土压平衡盾构机小半径曲线斜切排桩施工技术

冯飞

摘    要：盾构小半径曲线斜切排桩施工不同于正常掘进，应充分考虑磨桩施工时盾构姿态控制，以及地质水文条件对盾构磨桩施工过程造成的影响。文章结合郑州市轨道交通4号线会展中心站～商鼎路站区间的盾构施工，系统阐述利用土压平衡盾构机小半径曲线斜切排桩的施工工艺和施工参数。首先结合郑州轨道交通地质条件，分析了磨桩施工过程中存在风险，在此基础上，提出了针对郑州轨道交通地质条件的磨桩施工技术，包括盾构机改造、掘进速度、盾构机姿态、磨桩过程中的辅助措施等。

关键词：土压平衡盾构机;小半径曲线;斜切排桩施工

1  前言

随着城市基础建设设施的持续建设，轨道交通呈现快速发展的趋势，但受到原先城市规划的制约，新的地铁隧道在施工过程中将不可避免地会部分穿越大型建（构）筑物桩基群、废桩群等。现有国内盾构施工中桩基处理普遍采用桩基托换加人工挖孔桩破除侵限桩基以及拔桩等方法，这些方法存在着施工难度大、风险大、费用高、工期长等问题。

2  工程概况

郑州市轨道交通4号线工程土建施工07合同段会展中心站～商鼎路站盾构区间下穿商鼎路福元路顶管隧道沈庄工作井及明挖暗埋段基坑围护结构排桩。盾构区间在斜切排桩过程中曲线半径为500m。桩基形式包括玻璃纤维筋钻孔灌注桩及钢筋混凝土钻孔灌注桩，由于基坑围护桩基紧贴既有商鼎路福元路隧道衬砌结构，且周边车流量较大，不具备桩基预处理条件，最终采用盾构机磨桩施工。

3  地质水文情况

商鼎路站～会展中心站区间隧道埋深：16.4m～26.8m，潜水水位埋深9.2m～11.7m;承压水水位埋深18.00m～22.20m，承压水头5m。盾构在斜切排桩过程中穿越的地层为②23层粉质黏土、②34层粘质粉土。

4  风险评估

（1）盾构掘进线路曲线半径为500m，盾构姿态控制存在一定难度。同时盾构斜切排桩，存在软硬不均现象，使得盾构掘进姿态更加难以控制。

（2）盾构机斜切排桩过程中如果掘进速度过快，容易造成刀盘卡死。磨桩过程中，玻璃纤维筋及钢筋将进入盾构机的螺旋输送机，造成裸机卡死，无法正常掘进。

（3）磨桩过程中外排钢筋不易磨断，钢筋易缠绕刀盘，造成刀盘开口率减小，为后续盾构掘进带来困难。

（4）盾构机磨桩过程中，刀具可能发生严重损坏，影响刀盘切削能力，造成后期盾构掘进能力低下。

5  斜切排桩施工技术

5.1  磨樁掘进前盾构机改造

（1）刀盘采用复合式。刀盘中心刀采用滚刀;刀盘面板采用滚刀与撕裂刀间隔配置方案（撕裂刀占2/3、滚刀占1/3），同一轨迹配备1把滚刀、1把撕裂刀;边刀采用一半滚刀一半撕裂刀配置方案。滚刀刀高应高于撕裂刀刀高，以利于更好的切磨桩体。

（2）配备泡沫发生系统。设备配置泡沫口4个，膨润土口2个。可向刀盘、土仓、螺旋输送机内注入泡沫剂、分散剂、膨润土等，以达到渣土改良效果，从而确保推进安全顺利。

5.2  斜切排桩施工过程控制

（1）掘进参数设置。在盾构机磨桩之前设置100米试验段，并通过理论计算设置掘进参数。通过地面监控量测数据，分析刀盘到达前、刀盘到达、盾尾通过前、盾尾通过后地表沉降情况，从而进一步调整土仓压力、出渣量、同步注浆量的关键技术指标。土仓压力设置较理论计算值大0.02MPa。盾构机磨桩施工过程中严格控制出土量，考虑土层的松散系数1.1，出土体积控制在55m?。盾构机在磨桩过程中速度控制在10mm/min，刀盘转速控制在1.5r/min。注浆量控制在6m?/环，注浆压力为0.32MPa。

（2）盾构机姿态控制。在小半经曲线隧道掘进过程中，设置预偏量20～30mm。施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。滚动角通过刀盘正反转调整。在软土地层中斜切排桩，存在左右软硬不均，可适当增加局部千斤顶推力，并充分利用铰接油缸，使盾构姿态与设计线路更加吻合。

（3）盾构磨桩过程中辅助措施。利用盾构机上的泡沫发生系统，向刀盘、土仓或者螺旋机内注入一定量的泡沫剂、分散剂或者其他高分子聚合物，掘进期间对渣温进行监测，防止产生“烧砖”、结“泥饼”现象，或者发生喷涌事件。

（4）成型隧道保护。盾构在小曲线半径磨桩过程中，油缸左右推力偏差较大。为防止管片错台，在管片安装过程中需进行三环复紧，同时对曲线段管片设置拉紧装置。

（5）加强地表及建构筑监测。设置地面沉降及建构筑物位移监测点，盾构掘进过程中，增加监测频率到4次/天。监测数据及时反馈，以便更好的指导现场施工及时调整掘进参数。

6  结论

会展中心站～商鼎路站盾构区间小半径曲线斜切排桩于2018年10月12日～2018年10月17日顺利完成。过程中，既有结构累计沉降最大为-11.33mm，盾构机水平偏差最大为25mm，管片错台最大为6mm。通过盾构机改造及控制措施，很好的实现了复杂地层小半径曲线盾构斜切排桩施工，扩大了盾构隧道的施工范围。

参考文献：

[1] 白枝奉.土压平衡盾构机磨桩施工技术[J].施工技术与测量技术，2015（2）：232～233.