軟土盾構切削地下障礙物施工技術

□文/趙則超

軟土盾構切削地下障礙物施工技術

□文/趙則超

以天津地鐵2號線某區間盾構機切削鋼筋混凝土樁基為研究對象。通過對盾構機刀盤、主驅動、螺旋輸送機等進行加強設計并在施工中控制好各項參數，制定了針對性施工措施，順利切削地下鋼筋混凝土樁，確保區間順利貫通。

盾構機；切削；軟土；障礙物；地鐵

隨著城市發展，地下空間資源逐漸減小，地鐵線路受各種因素制約，不可避免的要穿越地下障礙物，增加了施工難度和風險。本文通過對盾構機切削障礙物針對性設計和穿越過程中各項參數的設定及控制措施進行分析。

1　工程概況

天津地鐵某區間，隧道外徑6.2m、內徑5.5m，采用φ6.41m土壓平衡盾構機進行施工。盾構正穿一根城市地道臨時格構柱，格構柱直徑1m，8根φ20mm主筋，混凝土強度等級為C25；盾構斜穿五經路地道圍護結構，φ800mm@600mm工法樁，H型鋼已拔除，見圖1和圖2。

圖1　盾構穿越城市地道平面

圖2　盾構穿越城市地道剖面

盾構機切削樁基部分土體物理力學性質見表1。

表1　盾構切削樁基的物理力學參數

2　盾構機切樁技術措施

2.1盾構機設計

為使盾構直接切削樁基，參考國內外工程實例，對軟土盾構機進行了加強設計，提高了盾構機切削鋼筋混凝土的能力。

1）刀盤針對性配置了12把滾刀（刀高175mm）、8把中心撕裂刀（刀高175mm）、61把撕裂刀（刀高160mm）。撕裂刀全部采用貝殼刀并進行了加強設計。

2）刀盤開口較大處焊接隔板，避免大塊混凝土塊進入螺旋輸送機，見圖3。

圖3　刀盤

3）主驅動總功率945 kW，額定扭矩5 537 kN·m、脫困扭矩6621kN·m。采用伸縮式主軸承。刀盤主軸承沿盾體軸線前后200mm范圍內伸縮。

4）螺旋輸送機功率200 kW，額定扭矩199 kN·m，脫困扭矩244 kN·m。螺旋輸送機檢查口由2個增加到3個，有利于清除螺旋機內障礙物。螺旋輸送機的功率較常規軟土盾構機有所加強，提高了脫困能力。

2.2切削期間參數設定及應對措施

1）穿越格構柱施工過程中，速度控制在10～15mm/min，刀盤轉速控制在1.4r/min左右。

2）加強扭矩監測，先將刀盤伸出10 cm，當遇到障礙物時，縮回刀盤，防止卡死。

3）刀盤前方注入膨潤土，建立土倉壓力，減少刀具的磨損和增加土體的和易性，密切注意土倉壓力。

4）后方通過二次注漿形成止水環，防止后方來水進入土倉，造成噴涌。

3　切削期間參數分析

為方便盾構切削樁體期間各項參數變化情況，本文選取了切樁期間盾構機參數與正常掘進時盾構機參數進行對比分析，通過比較在切削障礙物期間盾構參數和正常掘進相比發生較大變化，首先掘進速度降低到正常速度的1/3約為10mm/min；刀盤扭矩較正常掘進增加較大且發生較大波動；土倉壓力和推力較正常掘進有所降低，約為正常階段的86%。

1）掘進速度。盾構正常掘進期間速度維持在30mm/min，掘進速度較為平穩，切削樁體期間速度降低到10mm/min左右，掘進速度受障礙物影響波動較大。

2）刀盤扭矩。盾構正常掘進期間扭矩約為2.6MN·m，切削樁基期間扭矩約為3.4MN·m且通過障礙物期間波動較大，在刀盤拉斷鋼筋時，扭矩最大達到4.5MN·m，為刀盤脫困扭矩(6.619MN·m)的68%。

3）土壓。盾構在切削鋼筋混凝土樁期間推進速度慢，掘進時間長，土體改良劑持續注入，渣土不能持續排出，易噴涌，需要不斷調節螺旋機閘門保持土倉壓力，土倉壓力較正常掘進狀態略小，基本處于一個穩定狀態。

4）推力。受土倉壓力及推進速度降低，推力也相應較正常掘進略低，為正常掘進狀態的86%，能夠維持較為平穩狀態且波動幅度不大。

5）螺旋機排除鋼筋。螺旋筋排除鋼筋長度約為1.2m，呈螺旋扭曲狀，通過與正常段對比掘進期盾構參數變化及鋼筋斷口情況判斷。盾構機切削鋼筋首先是刀具對鋼筋進行了一定的破壞，接著鋼筋剝離混凝土約束，被盾構機刀盤拉斷，盾構機沒能有效按照撕裂刀軌跡線將鋼筋切削成小段。

4　結論及建議

1）通過前期對類似工程進行調研，會同盾構機生產商及施工單位針對本工程點對盾構機進行了加強型設計，盾構機順利切削了區間障礙物，樁基鋼筋沒有對盾構機刀盤及螺旋機造成過大障礙，確保了該區間順利貫通。

2）盾構機沒有將鋼筋按照軌跡線進行切割成小段且盾構機切樁期間發生了一次刀盤卡死現象，通過反轉正常，若鋼筋直徑較大可能會對刀盤和螺旋機造成較大障礙。

3）盾構機切樁期間發現盾構機扭矩急劇增加時，及時停機避免刀盤卡死。

4）建議通過調整盾構刀具設計，確保在切削鋼筋期間混凝土保護層不同時剝離，利用撕裂刀有效將鋼筋切削成較長小段（根據螺旋機節距確定長度）。

5）盾構機在切削工法樁（工字鋼已拔出）時較為順利，小直徑鋼筋一般不會對盾構機刀盤和螺旋機制造較大障礙，若鋼筋直徑較大時要慎重研究，新采購盾構機可選用無軸螺旋機，避免鋼筋卡死螺旋機。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.017

□U455.43

□C

□1008-3197（2015）03-45-02

□2015-01-05

□趙則超/男，1983年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團有限公司，從事市政工程技術管理工作。