软土盾构切削地下障碍物施工技术

□文/赵则超

软土盾构切削地下障碍物施工技术

□文/赵则超

以天津地铁2号线某区间盾构机切削钢筋混凝土桩基为研究对象。通过对盾构机刀盘、主驱动、螺旋输送机等进行加强设计并在施工中控制好各项参数，制定了针对性施工措施，顺利切削地下钢筋混凝土桩，确保区间顺利贯通。

盾构机；切削；软土；障碍物；地铁

随着城市发展，地下空间资源逐渐减小，地铁线路受各种因素制约，不可避免的要穿越地下障碍物，增加了施工难度和风险。本文通过对盾构机切削障碍物针对性设计和穿越过程中各项参数的设定及控制措施进行分析。

1　工程概况

天津地铁某区间，隧道外径6.2m、内径5.5m，采用φ6.41m土压平衡盾构机进行施工。盾构正穿一根城市地道临时格构柱，格构柱直径1m，8根φ20mm主筋，混凝土强度等级为C25；盾构斜穿五经路地道围护结构，φ800mm@600mm工法桩，H型钢已拔除，见图1和图2。

图1　盾构穿越城市地道平面

图2　盾构穿越城市地道剖面

盾构机切削桩基部分土体物理力学性质见表1。

表1　盾构切削桩基的物理力学参数

2　盾构机切桩技术措施

2.1盾构机设计

为使盾构直接切削桩基，参考国内外工程实例，对软土盾构机进行了加强设计，提高了盾构机切削钢筋混凝土的能力。

1）刀盘针对性配置了12把滚刀（刀高175mm）、8把中心撕裂刀（刀高175mm）、61把撕裂刀（刀高160mm）。撕裂刀全部采用贝壳刀并进行了加强设计。

2）刀盘开口较大处焊接隔板，避免大块混凝土块进入螺旋输送机，见图3。

图3　刀盘

3）主驱动总功率945 kW，额定扭矩5 537 kN·m、脱困扭矩6621kN·m。采用伸缩式主轴承。刀盘主轴承沿盾体轴线前后200mm范围内伸缩。

4）螺旋输送机功率200 kW，额定扭矩199 kN·m，脱困扭矩244 kN·m。螺旋输送机检查口由2个增加到3个，有利于清除螺旋机内障碍物。螺旋输送机的功率较常规软土盾构机有所加强，提高了脱困能力。

2.2切削期间参数设定及应对措施

1）穿越格构柱施工过程中，速度控制在10～15mm/min，刀盘转速控制在1.4r/min左右。

2）加强扭矩监测，先将刀盘伸出10 cm，当遇到障碍物时，缩回刀盘，防止卡死。

3）刀盘前方注入膨润土，建立土仓压力，减少刀具的磨损和增加土体的和易性，密切注意土仓压力。

4）后方通过二次注浆形成止水环，防止后方来水进入土仓，造成喷涌。

3　切削期间参数分析

为方便盾构切削桩体期间各项参数变化情况，本文选取了切桩期间盾构机参数与正常掘进时盾构机参数进行对比分析，通过比较在切削障碍物期间盾构参数和正常掘进相比发生较大变化，首先掘进速度降低到正常速度的1/3约为10mm/min；刀盘扭矩较正常掘进增加较大且发生较大波动；土仓压力和推力较正常掘进有所降低，约为正常阶段的86%。

1）掘进速度。盾构正常掘进期间速度维持在30mm/min，掘进速度较为平稳，切削桩体期间速度降低到10mm/min左右，掘进速度受障碍物影响波动较大。

2）刀盘扭矩。盾构正常掘进期间扭矩约为2.6MN·m，切削桩基期间扭矩约为3.4MN·m且通过障碍物期间波动较大，在刀盘拉断钢筋时，扭矩最大达到4.5MN·m，为刀盘脱困扭矩(6.619MN·m)的68%。

3）土压。盾构在切削钢筋混凝土桩期间推进速度慢，掘进时间长，土体改良剂持续注入，渣土不能持续排出，易喷涌，需要不断调节螺旋机闸门保持土仓压力，土仓压力较正常掘进状态略小，基本处于一个稳定状态。

4）推力。受土仓压力及推进速度降低，推力也相应较正常掘进略低，为正常掘进状态的86%，能够维持较为平稳状态且波动幅度不大。

5）螺旋机排除钢筋。螺旋筋排除钢筋长度约为1.2m，呈螺旋扭曲状，通过与正常段对比掘进期盾构参数变化及钢筋断口情况判断。盾构机切削钢筋首先是刀具对钢筋进行了一定的破坏，接着钢筋剥离混凝土约束，被盾构机刀盘拉断，盾构机没能有效按照撕裂刀轨迹线将钢筋切削成小段。

4　结论及建议

1）通过前期对类似工程进行调研，会同盾构机生产商及施工单位针对本工程点对盾构机进行了加强型设计，盾构机顺利切削了区间障碍物，桩基钢筋没有对盾构机刀盘及螺旋机造成过大障碍，确保了该区间顺利贯通。

2）盾构机没有将钢筋按照轨迹线进行切割成小段且盾构机切桩期间发生了一次刀盘卡死现象，通过反转正常，若钢筋直径较大可能会对刀盘和螺旋机造成较大障碍。

3）盾构机切桩期间发现盾构机扭矩急剧增加时，及时停机避免刀盘卡死。

4）建议通过调整盾构刀具设计，确保在切削钢筋期间混凝土保护层不同时剥离，利用撕裂刀有效将钢筋切削成较长小段（根据螺旋机节距确定长度）。

5）盾构机在切削工法桩（工字钢已拔出）时较为顺利，小直径钢筋一般不会对盾构机刀盘和螺旋机制造较大障碍，若钢筋直径较大时要慎重研究，新采购盾构机可选用无轴螺旋机，避免钢筋卡死螺旋机。

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

□U455.43

□C

□1008-3197（2015）03-45-02

□2015-01-05

□赵则超/男，1983年出生，工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事市政工程技术管理工作。