泥水盾構機切削大直徑橋樁控制參數分析

牛 瑞，王 寧，史策輝

（1.中鐵隧道集團二處有限公司，河北 廊坊 065201；2.華東交通大學 江西省巖土工程基礎設施安全與控制重點實驗室，江西 南昌 330013；3.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010）

目前國內已報道的盾構切樁項目大多為土壓平衡式盾構機切樁，只有少部分臨江項目采用了泥水加壓平衡式盾構機。相對于土壓平衡盾構，切樁時泥水加壓平衡盾構需要控制的參數更多，切削過程中的參數調整更加復雜精細，當前的研究成果相對較少。王江華[1]介紹了土壓盾構機穿越樁基時的一些改造技術，指出增加貝殼刀有助于切割鋼筋。王飛、傅德明等學者[2]則分別對土壓盾構切樁的過程進行了試驗模擬。王飛的試驗表明貝殼刀可適用于直接切削樁基，切樁時推速的波動幅度較大，易造成刀具合金崩裂，并建議推速設定值≤2mm/min。傅德明[3]采用直徑0.4m模型試驗機模擬了土壓盾構切樁的過程，指出刀盤改造宜增加一定數量先行刀和貝殼刀，推進速度宜＜10mm/min，并應向土倉內添加潤滑減摩材料，以防混凝土碎塊堵塞螺旋輸送機。楊自華等[4]對廣州地鐵3號線瀝浩站至大石站區間盾構切樁施工過程進行了簡單描述，缺少對盾構參數控制的分析。潘茁等[5]利用有限元分析了天津地鐵泥水盾構機下穿某橋梁的工程，在該案例中盾構機并未切到樁基而是近距離通過。

綜上，對于泥水盾構切削橋梁樁基的相關研究較少，且工程案例也較為缺乏。因此，提出一套泥水盾構切樁時參數動態調整措施及施工方法，對地下空間開發與利用具有十分重要的意義。文章以南昌地鐵某盾構區間隧道切削臨江橋梁樁基礎為背景，通過分析直接盾構切樁過程中的泥水壓力、刀盤扭矩、轉速等參數，得出泥水盾構切樁的相關規律，并對臨江區泥水盾構切樁的可行性進行探討。

1 工程概況

1.1 樁基概況

南昌地鐵2號線某區間施工時，需要直接盾構切除一大直徑橋梁樁，隧道與橋梁樁之間的關系如圖1所示。需切除的橋直徑1.5m，主筋三級鋼（直徑28mm），入侵隧道斷面4.43m。隧道直徑6.6m，其中襯砌厚度為0.3m，隧道斷面主要處于中風化泥質粉砂巖。

1.2 地質情況

該區域土層自上而下主要為素填土、粉黏土、礫砂、圓礫、強風化泥質粉砂巖和中風化泥質粉砂巖。地下水位線位于地面以下約5m處，地下水受臨近的贛江水影響。土體參數如表1所示。

圖1 舊樁、隧道和托換樁位置關系圖（單位：m）

表1 土層參數

2 盾構切樁工藝改進方案

盾構機為國產氣墊式泥水加壓平衡盾構機。為提高切樁效率，防止鋼筋卡頓差繞刀盤，在原盾構機的刀具配備基礎上加焊6把撕裂刀，增強盾構機的切樁能力。同時將盾構機的刀盤開口率提高至40%，使泥水漿液能夠把渣土碎石以及鋼筋碎片帶入開挖倉。刀具配置數量如表2所示。

表2 泥水盾構機刀盤配置

3 切樁時盾構機的工作參數

3.1 盾構機掘進參數

施工中，開始切樁時的初始掘進參數為刀盤轉速0.3～0.5rpm，速度1～5mm/min，刀盤扭矩2005～2020kN·m，推力12590～12680kN。刀盤切入樁體50cm時，刀盤扭矩和推力出現較大波動，停機沖刷刀盤5min，發現有部分鋼筋碎段。恢復掘進后，轉速提升至0.6rpm，持續42min，推力由10990kN上升至11280kN，切樁70cm。此后，刀盤轉速調整為0.5rpm，直到完成掘進，盾構扭矩上升至1900kN·m，推力逐漸上升至12000kN。切樁全過程監測數據如圖3所示。

圖2 切樁過程中盾構參數變化圖

從圖2（a）中可以看出刀盤最大轉速達到0.65rpm，最小0.40rpm，整個過程中平均轉速在0.55rpm左右。圖2（b）顯示刀盤扭矩在整個切削橋梁樁體過程中逐漸增大，在17時14分的扭矩急劇降低是由調整回轉角將刀盤反轉造成的，扭矩的最小值為1044kN·m，最大值為2094kN·m，平均值為1400kN·m。盾構的總推力在整個切樁過程中也是逐漸增大，最小值為10050kN，最大值為12120kN，平均值為11160kN。

3.2 泥水參數控制

盾構在切樁過程，需考慮盾構推力對舊樁擾動形成串漿通道，推進速度較慢時，刀盤倉內泥漿比重無法達到正常掘進排漿比重。因此，盾構切樁過程泥水比重初步控制在1.1～1.15g/cm3，黏度控制在25～30s。掘進的前50cm為試掘，結果發現盾構掘進參數異常，經分析表明是泥漿比重、粘度過高所致。后將泥漿比重調整為1.08g/cm3，黏度為17.26～19.35s，流量為800～850m3/h。按照該組參數盾構切樁時，盾構循環系統排渣較為順暢，刀盤倉壓力穩定，地面無冒漿情況。

在施工過程中發現，泥水的析水量須＜5%，API失水量應＜30CC/30min，不夠則添加降失水劑。

4 結束語

該工程中對盾構刀盤刀具及進行了一些改進措施，并及時調整了相關的掘進參數，保證了工程的順利施工。期間采取的多項試驗性數據總結如下。

（1）磨樁過程中建議調低刀盤轉速和推進速度。刀盤轉速可保持0.5～0.6rpm，推進速度維持在4～8mm/min。與正常地層對比刀盤扭矩要降低，推力可微調。

（2）為防止鋼筋影響刀盤正常轉動，建議在盾構超過混凝土保護層后，停機進倉檢查或清理一次。

（3）與正常地層掘進對比，切樁時建議泥漿比重上調，黏度下調，但比重不可過大。