土木建筑网首页 > 陕西建筑 > 建筑施工 > 盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术

阅读 165 次 盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术

摘要:为了解决盾构施工中碰到无法避免、直接清除费用又较高的地下障碍物的难题,提高盾构施工的科学性,在遵循盾构施工基本原理的基础上,从盾构设备改造、盾构推进控制、监控监测等3个核心方面提出了由盾构机直接切削障碍物的针对性施工技术措施。盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术具有较强的可操作性、科学性和可靠性,本文可为同类盾构施工提供科学的工程借鉴与参考。...

盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术

高军平

陕西有色建设有限公司

随着交通建设的发展,城市地铁隧道数量在不断增加,加之电缆、天然气等其他管网的占用,当前地下空间资源正在急剧减小,使得地下隧道的位置受到许多因素制约,其盾构施工容易碰到许多障碍物。作为世界四大古都之一的西安,地下构筑物遍布;同时由于历经多次建设,地下建筑较多;加之其作为西气东输的重要节点,地下管线也较密,从而成为现有盾构隧道施工的地下障碍物。总体上,地下在役与废弃的构筑物、基桩及管线等分布具有“量大”、“面广”的特点,给当前盾构隧道造成了很大的施工难题。

目前,针对地下障碍物的处置方法主要是在盾构通过前预先拆除,或变更隧道设计线路,但由此带来额外的施工成本投资均比较高,同时容易导致施工工期拖延,造成社会经济损失。因此,探索一种切实可行的施工技术方法就极为必要。

为解决此难题,本文在遵循盾构施工基本原理的基础上,以实际工程为背景,从盾构设备改造、盾构推进控制、监控监测等方面提出了由盾构机直接切削、破碎障碍物的针对性施工技术措施,对盾构施工节省工程投资、缩短施工工期、加快建设速度具有重要意义。

一、项目概述

1、工程概况

西安地铁1号线TJSG-6标汉城路站——开远门站为单圆盾构区间隧道,双线全长3403.6m。其中,上行线穿越某企业工业一厂房。该厂房为4 跨1 层的钢结构工程,桩基为4 根一组的立柱桩基础。桩长18m,桩顶高程为+3.3,为两节桩,每节长9m,盾构切削第二节桩,混凝土方桩基础为350mm×350mm规格,为混凝土灌注桩,砼强度C30,配有4根Ф16钢筋,。车间南北方向长120m,东西方向宽96m。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所示。

图 1 厂房桩基与盾构隧道的位置关系

2、地质情况

该区间范围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,其物理力学性质如表1所示。

表 1 盾构切削桩基的土层物理力学参数表

土层

层号

土层名称

孔隙比e

密度/kg·m-3

含水量W/%

压缩

系数a1-2/MPa-1

内摩

擦角/(°)

内聚力C/kPa

压缩

模量Ec/MPa

②3-1

灰黄—灰色黏质粉土夹粉质黏土

0.49

20.0

4.2

3.73

②3-2

灰色砂质粉土

0.93

1.86

33.8

0.34

22.5

2.6

9.94

灰色淤泥质黏土

1.29

1.74

42.9

0.85

13.0

9.8

2.50

⑤1-1

灰色黏土

0.96

1.84

32.4

0.49

12.0

8.4

3.83

⑤1-2

灰色粉质黏土

0.61

2.06

20.7

0.24

17.0

33.3

6.75

暗绿—草黄色粉质黏土

0.29

2.00

23.7

0.26

20.0

27.7

6.10


二、盾构切削桩基技术措施

1、盾构设备改造

本区间采用两台日本小松TM614PMX 土压平衡盾构机先后从开远门站始发掘进,汉城路站吊出。在盾构出洞前,针对性地对盾构刀盘进行改制。

原盾构的标准割刀保持不变,在盾构刀盘上新增加先行刀65 把,以提高盾构机破碎混凝土及切削钢筋的能力;先行刀类型为切削刀,断面比正常切削刀小。

在半径为700~3175mm的范围内,先行刀以等距布置为主;刀盘直径为6350mm,直径外缘也增加先行刀;先行刀的高度按大于标准割刀15mm制作。增加盾构推进系统的微动功能,以满足盾构机超低速(5mm/min)掘进施工的要求。

在土仓内螺旋输送机头部,安装能破碎高强度物体的装置,以应对断桩及钢筋等。

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。

2、盾构推进控制

(1)推进参数

    盾构推进参数控制包括推进速度控制、注浆控制和姿态控制。

    1)放慢推进速度

    盾构机在距离桩基10m左右时,为防止桩基位移,推进速度宜控制在10~20mm/min;当盾构机距离桩2m左右时,推进速度宜控制在5~10mm/min;在桩基磨碎过程中,推进速度宜控制在5mm/min以内。

2)同步注浆控制

为提高地面建筑物和隧道的前期后期稳定性,在磨越桩基的施工段,须加强同步注浆管理。根据地面、建筑物沉降变形情况,拟每环的压浆量为建筑空隙的200%~250%, 即每推进一环同步注浆量为3.3~4.2m3,注浆压力应控制在0.3MPa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%。同时,推进时不急纠、不猛纠,应多注意观察管片与盾壳的间隙,相对区域油压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。

(2)刀盘正面土体改良

在盾构推进切削钢筋混凝土时,宜在盾构的刀盘正面压注膨润土或泡沫剂来改善开挖面土体的和易性,以降低刀盘扭矩,保证盾构穿越时以均衡的速度推进,同时改良土仓内土体,有助于桩体碎块从螺旋机内顺利排出,从而确保盾构正常出土。

值得一提的是,为避免土体在过多的膨润土或泡沫剂量和较高的压力下形成定向贯通的介质裂缝而造成渗水通道,进而影响隧道安全状况,在加膨润土或泡沫剂时,必须严格控制剂量和压力。

(3)盾构穿越桩基后的工作

    盾构施工过程中,往往伴有一定的地面沉降。为确保地面沉降得到控制,当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,使隧道与加固区域的间隙得到及时补充。二次注浆浆液选定为双液浆,水灰比为1:1,浆液主要材料配比如表2所示。

表 2 二次注浆浆液配比

A液

32  5级水泥/kg

1000

水/L

1000

B液

水玻璃/L

250

盾构机切削桩基影响范围为南北两侧侧各25 环的距离,在此50环内应及时采取二次注浆施工。注浆量暂定为每环1.5m3,分5个管片拼装孔进行压注,每孔压注量为0.3m3,同时,具体压浆量应根据地面沉降监测数据及时进行调整。

3、监控量测

盾构穿越桩基期间,监测是确保施工安全的一项极其重要的工作,必须严密控制,包括隧道轴线测量、厂房沉降监测。

(1)隧道轴线测量

    盾构穿越桩基时,由于刀盘将切削钢筋混凝土,导致刀盘正面受力不均,容易引起盾构推进轴线发生偏差,因此对隧道轴线的测量必须严格控制。同时,根据实际穿越桩基情况,提高盾构姿态测量频率,从而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。

   (2)厂房沉降监测

    由于切削的桩基为厂房基础,在切削过程中对厂房影响巨大,有造成厂房损坏的可能。因此,为避免对厂房造成不可挽回的损坏,必须对厂房进行全天候监测。为确保监测精确、安全,宜采用较为先进的沉降自动监测系统,并进行实时监控,以便及时发现问题。GK—4680 静力水准沉降监测系统是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,具有较高的精确度。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,精度可达0.01mm。因此,优先推荐采用GK—4680 静力水准沉降监测系统进行实时监控量测。

三、施工效果

监控量测数据显示:盾构穿越时静力水准监测点的最大单次隆起为+2mm,最大单次沉降为-3mm,最终房屋最大沉降为-15mm,隆沉数据保持在规定范围内,表明施工参数控制得当。

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,说明盾构推进控制得当。

盾构穿越桩基过程中,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,导致螺旋机出土不畅无法继续推进。此停止推进,采取螺旋机正、反交替运行,同时将堵塞的混凝土及钢筋进行清除,方能恢复继续运行。

四、结

盾构切削钢筋混凝土桩基的施工技术由盾构机直接切削障碍物,不仅能够顺利完成施工任务,而且具有节省工期、有效控制工程成本等优点。盾构切削桩基过程中,重点是对推进速度进行控制,使盾构机刀盘对钢筋混凝土桩基进行充分切削;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,应停止推进同时使刀盘进行正、反转,直至刀盘扭矩降低至正常数值再行推进。盾构切削钢筋混凝土桩基施工技术具有较强的可操作性、科学性和可靠性,取得了良好的社会效益,可为同类盾构施工提供科学的工程借鉴与参考。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络工程项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

关于 盾构 切削 钢筋 混凝土 桩基 施工 技术 的相关文章