CN108005670A - 一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统，包括切削单元、推进单元、渣土处理单元、监测单元和控制单元；切削单元由圆形刀盘及其上安置的若干刀具组成，用于切削渣土；推进单元由千斤顶和推进泵组成，用于推进切削单元；渣土处理单元的渣土改良单元将切削的渣土改良后由螺旋输送装置运出；监测单元实时向控制单元传输地面及建筑物的沉降监测数据，以便控制单元调整推进单元的掘进参数。本发明通过改进刀具配置方案、形态，增强刀盘强度、改进螺旋输送机的输运能力、提出一种渣土改良用的新型泡沫剂和壁后注浆使用的“准厚浆”及其他的盾构结构改进，使现有盾构机能够更好得适应切削大直径钢筋混凝土群桩的施工，同时能够确保被切桩体的安全。

Description

一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统

技术领域

本发明涉及地下建筑工程技术领域，尤其涉及一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统。

背景技术

在我国城市地下道路建造发展的新时期，采用盾构工法修筑隧道等地下建(构)筑物越来越多，而在城市建(构)筑物密集区域，盾构机掘进线路上遭遇钢筋混凝土桩基障碍物的情况时有发生，考虑到常规盾构机基本不具备切桩能力，故一般选择拆除原建(构)筑物、地面拔桩、开挖竖井后凿桩等传统方法事先移除桩基。相比于传统方法，盾构机直接切削桩基具有对周边环境影响小、成本低、工期短等优点，社会及经济效益显著。

但是对于大直径钢筋混凝土群桩的切削不同于常规的岩土体，如何确保掘进过程中盾构机和既有桩体的安全，减小盾构机的磨损，提高施工效率是采用盾构切削大直径钢筋混凝土群桩的难点。现有的盾构切桩系统虽然在盾构推进系统、刀具配置上做了改进，但是依然存在渣土难以排除、刀盘刀具磨损严重、桩基沉降过大、外包管磨损、盾构机施工温度过高等诸多问题，难以较好的胜任此项任务。

发明内容

本发明提供了一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统，可以在保证被切削桩群及其上部结构安全的情况下，通过盾构机直接、连续切削大直径钢筋混凝土群桩，从而避免了以往盾构机切削桩基引发的刀盘刀具磨损严重、土仓压力难控、钢筋混凝土残渣难以排出、桩基沉降过大、外包管磨损、盾构机内部温度过高、盾构机频繁停机等一系列的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统，该系统包括切削单元、推进单元、渣土处理单元、监测单元和控制单元；所述控制单元与所述的切削单元、推进单元、渣土处理单元以及监测单元通信连接；

所述切削单元设有圆形刀盘，所述刀盘上安置若干刀具，所述切削单元用于切削渣土；

所述推进单元与所述切削单元连接，所述推进单元由千斤顶以及推进泵组成，所述推进单元用于推进所述切削单元；

所述渣土处理单元由渣土改良单元和螺旋输送装置组成，所述渣土改良单元与所述螺旋输送装置连接，所述渣土改良单元将所述切削单元切削的渣土改良后由所述螺旋输送装置运出；

所述监测单元实时向所述控制单元传输地面及建筑物的沉降监测数据，所述控制单元通过所述沉降监测数据调整所述推进单元的掘进参数。

进一步地所述系统还包括壁后注浆单元所述壁后注浆单元位于所述系统的上方，用于托举地层和桩基。

进一步地，所述刀盘的辐条间焊接有肋板。

进一步地，在所述刀盘内周半径≤2m处、中周半径>2m且≤3m处以及外周半径>3m且≤3.17m处，布置若干条圆周轨迹，在所述圆周轨迹上通过钎焊的方式布置大贝壳刀和切削刀。

进一步地，所述大贝壳刀的高为160mm，宽为64mm，长为214mm，所述大贝壳刀均为硬质合金刀刃，所述切削刀为羊角先行刀形式。

进一步地，所述刀盘的圆心位置设有鱼尾刀，所述鱼尾刀上加焊小贝壳刀。

进一步地，所述小贝壳刀的数量为10把，所述小贝壳刀的高为 132mm、长为164mm、宽为64mm，所述小贝壳刀的刀头均采用单面刃形式，所述小贝壳刀上均镶嵌合金材料。

进一步地，所述刀盘的外边缘固定布置边缘贝壳刀和仿形刀，所述边缘贝壳刀为单面刃形式，所述边缘贝壳刀的刀尖向外倾出刀盘15mm，所述仿形刀为仿贝壳刀形式，所述仿形刀的刀身为金属材质。

进一步地，所述渣土改良单元采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂作为主发泡剂，再配以稳泡剂和助剂作为配置发泡剂的主原料，每周期注入泡沫剂30～60L进行渣土改良。

进一步地，所述螺旋输送装置包括螺杆、液压马达和注浆管路装置，所述螺杆为无轴式螺杆，所述螺杆外部套有螺旋筒，在所述螺杆外侧表面上设有堆焊，在所述螺旋筒内壁上增焊格栅，在所述螺旋筒上设置检查孔，所述检查孔用于人工疏通所述螺旋输送装置，所述注浆管路装置固定在所述螺旋筒外壁上。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过改进贝壳刀的形态、调整刀具配置方案、增强刀盘强度、改进螺旋输送机的输运能力、提出一种渣土改良用的新型泡沫剂和壁后注浆使用的“准厚浆”及其他一系列的盾构结构改进，使现有盾构机能够更好得适应切削大直径钢筋混凝土群桩的施工，同时能够确保被切桩体的安全。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供所述系统中刀盘的结构主视图；

图3为本发明实施例提供所述系统中刀盘的结构侧视图；

图4为本发明实施例提供所述系统中刀盘上的大贝壳刀的结构示意图；

图5为本发明实施例提供所述系统中螺旋输送装置的结构示意图。

【附图标记】

1切削单元；2刀盘；3推进单元；4渣土改良单元；5螺旋输送装置；

6检查孔；7壁后注浆单元；8控制单元；9肋板；10大贝壳刀；

11小贝壳刀；12鱼尾刀；13切削刀；14边缘贝壳刀；15仿形刀；

16液压马达；17螺杆；18注浆管路装置；19堆焊。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/ 或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明提供了一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统，该系统的主要结构如图1所示：包括切削单元1、推进单元3、渣土处理单元、监测单元和控制单元8；所述控制单元8与所述的切削单元1、推进单元3、渣土处理单元以及监测单元通信连接；

所述的监测单元为地面检测装置，可以为移动设备或者传感器，一般安置在地面进行监测并传输。

所述切削单元1设有一个圆形刀盘2，所述刀盘2上安置若干刀具，所述切削单元1用于切削渣土；

所述推进单元3与所述切削单元1连接，所述推进单元3由盾构自带的大流量千斤顶以及一台小流量低速推进泵组成，所述推进单元3用于推进所述切削单元1；以保证盾构机切削桩基时能够低速、稳速推进。

所述渣土处理单元由渣土改良单元4和螺旋输送装置5组成，所述渣土改良单元4将所述切削单元1切削的渣土改良后由所述螺旋输送装置5运出；

所述监测单元实时向所述控制单元8传输地面及建筑物的沉降监测数据，所述控制单元8通过所述沉降监测数据调整所述推进单元3的掘进参数。

在一个具体的实施例中，所述系统还包括壁后注浆单元7，所述壁后注浆单元7位于所述系统的上方，用于托举地层和桩基。

在一个具体的实施例中，所述的壁后注浆单元7采用保水性好、抗水分散性较好、体积收缩小的“准厚浆”，有效的控制了地层沉降，对隧道上方的残桩起到一定的托举作用，避免了残桩直接挤压管片。浆液由消石灰、粉煤灰、中细砂、膨润土、水、添加剂等搅拌而成，浆液组成原材料的性能要求见表1，浆液以坍落度为主要管理指标，同时也兼顾稠度、凝结时间和浆液试块抗压强度等，浆液基本性能控制指标初定为表2 所示，浆液的材料配比见表3。

表1浆液原材料要求

表2浆液性能指标控制要求

表3准厚浆材料配比表

在一个具体的实施例中，所述刀盘2的辐条间焊接有肋板9。

所述肋板9的厚度为70mm，用于增强刀盘2的刚度和强度。

图2为本发明实施例所述系统中刀盘的结构主视图，如图2所示：

在一个具体的实施例中，在所述刀盘2内周半径≤2m处、中周半径>2m且≤3m处以及外周半径>3m且≤3.17m处，布置若干条圆周轨迹，在所述圆周轨迹上通过钎焊的方式布置大贝壳刀10。

上述在圆周轨迹上布置刀具的方法为同心圆法，优选的，共计布置 34条圆周轨迹、49把大贝壳刀10。

图4为大贝壳刀的结构示意图，如图4所示：

在一个具体的实施例中，所述大贝壳刀10的高为160mm，宽为 64mm，长为214mm，所述大贝壳刀均为硬质合金刀刃。

在一个具体的实施例中，为增大安全系数，在刀盘2上配备第二梯队的储备切削刀13，其高度介于正面大贝壳刀10和刮刀之间，且与正面大贝壳刀10处于同一轨迹，其中储备切削刀13主要以切削混凝土为主，故采用羊角先行刀形式。

在一个具体的实施例中，所述刀盘2的圆心位置设有鱼尾刀12，所述鱼尾刀12上加焊小贝壳刀11，用于增强中心鱼尾刀12区域的切桩能力，同时中心鱼尾刀12降低高度和增加宽度，以增强中心鱼尾刀12的抗弯抗折能力。

在一个具体的实施例中，所述小贝壳刀11的数量为10把，所述小贝壳刀11的高为132mm、长为164mm、宽为64mm，所述小贝壳刀11的刀头均采用单面刃形式，所述小贝壳刀11上均镶嵌四块硬质合金材料。

图3为本发明实施例所述系统中刀盘的结构侧视图，如图3所示：

在一个具体的实施例中，所述刀盘的外边缘固定布置边缘贝壳刀和仿形刀，所述边缘贝壳刀14采用易于扩挖的锐角单面刃形式，所述边缘贝壳刀14的刀尖向外倾出刀盘15mm，使得开挖直径大于盾壳外径，以保护盾壳能够顺利通过残桩；

在一个具体的实施例中，为保护外包管不被残桩所触伤，需开启仿形刀适当扩挖桩基，因此将所述仿形刀15为贝壳刀形式，所述仿形刀15 的刀身为金属材质。

在一个具体的实施例中，所述渣土改良单元4采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂作为主发泡剂，再配以稳泡剂和助剂作为配置发泡剂的主原料，每周期注入泡沫剂30～60L进行渣土改良。

图5为本发明实施例提供所述系统中螺旋输送装置的结构示意图，如图5所示：

在一个具体的实施例中，所述螺旋输送装置5包括螺杆17、液压马达 16和注浆管路装置18；

所述螺杆17为无轴式螺杆，有利于钢筋条和碎桩块的顺畅排出；

所述液压马达用于增大扭矩；

所述螺杆17外部套有螺旋筒，在所述螺杆17外侧表面上设有耐磨堆焊19，在所述螺旋筒内壁上增焊耐磨格栅；

在所述螺旋筒上设置检查孔6，优选的，设置4个所述检查孔6；用于在出现钢筋卡死螺旋输送机的紧急情况下，可采用人工方法切断钢筋；

为了可安全打开检查孔6以实施人工切筋作业，在所述螺旋筒外壁上设置所述注浆管路装置18，优选的，所述注浆管路装置18一般安置在整个螺旋输送装置5前段靠近胸板处，防止发生喷涌现象。

本领域技术人员应能理解上述大贝壳刀的尺寸、安置位置及安置数量仅为举例，其他现有的或今后可能出现的上述大贝壳刀的尺寸、安置位置及安置数量如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

本领域技术人员应能理解上述小贝壳刀的尺寸、安置位置及安置数量仅为举例，其他现有的或今后可能出现的上述大贝壳刀的尺寸、安置位置及安置数量如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

综上所述，本发明实施例通过对原有盾构机的全面改造，使得改造后的盾构切削大直径钢筋混凝土群桩系统能够适应连续、高效的切削桩基工作。同时确保了上部桩基结构的安全和盾构机系统的掘进安全，节省了施工成本，减小了对环境的影响。

本发明实施例所述系统可以在保证被切削桩群及其上部结构安全的情况下，通过盾构机直接、连续切削大直径钢筋混凝土群桩，从而避免了以往盾构机切削桩基引发的刀盘刀具磨损严重、土仓压力难控、钢筋混凝土残渣难以排出、桩基沉降过大、外包管磨损、盾构机内部温度过高、盾构机频繁停机等一系列的问题。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种盾构切削钢筋混凝土群桩系统，其特征在于，该系统包括切削单元、推进单元、渣土处理单元、监测单元和控制单元；所述控制单元与所述的切削单元、推进单元、渣土处理单元以及监测单元通信连接；

所述切削单元设有圆形刀盘，所述刀盘上安置若干刀具，所述切削单元用于切削渣土；

所述推进单元与所述切削单元连接，所述推进单元由千斤顶以及推进泵组成，所述推进单元用于推进所述切削单元；

所述渣土处理单元由渣土改良单元和螺旋输送装置组成，所述渣土改良单元与所述螺旋输送装置连接，所述渣土改良单元将所述切削单元切削的渣土改良后由所述螺旋输送装置运出；

所述监测单元实时向所述控制单元传输地面及建筑物的沉降监测数据，所述控制单元通过所述沉降监测数据调整所述推进单元的掘进参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括壁后注浆单元，所述壁后注浆单元位于所述系统的上方，用于托举地层和桩基。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述刀盘的辐条间焊接有肋板。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述刀盘内周半径≤2m处、中周半径>2m且≤3m处以及外周半径>3m且≤3.17m处，布置若干条圆周轨迹，在所述圆周轨迹上通过钎焊的方式布置大贝壳刀和切削刀。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述大贝壳刀的高为160mm，宽为64mm，长为214mm，所述大贝壳刀均为硬质合金刀刃，所述切削刀为羊角先行刀形式。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述刀盘的圆心位置设有鱼尾刀，所述鱼尾刀上加焊小贝壳刀。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述小贝壳刀的数量为10把，所述小贝壳刀的高为132mm、长为164mm、宽为64mm，所述小贝壳刀的刀头均采用单面刃形式，所述小贝壳刀上均镶嵌合金材料。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述刀盘的外边缘固定布置边缘贝壳刀和仿形刀，所述边缘贝壳刀为单面刃形式，所述边缘贝壳刀的刀尖向外倾出刀盘15mm，所述仿形刀为仿贝壳刀形式，所述仿形刀的刀身为金属材质。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述渣土改良单元采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂作为主发泡剂，再配以稳泡剂和助剂作为配置发泡剂的主原料，每周期注入泡沫剂30～60L进行渣土改良。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述螺旋输送装置包括螺杆、液压马达和注浆管路装置，所述螺杆为无轴式螺杆，所述螺杆外部套有螺旋筒，在所述螺杆外侧表面上设有堆焊，在所述螺旋筒内壁上增焊格栅，在所述螺旋筒上设置检查孔，所述检查孔用于人工疏通所述螺旋输送装置，所述注浆管路装置固定在所述螺旋筒外壁上。