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软土盾构直接切削钢筋混凝土桩基施工技术
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内容提示：叙述了上海轨道交通10号线5.1标盾构切削钢筋混凝土桩基的施工特点。通过改制盾构刀盘及安装能破碎硬物的装置,在施工中控制总推力、推进速度、刀盘扭矩等参数,不仅顺利地切削桩基,而且控制了施工过程中产生的地表沉降及周边构筑物的沉降。该技术可供类似工程借鉴。
随着地铁线网的加密与隧道数量的增加， 地下空间资源在逐渐减小， 隧道的位置将受到许多因素的制约。 上海历经多次建设高峰， 地下在役与废弃的管线、 基础桩、 构筑物等分布情况具有 “量大”、“面广” 的特点， 从而成为现有盾构隧道施工的地下障碍物。（参考《建筑中文网》）
目前， 面对障碍物的处置方法主要是在盾构通过前预先拆除， 或变更隧道线路， 但由此带来的额外费用均比较高。 因此， 很多专家提出， 对于一些无法避免、 直接清除费用又较高的地下障碍物， 是否可由盾构机直接切削、 破碎障碍物？ 这对于节省工程投资、 缩短施工工期、 加快建设速度具有重要的意义［1］。
1 工程概况
上海轨道交通10号线5.1标溧阳路—曲阳路区间隧道外径为6.2 m， 隧道内径为5.5 m， 采用准6.34 m土压平衡式盾构机施工。 盾构在穿越四平路上的沙泾港桥时， 盾构机轴线与桩基平面呈75°夹角， 桩基处的隧道顶标高 （-6 ～ -7） m； 须切削的33根桥桩基， 桩基截面尺寸为400 mm × 400 mm， 长26 ～ 27 m；主筋为准18 mm， 混凝土强度等级为C25。
盾构切削桩基部分的土体为②3-1灰黄—灰色黏质粉土夹粉质黏土， ②3-2灰色砂质粉土、 ④灰色淤泥质黏土。 其物理力学性质见表1。
表 1 盾构切削桩基的土层物理力学参数表
2 盾构机改制
为了使盾构能直接切削桩基， 根据国内外相关工程经验， 对盾构机的刀盘进行了改制。
1）在刀盘面板上加装1套先行刀及6把贝壳刀， 以提高盾构机破碎混凝土及钢筋的能力［2］。
2）增加盾构推进系统的微动功能， 以满足盾构机超低速 （5 mm/min） 掘进施工的要求。
3）在土仓内螺旋输送机头部， 安装能破碎硬物的装置， 以应对断桩及钢筋等。
4）在盾构土仓选择合理部位设置观察孔， 使施工人员在人行闸门开启之前能够充分掌握土舱中的情况， 确保施工安全。
3 切削桩基施工
1）盾构在穿越桥桩过程中， 正面土压力波动范围控制在 （-10 ～ +10） kPa； 推进速度控制在5 mm/min左右， 匀速推进。
2）盾构机开挖断面面积为31.57 m2， 每环（环宽1.2 m） 理论出土量为37.88 m3， 依此确定同步注浆量； 浆液为惰性浆液， 稠度为8.5 ～ 9.5 cm， 严格控制浆液的配合比。
3）施工中在漏浆情况不严重时， 可通过加大盾尾油脂注入量封闭漏浆通道阻止漏浆； 如发现漏浆情况较为严重， 而常规方法又无法处理的情况， 可采取拼装管片时在漏浆位置管片下方垫海棉条的方法进行有效封堵。
盾构切削桥梁桩基平、 剖面图见图1。
4 施工监测
下行线盾构切削桩基施工从2009年6月22日开始，至29日结束， 盾构掘进从772环到790环。
1）刀盘转速稳定在0.64 r/min。
2） 盾构在切削第一排桩时的总推力稍大 ， 为17 000 kN左右， 随后推力逐渐减小， 最小为12 000 kN（见图2）。
3）在整个切削期间， 盾构刀盘的扭矩跳动较大，基本在1 400 ～ 3 000 kN·m （见图3）。
4）盾构在切削过程中， 总体来说， 出土情况还比较顺利； 但由于受切削下来的钢筋 （长20 ～ 30 cm）的影响， 需要通过螺旋机正转和反转， 才使出土顺利。
5）在沙泾港桥桥面上设置了沉降观测点 （QL1 ～QL18）， 从6月27日至7月1日5 d测得的沉降数据看出，桥面沉降的各点随时间变化不明显， 且大部分点变化都比较均匀， 均控制在规范允许的范围内 （见图4）。
5 结语
上海轨道交通10号线5.1标施工过程中， 采用了经改制后的盾构机， 加以一系列的有效控制措施，在未采用任何清障手段及改变隧道线路的情况下，顺利地通过沙泾港桥桩基， 完成施工任务。通过施工， 得出如下结论：
1）采用在刀盘面板上增加一定数量先行刀和贝壳刀的方法， 对盾构切削混凝土桩基具有明显效果。
2）盾构切削桩基过程中， 推进速度宜慢。 在本工 程中， 推进速度为5 mm/min左右， 最大速度为7 mm/min， 可较好地控制地层变形。 盾构推力大小不宜突然改变， 应稳定在12 000 ～ 18 000 kN。 要密切注意刀盘的扭矩， 最佳刀盘扭矩为1 400 ～ 3 000 kN·m。
参考文献：
［1］ 张凤祥， 朱合华， 傅德明. 盾构隧道［M］. 北京：人民交通出版社，2004.
［2］ 宋克志, 潘爱国. 盾构切削刀具的工作原理分析［J］. 建筑机械， 2007（2）: 74-76. 来源: 《建筑中文网》.
目前， 面对障碍物的处置方法主要是在盾构通过前预先拆除， 或变更隧道线路， 但由此带来的额外费用均比较高。 因此， 很多专家提出， 对于一些无法避免、 直接清除费用又较高的地下障碍物， 是否可由盾构机直接切削、 破碎障碍物？ 这对于节省工程投资、 缩短施工工期、 加快建设速度具有重要的意义［1］。
1 工程概况
上海轨道交通10号线5.1标溧阳路—曲阳路区间隧道外径为6.2 m， 隧道内径为5.5 m， 采用准6.34 m土压平衡式盾构机施工。 盾构在穿越四平路上的沙泾港桥时， 盾构机轴线与桩基平面呈75°夹角， 桩基处的隧道顶标高 （-6 ～ -7） m； 须切削的33根桥桩基， 桩基截面尺寸为400 mm × 400 mm， 长26 ～ 27 m；主筋为准18 mm， 混凝土强度等级为C25。
盾构切削桩基部分的土体为②3-1灰黄—灰色黏质粉土夹粉质黏土， ②3-2灰色砂质粉土、 ④灰色淤泥质黏土。 其物理力学性质见表1。
表 1 盾构切削桩基的土层物理力学参数表
2 盾构机改制
为了使盾构能直接切削桩基， 根据国内外相关工程经验， 对盾构机的刀盘进行了改制。
1）在刀盘面板上加装1套先行刀及6把贝壳刀， 以提高盾构机破碎混凝土及钢筋的能力［2］。
2）增加盾构推进系统的微动功能， 以满足盾构机超低速 （5 mm/min） 掘进施工的要求。
3）在土仓内螺旋输送机头部， 安装能破碎硬物的装置， 以应对断桩及钢筋等。
4）在盾构土仓选择合理部位设置观察孔， 使施工人员在人行闸门开启之前能够充分掌握土舱中的情况， 确保施工安全。
3 切削桩基施工
1）盾构在穿越桥桩过程中， 正面土压力波动范围控制在 （-10 ～ +10） kPa； 推进速度控制在5 mm/min左右， 匀速推进。
2）盾构机开挖断面面积为31.57 m2， 每环（环宽1.2 m） 理论出土量为37.88 m3， 依此确定同步注浆量； 浆液为惰性浆液， 稠度为8.5 ～ 9.5 cm， 严格控制浆液的配合比。
3）施工中在漏浆情况不严重时， 可通过加大盾尾油脂注入量封闭漏浆通道阻止漏浆； 如发现漏浆情况较为严重， 而常规方法又无法处理的情况， 可采取拼装管片时在漏浆位置管片下方垫海棉条的方法进行有效封堵。
盾构切削桥梁桩基平、 剖面图见图1。
4 施工监测
下行线盾构切削桩基施工从2009年6月22日开始，至29日结束， 盾构掘进从772环到790环。
1）刀盘转速稳定在0.64 r/min。
2） 盾构在切削第一排桩时的总推力稍大 ， 为17 000 kN左右， 随后推力逐渐减小， 最小为12 000 kN（见图2）。
3）在整个切削期间， 盾构刀盘的扭矩跳动较大，基本在1 400 ～ 3 000 kN·m （见图3）。
4）盾构在切削过程中， 总体来说， 出土情况还比较顺利； 但由于受切削下来的钢筋 （长20 ～ 30 cm）的影响， 需要通过螺旋机正转和反转， 才使出土顺利。
5）在沙泾港桥桥面上设置了沉降观测点 （QL1 ～QL18）， 从6月27日至7月1日5 d测得的沉降数据看出，桥面沉降的各点随时间变化不明显， 且大部分点变化都比较均匀， 均控制在规范允许的范围内 （见图4）。
5 结语
上海轨道交通10号线5.1标施工过程中， 采用了经改制后的盾构机， 加以一系列的有效控制措施，在未采用任何清障手段及改变隧道线路的情况下，顺利地通过沙泾港桥桩基， 完成施工任务。通过施工， 得出如下结论：
1）采用在刀盘面板上增加一定数量先行刀和贝壳刀的方法， 对盾构切削混凝土桩基具有明显效果。
2）盾构切削桩基过程中， 推进速度宜慢。 在本工 程中， 推进速度为5 mm/min左右， 最大速度为7 mm/min， 可较好地控制地层变形。 盾构推力大小不宜突然改变， 应稳定在12 000 ～ 18 000 kN。 要密切注意刀盘的扭矩， 最佳刀盘扭矩为1 400 ～ 3 000 kN·m。
参考文献：
［1］ 张凤祥， 朱合华， 傅德明. 盾构隧道［M］. 北京：人民交通出版社，2004.
［2］ 宋克志, 潘爱国. 盾构切削刀具的工作原理分析［J］. 建筑机械， 2007（2）: 74-76. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14407.htm
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