 l 6 r m i li a I a D I J 厂 ? ： l ， 。 ， ， l ， 却 ， 一 n _ m i l 删 ， 。 毫 tl l d a - I J j 1 m ,8 - ,m 也L I _ B a m 订 J l_ 聊 7 ， 啦 罾 l ， x 曲 粒 础 I， l J - ， 广 l ， ， _ mm 一 ， 图 4 区间隧道地质剖面示意图 图 5 小松盾构刀盘上新增加先行刀 6 5 把 加膨润土或泡沫剂时必须严格控制量和压力 ， 注入量为实土体积的 3 0 7 0 ， 压力不超过盾构 推进时的土压力 ， 避免土体在过多的膨润土或泡沫 剂及较高的压力下形成定向贯通的介质裂缝 ， 造成 渗水通道 ， 严重影响隧道的安全。 3 2 3 盾构穿越桩基后的工作 盾构盾尾脱 出桩基区域后 ， 必须对该 区域段 隧 道进行二次补压浆。通过二次补压浆， 可使隧道与 加 固区域的间隙得到及时补充 ， 进一步确保该 区域 地面沉降得到控制。本区域内的二次注浆浆液选为 双液浆 ， 水灰 比为 1： 1 。浆液主要材料配 比( 1 m ) 见表 2 。 表 2 二次注浆浆液配比 A液 3 2 5级水泥 1 0 0 0 k g ， 水 l 0 0 0 L B液 水玻璃 2 5 0 L 盾构机切削桩基的影响范围为南北侧各 2 5 环 的距离， 因此在该范围内应采取及时的二次注浆施 工。注浆量暂定为每环 1 5 r n 3 ， 通过 5 个管片拼装 孔进行压注， 每孔压注量为 0 3 m 。施工时， 压浆 1 0 1 8 I I l 羲 瑟 溷 懑 量应根据地面沉降监测数据， 及时进行调整。 3 3 施工监测 3 3 1 隧道 轴 线测 量 盾构穿越桩基时， 隧道轴线控制是质量控制的 重 中之重， 因此对隧道轴线必须进行严格的测量 。 当盾构穿越桩基时， 刀盘切削钢筋混凝土桩， 造 成刀盘正面受力不均， 易引起盾构推进轴线发生偏 差， 所 以必须严格执行每环测量的施工步骤 。同时， 根据盾构实际穿越桩基的情况， 提高盾构姿态测量 频率， 并根据测量资料有效制定相应措施， 确保盾构 轴线与设计轴线相符。 3 3 2 厂房沉降监测 桩基为厂房的基础 ， 在进行桩切削时 ， 对厂房的 影响非常大 ， 有造成厂房损坏的可能 。因此 ， 对厂房 进行全天候监测是工程成败的关键所在。为确保其 安全， 采用较为先进的基康 G K 4 6 8 0 静力水准沉降 自 动监测系统对厂房进行实时监控， 以及时发现 问题 。 G K 4 6 8 0 静力水准沉降监测系统基于连通管 原理设计而成， 适用于测量多点相对沉降。每台仪 器均采用液、 气管互连， 容器内安装有非接触的高精 度液位计， 一旦某待测点发生沉降， 即可引起容器内 的液位变化， 并由磁致伸缩液位计测量到。其可以 分辨到 0 0 1 mm 以上的垂直变化。监测点平面布 置如图 6所示 。 图 6 监测点布置平面图 4 实施效果 由于施工参数控制得当， 隆起和沉降数据均保 持在规定范围内。盾构穿越时静力水准监测点的最 大单次隆起为 + 2 m m， 最大单次沉降为 一 3 m m， 最 1 0 2 终房屋最大沉降为 一1 5 mm。 在盾构穿越桩基的过程 中， 刀盘切削桩基后， 破 碎的混凝土和钢筋、 桩帽等容易堵塞螺旋机出土口， 表现为螺旋机出口压力过大， 螺旋机 出土不畅无法 继续推进 。此时应停止推进 ， 采取螺旋机正、 反交替 运行 ， 同时清除堵塞 的混凝土及钢筋。 由于盾构推进速度控制得当， 推进施工时未发 生螺旋机堵塞情况 ， 桩基切削时发现有少量较短 的 钢筋及混凝土碎块排出。 5 结语 盾构切削桩基过程中， 重点是对推进速度进行 控制， 使盾构机刀盘充分切削钢筋混凝土桩基。同 时 ， 密切关注刀盘扭矩和总推力的变化情况 ， 如果刀 盘扭矩迅速增大， 甚至瞬间超过额定扭矩， 应停止推 进， 并使刀盘进行正、 反转， 直至刀盘扭矩降低至正 常数值再行推进 。 在切削钢筋混凝土桩基时， 实际盾构推进速度为 3 5 n n m in ， 刀盘扭矩、 总推力等参数比正常推进 时稍 有 增 大， 刀 盘 扭 矩 变 化 范 围 为 1 2 0 0 2 1 0 0 k N m， 总推力变化范围为 8 0 0 0 1 2 0 0 ( ) k N。 本次盾构顺利切 削钢筋混凝 土桩基 ， 约节省 3 个月工期 ， 避免了厂房搬 迁， 有效控制 了工程成本 ， 并取得了较好 的社会效益。在盾构到达接收井时发 现刀盘前方先行刀的合金钢部分大多数损坏。本次 施工总体情况良好， 采取的一系列控制措施对类似 工程有一定的参考意义。 参考文献 1 3 谭文俊 ， 黄巍 轨道交通盾构穿越建筑 群桩基施 工风险 与对 策 E B O L h t t p ： #w w w s t e c n e t E 2 o 1 2 0 4 2 5 E 2 牛青山， 陈凤英， 徐华 盾构法的调查设计施X 2 E M 北京 ： 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 8 ： 2 1 7 3 杨洪杰 双圆隧道二次注浆对结构的影响研究 J 城市轨道交 通研究 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 9 7 ( 收稿日期： 2 0 1 2 0 62 3 )