盾構切削鋼筋混凝土樁基施工技術

高軍平

陜西有色建設有限公司

引 言

隨著交通建設的發展，城市地鐵隧道數量在不斷增加，加之電纜、天然氣等其他管網的占用，當前地下空間資源正在急劇減小，使得地下隧道的位置受到許多因素制約，其盾構施工容易碰到許多障礙物。作為世界四大古都之一的西安，地下構筑物遍布；同時由于歷經多次建設，地下建筑較多；加之其作為西氣東輸的重要節點，地下管線也較密，從而成為現有盾構隧道施工的地下障礙物。總體上，地下在役與廢棄的構筑物、基樁及管線等分布具有“量大”、“面廣”的特點，給當前盾構隧道造成了很大的施工難題。

目前，針對地下障礙物的處置方法主要是在盾構通過前預先拆除，或變更隧道設計線路，但由此帶來額外的施工成本投資均比較高，同時容易導致施工工期拖延，造成社會經濟損失。因此，探索一種切實可行的施工技術方法就極為必要。

為解決此難題，本文在遵循盾構施工基本原理的基礎上，以實際工程為背景，從盾構設備改造、盾構推進控制、監控監測等方面提出了由盾構機直接切削、破碎障礙物的針對性施工技術措施，對盾構施工節省工程投資、縮短施工工期、加快建設速度具有重要意義。

一、項目概述

1、工程概況

西安地鐵1號線TJSG-6標漢城路站——開遠門站為單圓盾構區間隧道，雙線全長3403.6m。其中，上行線穿越某企業工業一廠房。該廠房為4 跨1 層的鋼結構工程，樁基為4 根一組的立柱樁基礎。樁長18m，樁頂高程為+3.3，為兩節樁，每節長9m，盾構切削第二節樁，混凝土方樁基礎為350mm×350mm規格，為混凝土灌注樁，砼強度C30，配有4根Ф16鋼筋，。車間南北方向長120m，東西方向寬96m。盾構機分別切削廠房南側6 根樁基和廠房北側4 根樁基，如圖1所示。

圖 1 廠房樁基與盾構隧道的位置關系

2、地質情況

該區間范圍盾構切削樁基部分的土體為②3-1灰黃—灰色黏質粉土夾粉質黏土、②3-2灰色砂質粉土、④灰色淤泥質黏土，其物理力學性質如表1所示。

表 1 盾構切削樁基的土層物理力學參數表

二、盾構切削樁基技術措施

1、盾構設備改造

本區間采用兩臺日本小松TM614PMX 土壓平衡盾構機先后從開遠門站始發掘進，漢城路站吊出。在盾構出洞前，針對性地對盾構刀盤進行改制。

原盾構的標準割刀保持不變，在盾構刀盤上新增加先行刀65 把，以提高盾構機破碎混凝土及切削鋼筋的能力；先行刀類型為切削刀，斷面比正常切削刀小。

在半徑為700～3175mm的范圍內，先行刀以等距布置為主；刀盤直徑為6350mm，直徑外緣也增加先行刀；先行刀的高度按大于標準割刀15mm制作。增加盾構推進系統的微動功能，以滿足盾構機超低速（5mm/min）掘進施工的要求。

在土倉內螺旋輸送機頭部，安裝能破碎高強度物體的裝置，以應對斷樁及鋼筋等。

在盾構土倉選擇合理部位設置觀察孔，使施工人員在人行閘門開啟之前能夠充分掌握土艙中的情況，確保施工安全。

2、盾構推進控制

（1）推進參數

    盾構推進參數控制包括推進速度控制、注漿控制和姿態控制。

    1）放慢推進速度

    盾構機在距離樁基10m左右時，為防止樁基位移，推進速度宜控制在10～20mm/min；當盾構機距離樁2m左右時，推進速度宜控制在5～10mm/min；在樁基磨碎過程中，推進速度宜控制在5mm/min以內。

2）同步注漿控制

為提高地面建筑物和隧道的前期后期穩定性，在磨越樁基的施工段，須加強同步注漿管理。根據地面、建筑物沉降變形情況，擬每環的壓漿量為建筑空隙的200%～250%， 即每推進一環同步注漿量為3.3～4.2m3，注漿壓力應控制在0.3MPa左右。

3）盾構姿態控制

在確保盾構正面沉降控制良好的情況下，使盾構均衡勻速施工。盾構姿態變化不可過大，每環檢查管片的超前量，隧道軸線和折角變化不能超過0.4%。同時，推進時不急糾、不猛糾，應多注意觀察管片與盾殼的間隙，相對區域油壓隨出土箱數和千斤頂行程逐漸變化，采用穩坡法、緩坡法推進，以減少盾構施工對地面的影響。

（2）刀盤正面土體改良

在盾構推進切削鋼筋混凝土時，宜在盾構的刀盤正面壓注膨潤土或泡沫劑來改善開挖面土體的和易性，以降低刀盤扭矩，保證盾構穿越時以均衡的速度推進，同時改良土倉內土體，有助于樁體碎塊從螺旋機內順利排出，從而確保盾構正常出土。

值得一提的是，為避免土體在過多的膨潤土或泡沫劑量和較高的壓力下形成定向貫通的介質裂縫而造成滲水通道，進而影響隧道安全狀況，在加膨潤土或泡沫劑時，必須嚴格控制劑量和壓力。

（3）盾構穿越樁基后的工作

    盾構施工過程中，往往伴有一定的地面沉降。為確保地面沉降得到控制，當盾構盾尾脫出樁基區域后，必須對該區域段隧道進行二次補壓漿，使隧道與加固區域的間隙得到及時補充。二次注漿漿液選定為雙液漿，水灰比為1:1，漿液主要材料配比如表2所示。

表 2 二次注漿漿液配比

盾構機切削樁基影響范圍為南北兩側側各25 環的距離，在此50環內應及時采取二次注漿施工。注漿量暫定為每環1.5m3，分5個管片拼裝孔進行壓注，每孔壓注量為0.3m3，同時，具體壓漿量應根據地面沉降監測數據及時進行調整。

3、監控量測

盾構穿越樁基期間，監測是確保施工安全的一項極其重要的工作，必須嚴密控制，包括隧道軸線測量、廠房沉降監測。

（1）隧道軸線測量

    盾構穿越樁基時，由于刀盤將切削鋼筋混凝土，導致刀盤正面受力不均，容易引起盾構推進軸線發生偏差，因此對隧道軸線的測量必須嚴格控制。同時，根據實際穿越樁基情況，提高盾構姿態測量頻率，從而根據測量資料有效制定相應措施，確保盾構軸線與設計軸線相符。

   （2）廠房沉降監測

    由于切削的樁基為廠房基礎，在切削過程中對廠房影響巨大，有造成廠房損壞的可能。因此，為避免對廠房造成不可挽回的損壞，必須對廠房進行全天候監測。為確保監測精確、安全，宜采用較為先進的沉降自動監測系統，并進行實時監控，以便及時發現問題。GK—4680 靜力水準沉降監測系統是基于連通管原理設計而成，適用于測量多點相對沉降，每臺儀器均采用液、氣管互連，容器內安裝有非接觸的高精度液位計，具有較高的精確度。一旦某待測點發生沉降，即可引起容器內的液位變化，并由磁致伸縮液位計測量到，精度可達0.01mm。因此，優先推薦采用GK—4680 靜力水準沉降監測系統進行實時監控量測。

三、施工效果

監控量測數據顯示：盾構穿越時靜力水準監測點的最大單次隆起為+2mm，最大單次沉降為-3mm，最終房屋最大沉降為-15mm，隆沉數據保持在規定范圍內，表明施工參數控制得當。

推進施工時，未發生螺旋機堵塞情況，樁基切削時發現有少量較短的鋼筋及混凝土碎塊排出，說明盾構推進控制得當。

盾構穿越樁基過程中，刀盤切削樁基后，破碎的混凝土和鋼筋、樁帽等容易堵塞螺旋機出土口，表現為螺旋機出口壓力過大，導致螺旋機出土不暢無法繼續推進。此停止推進，采取螺旋機正、反交替運行，同時將堵塞的混凝土及鋼筋進行清除，方能恢復繼續運行。

四、結 語

盾構切削鋼筋混凝土樁基的施工技術由盾構機直接切削障礙物，不僅能夠順利完成施工任務，而且具有節省工期、有效控制工程成本等優點。盾構切削樁基過程中，重點是對推進速度進行控制，使盾構機刀盤對鋼筋混凝土樁基進行充分切削；同時密切關注刀盤扭矩和總推力的變化情況，如果刀盤扭矩迅速增大，甚至瞬間超過額定扭矩，應停止推進同時使刀盤進行正、反轉，直至刀盤扭矩降低至正常數值再行推進。盾構切削鋼筋混凝土樁基施工技術具有較強的可操作性、科學性和可靠性，取得了良好的社會效益，可為同類盾構施工提供科學的工程借鑒與參考。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網絡工程項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)