CN103674752B - 一种评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特殊盾构工程技术领域，特别是涉及一种评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法。具体试验步骤是：固定试验桩；盾构机吊装、就位、调试，安装反力架和拼装负环；量测记录刀盘的初始位置和各刀具的初始高度；开展掘削试验，试验完成后统计七个单项指标；评判各个单项指标是否满足盾构刀盘刀具直接切削大直径桩基的要求；综合评判所用盾构刀盘刀具的切削大直径桩基能力。本发明可以为确定切削大直径桩基是否可行和刀盘刀具是否合理提供依据；试验简单方便，在盾构现有始发的条件上，固定试验桩后便可进行试验，且不耽误后续施工；试验在露天的无土环境下进行，观察和量测都极为方便。
Description
技术领域
本发明涉及特殊盾构工程技术领域，特别是涉及一种评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法。
背景技术
随着我国各大城市轨道交通工程的蓬勃发展，在城市中心区域修建盾构隧道时，盾构正面遭遇已有建(构)筑物桩基等地下障碍物的情况时有发生。当前处理障碍物桩的方法主要有两种，一种是拆除上部结构后拔桩、开挖竖井后人工凿桩等传统方法，这些传统方法虽然简单、安全，但成本高、影响环境大、工期长；另一种是采用盾构机直接切除桩基的方法。
该方法不用事先拆除原有上部结构物，基本不影响周边环境和交通，节省成本和工期。但由于盾构切桩属于国际范围内的前沿技术，实施难度极高，国外尚没有切桩工程实施，国内虽已积累多干个施工案例，但也基本上局限于切削小直径桩基或小尺寸方桩。
大直径桩基相比小直径桩基，钢筋更粗、更多，混凝土体量也更大。切削大直径桩基时，极易发生合金崩裂过多、刀具磨损严重、推力扭矩过大、难以切断钢筋、钢筋长度不理想、不能有效破除混凝土等问题，施工风险和难度远高于切削小直径桩基。因此，难以依据现有的切削小直径桩基工程经验，评判初步配置的刀盘刀具是否具有直接切削大直径桩基的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法，从而为确定切削大直径桩基是否可行和刀盘刀具是否合理提供依据。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案按以下步骤进行：
步骤1)：将单根或两根大直径桩基3的顶端和底端固定在盾构始发洞门7上；
步骤2)：按照准备盾构始发工作的常规方式，下吊、组装、调试盾构机1，安装反力架和拼装负环管片；
步骤3)：量测各刀具的初始高度以及刀盘2背部与盾构前盾的初始相对距离；
步骤4)：根据设置的掘削参数，开展盾构机1对大直径桩基3的掘削试验，试验完成后，统计以下七个单项指标：刀盘最大变形量、刀具合金崩裂比例、刀具最大磨损量、最大推力值、最大扭矩值、最长的钢筋长度、有无存在混凝土“砼脊”情况；
步骤5)：根据试验结果，评判各个单项指标是否满足盾构刀盘刀具直接切削大直径桩基的要求：
(a)若试验是盾构切削一根大直径桩基，各单项指标的评价标准为：刀盘最大变形量不超过2mm；刀具合金崩裂比例低于10％；根据试验计算的刀具磨损系数，乘以拟将实施的切桩工程的切削轨迹长度后，得到的最大刀具磨损量不超过刀具允许磨损量的70％；最大推力值低于盾构额定推力的30％；最大扭矩值低于盾构额定扭矩的50％；最长的钢筋长度不超过理想排筋长度的15％；不能存在混凝土“砼脊”情况；
(b)若试验是同时盾构切削两根大直径桩基，各单项指标的评价标准为：刀盘最大变形量不超过3mm；刀具合金崩裂比例低于15％；根据试验计算的刀具磨损系数，乘以拟将实施的切桩工程的切削轨迹长度后，得到的最大刀具磨损量不超过刀具允许磨损量的80％；最大推力值低于盾构额定推力的50％；最大扭矩值低于盾构额定扭矩的70％；最长的钢筋长度不超过理想排筋长度的20％；不能存在混凝土“砼脊”情况；
步骤6)：综合评判所用盾构刀盘刀具的切削大直径桩基能力，若以上七项指标均满足，判定该刀盘刀具可以用来直接切削大直径桩基；若以上七项指标的某一项或多项指标不满足，则需要改进当前的刀盘刀具，否则应放弃使用该刀盘刀具直接切削大直径桩基。
所述大直径桩基指直径在1000mm以上的钢筋混凝土桩基；
所述理想排筋长度，指最适宜螺旋输送机排出钢筋的钢筋长度；
所述混凝土“砼脊”情况，指的是由于相邻刀具的轨迹间距不能全覆盖面切削混凝土，从而在两刀之间形成凸起的脊柱，阻碍刀盘进一步掘进。
所述步骤1)中，通过焊接或植筋的方式将大直径桩基3的主筋与洞门的钢环、中板梁和底板相连。
所述步骤4)中的掘削参数，推速的范围是1～3mm/min，转速的范围是0.5～1.0rpm，刀具合金崩裂比例是指崩裂的合金块总数除以所有刀具配备的合金总数。
本发明的有益效果为：
该试验方法可以为确定切削大直径桩基是否可行和刀盘刀具是否合理提供依据。试验简单方便，在盾构现有始发的条件上，固定试验桩后便可进行试验，且不耽误后续施工；试验在露天的无土环境下进行，观察和量测都极为方便。
附图说明
图1是本发明所述的开展切桩试验的平面布置图；
图2是本发明所述的试验桩布置的正视图；
图3是本发明所述的试验桩固定方法的测试图。
图中标号：1-盾构机；2-刀盘；3-大直径桩基；4-中板梁；5-钢环；6-底板；7-水泥砂浆。
具体实施方式
本发明提供了一种评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
苏州轨道交通2号线拟采用盾构直接切桩的方式处理侵入隧道的14根钻孔灌注桩，但由于这14根桩为Φ1000～1200mm的大直径桩基，主筋Φ20～22mm，因此难以判断切桩工程的可行性以及所用刀盘刀具的合理性，故在始发洞门前开展盾构掘削大直径桩基试验，布置固定两根直径为1200mm的桩基。试验步骤如下：
将大直径桩基3的顶端和底端固定在洞门上，具体方法是：通过焊接的方式将桩基的主筋与钢环5相连，通过植筋的方式，将桩基的主筋与车站的中板梁4和底板6相连。通过水泥砂浆7将桩身顶部和底部的混凝土与中板梁4、底板6和钢环7进行密贴。
按照准备盾构始发工作的常规方式，吊装、就位、调试盾构机1，安装反力架和拼装负环管片。
量测各刀具的初始高度以及刀盘2背部与盾构前盾的初始相对距离；
设置推速范围为1～3mm/min，设置转速范围为0.5～1.0rpm，开展盾构对试验桩的掘削试验，试验完成后，统计以下七个单项指标：刀盘最大变形量、刀具合金崩裂比例、刀具最大磨损量、最大推力值、最大扭矩值、最长的钢筋长度、有无存在混凝土“砼脊”情况。
由于本试验切削的是两根大直径桩基，各单项指标对应的评价标准为：刀盘最大变形量不超过3mm；刀具合金崩裂比例低于15％；根据试验计算的刀具磨损系数，乘以拟将实施的切桩工程的切削轨迹长度后，得到的最大刀具磨损量不超过刀具允许磨损量的80％；最大推力值低于盾构额定推力的50％；最大扭矩值低于盾构额定扭矩的70％；最长的钢筋长度不超过理想排筋长度的20％；不能存在混凝土“砼脊”情况。
经统计，本试验对应的各单项指标的情况是：刀盘最大变形量0.5mm；刀具合金崩裂比例为16.2％，高于15％；根据试验计算刀具的磨损系数为1.891mm/km，乘以实际工程的切桩轨迹长度13.36km，得到的最大刀具磨损量为20.05mm，没有超过刀具允许磨损量50mm的80％；最大推力值17700KN，低于盾构额定推力37600KN的50％；最大扭矩值1776KN·m，低于盾构额定扭矩5151KN·m的70％；最长的钢筋长度4.70m，远超过了螺旋输送机的理想排筋长度0.6m；不存在混凝土“砼脊”情况。
根据试验结果对比可知，刀盘最大变形量、刀具磨损量、最大推力值、最大扭矩值、混凝土“砼脊”情况这五项指标满足要求，但有两项指标不满足要求：刀具合金崩裂比例偏高，钢筋的最大长度偏长。
试验后，针对刀具合金崩裂较多的情况，通过对合金刃身曲线进行平滑过渡、加强焊缝的饱满度、提高焊缝的厚度等方式进行了改进；针对钢筋长度偏长的情况，分析其原因后，认为钢筋不能被周边混凝土有效包裹是主因，采取增设垫高刀并取垫高刀的刀间距为理想排筋长度的方法，对刀具布置方案进行了改进。
经综合分析讨论，认为改进后的刀盘刀具能够克服之前出现的不足，预计在刀具合金崩裂比例和最长的钢筋长度这两项指标上能够满足要求，因此，仍按照盾构直接切桩的方法处理苏州轨道交通2号线的14根大直径桩基障碍物。
Claims (4)
1.一种评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
步骤1)：将单根或两根大直径桩基(3)的顶端和底端固定在盾构始发洞门(7)上；
步骤2)：按照准备盾构始发工作的常规方式，下吊、组装、调试盾构机(1)，安装反力架和拼装负环管片；
步骤3)：量测各刀具的初始高度以及刀盘(2)背部与盾构前盾的初始相对距离；
步骤4)：根据设置的掘削参数，开展盾构机(1)对大直径桩基(3)的掘削试验，试验完成后，统计以下七个单项指标：刀盘最大变形量、刀具合金崩裂比例、刀具最大磨损量、最大推力值、最大扭矩值、最长的钢筋长度、有无存在混凝土“砼脊”情况；
步骤5)：根据试验结果，评判各个单项指标是否满足盾构刀盘刀具直接切削大直径桩基的要求：
(a)若试验是盾构切削一根大直径桩基，各单项指标的评价标准为：刀盘最大变形量不超过2mm；刀具合金崩裂比例低于10％；根据试验计算的刀具磨损系数，乘以拟将实施的切桩工程的切削轨迹长度后，得到的最大刀具磨损量不超过刀具允许磨损量的70％；最大推力值低于盾构额定推力的30％；最大扭矩值低于盾构额定扭矩的50％；最长的钢筋长度不超过理想排筋长度的15％；不能存在混凝土“砼脊”情况；
(b)若试验是同时盾构切削两根大直径桩基，各单项指标的评价标准为：刀盘最大变形量不超过3mm；刀具合金崩裂比例低于15％；根据试验计算的刀具磨损系数，乘以拟将实施的切桩工程的切削轨迹长度后，得到的最大刀具磨损量不超过刀具允许磨损量的80％；最大推力值低于盾构额定推力的50％；最大扭矩值低于盾构额定扭矩的70％；最长的钢筋长度不超过理想排筋长度的20％；不能存在混凝土“砼脊”情况；
步骤6)：综合评判所用盾构刀盘刀具的切削大直径桩基能力，若以上七项指标均满足，判定该刀盘刀具可以用来直接切削大直径桩基；若以上七项指标的某一项或多项指标不满足，则需要改进当前的刀盘刀具，否则应放弃使用该刀盘刀具直接切削大直径桩基；
所述大直径桩基指直径在1000mm以上的钢筋混凝土桩基；
所述理想排筋长度，指最适宜螺旋输送机排出钢筋的钢筋长度；
所述混凝土“砼脊”情况，指的是由于相邻刀具的轨迹间距不能全覆盖面切削混凝土，从而在两刀之间形成凸起的脊柱，阻碍刀盘进一步掘进。
2.根据权利要求1所述的评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法，其特征在于，所述步骤1)中，通过焊接或植筋的方式将大直径桩基(3)的主筋与洞门的钢环、中板梁和底板相连。
3.根据权利要求1所述的评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法，其特征在于，所述步骤4)中的掘削参数，推速的范围是1～3mm/min，转速的范围是0.5～1.0rpm。
4.根据权利要求1所述的评判盾构刀盘刀具切削大直径桩基能力的试验方法，其特征在于，所述步骤4)中，刀具合金崩裂比例是指崩裂的合金块总数除以所有刀具配备的合金总数。
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