李鴻LI Hong

（中鐵建南方建設(shè)投資有限公司，深圳 518000）

1 概述

盾構(gòu)法施工技術(shù)廣泛運用于城市軌道交通隧道修建。地下管線、建筑物樁基等錯綜復(fù)雜，地鐵隧道在修建過程中，不可避免的需要穿越建筑物的樁基，所以對盾構(gòu)磨樁施工技術(shù)的研究尤為重要。齊峰[1]等提出對橋梁樁基進行預(yù)處理，降低橋梁樁基的剛度和強度，采用撕裂刀并控制好盾構(gòu)掘進參數(shù)進行磨樁處理；李瑋[2]提出采用低速泵代替原推進泵在盾構(gòu)機磨樁中控制推進速度，來降低操作手電動控制偏差；王曉慶[3]闡述了盾構(gòu)慢推速，中轉(zhuǎn)速，注惰漿，控姿態(tài)和土壓的磨樁施工工藝。南京地鐵5 號線下穿夫子廟過街通道，通過線路調(diào)整，地面袖閥管注漿加固，采用軟土刀盤和無軸螺旋，順利穿越過街通道圍護方樁[4]。這些技術(shù)研究對盾構(gòu)磨樁有一定的參考意義，但由于地質(zhì)水文和建筑物樁基結(jié)構(gòu)的差異，相應(yīng)的技術(shù)研究也不盡相同。本文依托深圳地鐵16 號線田頭站～田心站左線區(qū)間隧道施工，對砂土互層盾構(gòu)小半徑磨削田頭河改遷圍護樁關(guān)鍵施工技術(shù)進行綜合闡述，通過采取圍護樁前方旋噴加固，優(yōu)化刀具配置，優(yōu)化螺旋機葉片，磨樁前主動查刀，中盾注厚漿，嚴控掘進參數(shù)等輔助措施，盾構(gòu)順利小半徑磨樁穿越田頭河，為類似盾構(gòu)磨樁工程施工提供參考。

2 工程概況及特點

2.1 區(qū)間設(shè)計概況

深圳地鐵16 號線田頭站～田心站區(qū)間盾構(gòu)出田頭站沿在建蘭田路向東，以R450m 的曲線半徑轉(zhuǎn)向東南方向，期間側(cè)穿民房，下穿豐潤昌公司、側(cè)穿蒲氏宗祠，隨后以R370m 的曲線半徑下穿高壓燃氣管及田頭河圍護樁，然后向東南至金田路進入田心站。

區(qū)間左線全長1327.179m，最大縱坡為22‰，最小曲線半徑為370m，管片外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，環(huán)寬1.5m。

2.2 區(qū)間下穿田頭河圍護樁概況

區(qū)間下穿田頭河改遷圍護樁，左線需磨樁8 根，樁基侵入隧道區(qū)間，侵入貫穿隧底以下2m，左線磨樁里程K38+377.127～K38+386.3265，需掘進9.1995m，磨樁角度55°。區(qū)間左線磨樁平面圖見圖1。

圖1 區(qū)間左線磨樁平面圖

圍護樁樁體直徑為1m，通長縱筋18 根φ25@150 鋼筋，螺旋箍筋φ10@200，加勁箍筋φ18@2000。圍護樁樁體配筋圖見圖2。

圖2 圍護樁樁體配筋圖

磨樁段地質(zhì)情況自上而下依次為1-1 粉質(zhì)黏土素填土、5-2-3 粉質(zhì)黏土、5-3-2 中粗砂、8-3-3 粉質(zhì)黏土，洞身所處地層為5-2-3 粉質(zhì)黏土、5-3-2 中粗砂、8-3-3 粉質(zhì)黏土層。穿越段地質(zhì)情況見圖3。

圖3 穿越段地質(zhì)情況

3 盾構(gòu)磨樁下穿田頭河施工技術(shù)措施

3.1 施工風(fēng)險分析

盾構(gòu)磨削田頭河改遷圍護樁的安全風(fēng)險是盾構(gòu)在土砂互層磨樁掘進施工時，磨樁掘進速度緩慢，振動大，多次擾動砂層，易超方造成地表沉降。

盾構(gòu)磨樁過程中磨斷的鋼筋將進入螺旋機，易卡住螺旋機，使其無法正常轉(zhuǎn)動，存在砂土互層中拆螺旋機檢修蓋板取鋼筋風(fēng)險。

盾構(gòu)磨樁過程中對刀具磕碰撞擊較大，導(dǎo)致刀具損壞，存在被動帶壓開倉換刀風(fēng)險。

3.2 旋噴加固

在盾構(gòu)機磨樁前，對圍護樁中間進行了地面旋噴加固，一方面可以對粉砂互層地質(zhì)進行加固，另一方面可以避免在盾構(gòu)機長時間磨樁的情況下，減少地層擾動，控制沉降。

旋噴深度14m，深度為隧頂位置至地面以下3m，旋噴樁旋噴樁采用P.O.42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比為1.0～1.5；旋噴樁的水泥漿壓力為25～35MPa；旋噴樁的轉(zhuǎn)速為15-20r/min，提升速度為15-20cm/min；旋噴樁為Φ600@450 樁體。

3.3 刀具優(yōu)化

區(qū)間整體地質(zhì)屬于典型的華南復(fù)合地層，前段以強風(fēng)化頁巖為主，中段以微風(fēng)化灰?guī)r為主，后段以軟土為主，考慮到復(fù)合地層條件和高強度的鋼筋混凝土樁基，優(yōu)先選用滾刀掘進[5]綜合考慮刀盤采用六輻條復(fù)合式設(shè)計，開口率35%，材料采用Q345C 高強度鋼板，磨樁的刀具配置綜合考慮刀具對樁基的適應(yīng)性、刀具布置高度差、刀間距、刀座安裝方式等多種因素[6]。

①滾刀：滾刀采用圓弧頂光面滾刀，刃寬22mm，刀盤中心布置6 把18 寸雙刃滾刀，正面布置23 把18 寸單刃滾刀，邊緣弧形區(qū)域布置12 把18 寸單刃滾刀，最外軌跡2 把滾刀。

②刮刀及邊刮刀：刀盤正面配置43 把刮刀、12 對邊刮刀，刀高140mm，切刀軌跡全斷面覆蓋，與滾刀刀高差47mm，減少刮刀、邊刮刀的二次磨損，增強其抗沖擊能力。

③為避免盾構(gòu)在R370m 小半徑磨樁期間卡盾及保護大圓環(huán)，特在刀盤最外軌跡滾刀同軌跡線增加2 把保徑撕裂刀。

3.4 磨樁前主動查刀

為避免盾構(gòu)磨樁期間進行被動開倉換刀，盾構(gòu)機在出全斷面灰?guī)r段前10m 附近適當(dāng)位置進行開倉檢查刀具，將損壞刀具進行更換，以良好的刀具狀態(tài)進行磨樁施工。

3.5 螺旋機葉片優(yōu)化

盾構(gòu)磨樁產(chǎn)生的鋼筋條很有可能卡住螺旋輸送機，使螺旋輸送機無法正常運轉(zhuǎn)排除渣土，在盾構(gòu)裝機前將螺旋機葉片合金全部更換，并將筒體內(nèi)的葉片跟筒體之間的間隙通過焊接耐磨板恢復(fù)出廠間隙。螺旋機葉片耐磨板見圖4。

圖4 螺旋機葉片耐磨板

3.6 掘進參數(shù)及姿態(tài)控制

以“控扭矩，中轉(zhuǎn)速，保土壓，控姿勢”的盾構(gòu)參數(shù)進行施工控制[7]。

3.6.1 掘進參數(shù)

①掘進速度。

在盾構(gòu)刀盤距離樁基10m 左右時，控制掘進速度在10～20mm/min，當(dāng)盾構(gòu)距離樁基2m 左右時，推進速度控制在5～10mm/min，在磨樁基的過程中，宜以最小的推速和切深磨削鋼筋[8]，掘進速度控制在3～8mm/min。

②刀盤轉(zhuǎn)速。

磨樁段刀盤轉(zhuǎn)速為0.9r/min，減緩刀具磕碰導(dǎo)致的損壞。刀盤保持一個方向旋轉(zhuǎn)，避免頻繁調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致刀盤上鋼筋纏繞，將刀盤卡死的現(xiàn)象。

③掘進土壓。

掘進土壓比理論值提高0.2bar。

④出渣量。

每環(huán)理論出渣量為49.44m3，考慮土質(zhì)松散系數(shù)，出渣量應(yīng)控制在69m3以內(nèi)。

3.6.2 姿態(tài)控制

磨樁掘進過程中盾構(gòu)機受力不均，易引起盾構(gòu)機的實際姿態(tài)偏離設(shè)計方向，糾偏充分利用主動鉸接的優(yōu)勢，進入曲線前提前將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)到曲線內(nèi)側(cè)10mm 左右，始終沿著曲線內(nèi)弧掘進，緩糾偏。

因盾構(gòu)磨樁轉(zhuǎn)彎處于370m 小半徑，盾構(gòu)磨樁完成后進行測量換站，并對盾體特征點和后視點進行一次復(fù)核，從而保證數(shù)據(jù)的精確性。

3.6.3 鉸接控制

磨樁過程中，極易出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，由于盾構(gòu)機切樁角度為55°，一半刀盤在土層中，另一半正在進行磨樁作業(yè)，在磨樁過程中，采用了保壓掘進的方式。在接近磨樁前，將鉸接向外伸出10cm，一旦出現(xiàn)磨樁過程中刀盤卡死后，可收回鉸接，刀盤脫困。

3.7 中盾注厚漿

由于刀盤開挖直徑大于盾體直徑，盾體和開挖面之間存在空隙，最大沉降位置位于隧道中線上方[9]，采用厚漿注入到空隙中并填充飽滿，實現(xiàn)掘進過程中盾體周圍與開挖面的平衡，降低磨樁期間砂土互層的盾體上方的沉降，且同步注漿漿液不會向盾體上方竄流，有效防止盾體被同步漿液包裹。

3.8 穿越后的措施

刀盤完全通過田頭河改遷圍護樁后，對倉內(nèi)進行厚漿填充，對倉內(nèi)渣土進行置換，保證倉內(nèi)鋼筋能順利轉(zhuǎn)出。

加強地面巡視[10]，安排專人24 小時對河道區(qū)域進行排查巡視，實時反映巡視情況，并使用雷達探測儀，對已通過區(qū)域進行二次掃描，驗證地層內(nèi)是否存在空洞及不密實現(xiàn)象。

穿越后的二次補漿以少量多次為原則，在監(jiān)測點剛脫出盾尾時，沉降速率可能會突變，因此需保證尾盾后方的管片開孔注漿，多點位，多方向。

3.9 施工效果

盾構(gòu)磨樁施工過程中，刀盤刀具對樁基鋼筋的磨削，時刻盯控刀盤扭矩及螺旋扭矩，偶爾會產(chǎn)生扭矩瞬時波動較大情況，此時停止推進，待刀盤和螺旋旋轉(zhuǎn)扭矩恢復(fù)正常后再進行推進施工。

①實際掘進施工參數(shù)。

刀盤轉(zhuǎn)速0.9r/min，刀盤扭矩1225-3100kN·m，總推力1200t，掘進速度3-8mm/min，土倉壓力1.5bar。

②樁基鋼筋磨削情況。

圍護樁體鋼筋絕大多數(shù)被刀具磨斷，也存在少量鋼筋被扯斷現(xiàn)象，螺旋機排出來的鋼筋長短不一。

③刀具情況。

刀盤扭矩偶爾出現(xiàn)波動較大情況，磨樁期間未進行換刀作業(yè)。

④磨樁工期。

盾構(gòu)機磨樁掘進9.1995m，累計使用2d 時間。

4 結(jié)語

深圳地鐵16 號線田頭站～田心站區(qū)間盾構(gòu)在砂土互層順利磨削田頭河改遷圍護樁。

①增設(shè)的保徑撕裂刀有效避免了小半徑最外邊滾刀偏磨后導(dǎo)致卡盾的現(xiàn)象；

②通過焊接耐磨板將螺旋機葉片和筒體之間的間隙恢復(fù)出廠間隙，有效防止鋼筋卡在螺旋機葉片和筒體之間；

③砂土互層磨樁期間中盾注厚漿結(jié)合先期的地面旋噴加固，有效防止了地面的沉降；

④控制刀盤貫入度及掘進速度極為關(guān)鍵，大推力極易造成鋼筋被扯斷無法切削成短節(jié)，同時刀盤始終保持一個方向旋轉(zhuǎn)，可有效避免鋼筋相互纏繞。