CN112983446A - 一种盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，包括步骤：既有结构工前检测及安全风险评估、盾构机适应性选型及刀具升级改造、试验段及掘进参数确定、掘进过程参数控制、施工过程中注浆控制、盾构切削围护桩过程控制、穿越后补浆控制、信息化监测及联络机制等。较现有技术进行了施工机械和工艺的创新，通过盾构施工前进行既有结构检测、盾构机适应性选型及刀具改造、掘进参数设定、施工过程中注浆控制、盾构磨桩掘进施工和盾构穿越围护桩后补浆、信息化监测及联络机制等步骤，确保了穿越过程中切削围护桩施工安全，也保证了地铁既有车站的正常运营。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工工程技术，具体提供一种盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法。
背景技术
随着城市基础建设的不断完善，地铁轨道交通呈快速发展趋势，但受到原先城市规划的制约，新建地铁线路不可避免出现盾构侧穿、下穿既有桥梁、道路、地铁线路等建(构)筑物。目前对于地铁盾构下穿线路范围内地下障碍物桩基的处理，普遍采用的地面拔桩、开挖竖井后凿桩和桩基托换等方法。而盾构磨桩直接切削围护桩的方法因具有成本低、工期短等特点越来越受到重视。
但目前盾构直接切削既有地铁车站围护桩受到多重因素的影响，尚未形成完整的技术方案体系。
首先，是施工环境的限制，需要进行安全风险评估，确保合理的施工方案和控制指标；其次，常规盾构机不具有切桩能力，需对盾构机进行适应性选型及刀具升级改造。
因此开发一种高效、安全地盾构切削既有地铁车站钢筋混凝土围护桩的方法，成为一个亟待解决的施工难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，包括以下步骤：
S1：既有结构工前检测及安全风险评估：
对既有车站现状进行检测，并进行安全评估，确定合理沉降参数并作为控制指标；
S2：盾构机适应性选型及刀具升级改造：
所述盾构机适应性选型应根据地质水文条件、既有围护桩磨除等情况合理确定盾构机主要性能参数；
所述刀具升级改造包括增加超前先行刀间距、设置外圈先行刀外倾角度和刀具表面堆焊；
S3：试验段及掘进参数确定：
所述试验段为在距离特级、一级风险源前50m设置为试验段，进行初步试运行；
所述掘进参数确定主要根据地质条件、穿越桥桩、穿越江湖以及出洞磨桩情况设定参数；
S4：掘进过程参数控制：
土压力：0.06～0.07MPa；
推进速度：2～20mm/min；
刀盘转速：0.5rpm；
推力：1000～3500t；
刀盘扭矩：3000～4500KN·m；
出土量：43～45m3；
仿形刀设置：突出壳体130mm，开启角度0～180°；
S5：施工过程中注浆控制：
同步注浆量应控制不少于3.48m3/环，压力不低于0.2MPa；二次补浆，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa；
S6：盾构切削围护桩过程控制：
保持S3和S4所述施工掘进参数，确保精确的盾构姿态控制和方向控制；
S7：穿越后补浆控制：
待盾构盾尾脱出围护桩区域后，根据监测数据对该区域段隧道进行再次补压浆；
S8：信息化监测及联络机制：
所述信息化监测：使用自动测量系统和掘进管理系统，实时监测掘进相关数据并进行统计分析；
所述联络机制：现场与第三方形成联动监测，监测数据及时与第三方监测单位复核和对比，发现问题及时进行处理，同时将掘进数据和监测数据及时上报运营、建设单位和监理。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，较现有技术进行了施工机械和工艺的创新，通过盾构施工前进行既有结构检测、盾构机适应性选型及刀具改造、掘进参数设定、施工过程中注浆控制、盾构磨桩掘进施工和盾构穿越围护桩后补浆、信息化监测及联络机制等步骤，确保了穿越过程中切削围护桩施工安全，也保证了地铁既有车站的正常运营。
附图说明
图1为本发明实施例中的盾构下穿既有车站平面图；
图2为本发明实施例中的盾构下穿既有车站横剖面图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其较佳的具体实施方式是：
包括以下步骤：
S1：既有结构工前检测及安全风险评估：
对既有车站现状进行检测，并进行安全评估，确定合理沉降参数并作为控制指标；
S2：盾构机适应性选型及刀具升级改造：
所述盾构机适应性选型应根据地质水文条件、既有围护桩磨除等情况合理确定盾构机主要性能参数；
所述刀具升级改造包括增加超前先行刀间距、设置外圈先行刀外倾角度和刀具表面堆焊；
S3：试验段及掘进参数确定：
所述试验段为在距离特级、一级风险源前50m设置为试验段，进行初步试运行；
所述掘进参数确定主要根据地质条件、穿越桥桩、穿越江湖以及出洞磨桩情况设定参数；
S4：掘进过程参数控制：
土压力：0.06～0.07MPa；
推进速度：2～20mm/min；
刀盘转速：0.5rpm；
推力：1000～3500t；
刀盘扭矩：3000～4500KN·m；
出土量：43～45m3；
仿形刀设置：突出壳体130mm，开启角度0～180°；
S5：施工过程中注浆控制：
同步注浆量应控制不少于3.48m3/环，压力不低于0.2MPa；二次补浆，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa；
S6：盾构切削围护桩过程控制：
保持S3和S4所述施工掘进参数，确保精确的盾构姿态控制和方向控制；
S7：穿越后补浆控制：
待盾构盾尾脱出围护桩区域后，根据监测数据对该区域段隧道进行再次补压浆；
S8：信息化监测及联络机制：
所述信息化监测：使用自动测量系统和掘进管理系统，实时监测掘进相关数据并进行统计分析；
所述联络机制：现场与第三方形成联动监测，监测数据及时与第三方监测单位复核和对比，发现问题及时进行处理，同时将掘进数据和监测数据及时上报运营、建设单位和监理。
所述步骤S2中：
盾构机选型中刀盘为辐条式，配备加强型先行刀、切刀及鱼尾刀，能满足全断面卵石地层盾构掘进及磨桩的要求，刀盘开挖直径为6590mm，盾体前/中/尾直径为6560mm；
刀具改造中超前先行刀间距设置为0.6m，高度增加至216mm，3把外圈先行刀向外倾斜一定角度均布，使得开挖直径外扩30mm，刀具表面布满耐磨堆焊，所述刀具包括合金刀头间的刀体，焊缝高度为6mm。
所述步骤S3中：
土舱上部土压力控制在0.06～0.08MPa，施工前核实地下水位，如盾构机处于含水层内，端头土体加固长度需大于盾构机长度2m，并适当提高土压压力不小于0.07MPa；
在距离桩基1m时，推进速度控制在10～20mm/min；当盾构距离桩0.5m时推进速度控制在5～10mm/min；在磨桩基的过程中，推进速度控制在2mm/min以内。
所述步骤S4中：
同步注浆量应控制不少于3.48m3/环，压力不低于0.2MPa；二次补浆，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa。
所述步骤S5中：
盾构沿设计线路掘进，保持均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大，首尾水平及垂直差控制在30mm以内，推进时不急纠、不猛纠，盾构切削钢筋混凝土时，需在盾构的刀盘正面注入泡沫和膨润土泥浆，以降低刀盘扭矩，控制在额定扭矩的60％以下；同时改良土仓内土体，必要时通过土仓隔板上的添加剂注入口向土仓里添加膨润土泥浆和泡沫。
所述步骤S6中：
待盾构盾尾脱出围护桩区域后，根据监测数据对该区域段隧道进行再次补压浆，注浆压力控制在0.30MPa～0.35MPa。
具体的步骤描述如下：
S1：既有结构工前检测及安全风险评估；
所述既有结构工前检测为在盾构穿越施工前，对既有车站结构外观、裂缝、渗漏水等情况进行全面检测。
所述安全风险评估为利用有限元等信息化方式，对穿越过程进行全过程模拟，进行安全风险评价，确定合理沉降参数并作为控制指标，同时对既有线轨采取轨道防护措施。
S2：盾构机适应性选型及刀具升级改造；
所述盾构机适应性选型应根据地质水文条件、临近及穿越风险源、既有围护桩磨除等情况合理确定盾构机主要性能参数，包括机械技术参数、刀盘布置、同步注浆和二次补浆、推进系统、导向系统等。
所述刀具升级改造包括增加超前先行刀间距、设置外圈先行刀外倾角度和刀具表面堆焊。
S3：试验段及掘进参数确定；
所述试验段为在距离特级、一级风险源前50m设置为试验段，进行初步试运行。
所述掘进参数确定主要根据地质条件、穿越桥桩、穿越江湖以及出洞磨桩情况设定参数。
S4：掘进过程参数控制；
土压力：0.05～0.07MPa；
推进速度：2～20mm/min；
刀盘转速：0.5～0.8rpm rpm；
推力：1000～3500t；
刀盘扭矩：3000～4500KN·m；
出土量：43～45m3；
仿形刀设置：突出壳体130mm，开启角度0～180°；
所述土压力，土舱上部土压力控制在0.05～0.07Mpa，施工前核实地下水位，如盾构机处于含水层内，端头土体加固长度需大于盾构机长度2m，并适当提高土压压力不小于0.07Mpa。
所述推进速度，在距离桩基1m左右时，推进速度控制在10～20mm/min；当盾构距离桩0.5m左右时推进速度控制在5～10mm/min；在磨桩基的过程中，推进速度控制在2mm/min以内。
S5：施工过程中注浆控制；
所述注浆控制：同步注浆量应控制不少于3.48m3/环，压力不低于0.2MPa；二次补浆，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa。
S6：盾构切削围护桩过程控制；
保持S3和S4所述施工掘进参数，盾构沿设计线路掘进，保持均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大，首尾差(水平及垂直)控制在30mm以内，推进时不急纠、不猛纠。盾构切削钢筋混凝土时，需在盾构的刀盘正面注入泡沫和膨润土泥浆(泡沫为主、泥浆为辅)，以降低刀盘扭矩，控制在额定扭矩的60％以下；同时改良土仓内土体，必要时通过土仓隔板上的添加剂注入口向土仓里添加膨润土泥浆和泡沫。
S7：穿越后补浆控制；
所述补浆控制为盾构穿越围护桩后径向注浆：待盾构盾尾脱出围护桩区域后，根据监测沉降数据，对该区域段隧道进行再次补压浆，注浆压力控制在0.30MPa～0.35MPa。
S8：信息化监测及联络机制；
所述信息化监测：使用自动测量系统和掘进管理系统，实时监测掘进相关数据并进行统计分析。
所述联络机制：现场与第三方形成联动监测，监测数据及时与第三方监测单位复核和对比，发现问题及时进行处理，同时将掘进数据和监测数据及时上报相关单位等。
本发明的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，较现有技术进行了施工机械和工艺的创新。通过盾构施工前进行既有结构检测、盾构机适应性选型及刀具改造、掘进参数设定、施工过程中注浆控制、盾构切削围护桩过程控制和盾构穿越围护桩后径向注浆、信息化监测及联络机制等步骤，确保了穿越过程中切削围护桩施工安全，也保证了地铁既有车站的正常运营。
具体实施例：
本实施例为北京地铁某区间隧道盾构切削某地铁运营车站主体钢筋混凝土围护桩的施工方法。
该区间隧道采用盾构法施工，管片外径6.4m，内径5.8m，厚0.3m。区间长度1044.746m，线路线间距为15.2～18.5m。纵坡2‰、9.56‰，覆土厚度约为18.24～26.40m。
本段区间盾构隧道下穿某运营线路既有车站主体，该既有车站围护桩位于盾构隧道断面内，为明挖双柱双层三跨结构，围护桩规格为φ1000mm@1600mm，车站左侧围护桩已通过地面竖井及横通道的形式进行了人工截桩处理，车站右侧围护桩需盾构机磨桩通过。
所述S1步骤中：
对既有车站结构盾构穿越施工前进行全面检测，主要内容包括车站外观、既有裂缝、渗漏水情况、轨道运行等，提出相关建议作为安全风险评估的依据。
根据检测结果、设计图纸及施工方案等，利用有限元等信息化软件进行全过程模拟，进行安全风险评估，确定既有车站沉降标准为+2、-3mm，并给定相应的轨道防护等加强措施。
所述步骤S2中：
所述盾构机适应性选型中刀盘为辐条式，配备加强型先行刀、切刀及鱼尾刀等，能满足全断面卵石地层盾构掘进及磨桩的要求，刀盘开挖直径为6590mm，盾体前/中/尾直径为6560mm。
所述刀具改造中刀盘钢结构主要由6个主刀梁和外圈梁组成，外圈梁焊有耐磨复合钢板；刀盘面板及外圈梁采用耐磨堆焊，耐磨焊间距为100mm，宽度为30mm，焊缝高度为6mm和4mm；刀盘开口率约为69％，开口在整个盘面均匀分布；刀盘渣土改良口为6个。
所述刀盘渣土改良口包括2路泡沫，4路膨润土(其中2路可与泡沫切换)。
所述刀具改造中超前先行刀间距设置为0.6m，高度增加至216mm，每个轨迹上新增两把超前先行刀，超前先行刀为贝壳刀；外圈先行刀(3把，均布)向外倾斜一定角度，使得开挖直径外扩30mm，刀具表面布满耐磨堆焊(包括合金刀头间的刀体)，焊缝高度为6mm。
所述步骤S3中：
在距离特级、一级风险源前50m作为试验段，但是现场始发即穿越，穿越段即为试验段。
掘进参数设置主要根据地质条件、穿越桥桩、穿越河湖以及出洞磨桩情况设定参数。在试掘进过程中掌握穿越地层的地质条件，统计分析盾构机掘进参数和地表沉降的相关参数，预测盾构过建(构)筑物可能出现的沉降值，以制定盾构最优掘进参数。盾构机在始发前，对所有设备再次进行彻底的检查和维修(刀具、注浆系统等)，以确保盾构机以良好的状态顺利穿过风险源。
所述S4步骤中：
根据同类型地质及穿越经验，确定掘进过程参数控制；
土压力：0.05～0.07MPa；
推进速度：2～20mm/min；
刀盘转速：0.5～0.8rpm rpm；
推力：1000～3500t；
刀盘扭矩：3000～4500KN·m；
出土量：43～45m3；
仿形刀设置：突出壳体130mm，开启角度0～180°；
所述土压力，土舱上部土压力控制在0.05～0.07Mpa，施工前核实地下水位，如盾构机处于含水层内，端头土体加固长度需大于盾构机长度2m，并适当提高土压压力不小于0.07Mpa。
所述推进速度，在距离桩基1m左右时，推进速度控制在10～20mm/min；当盾构距离桩0.5m左右时推进速度控制在5～10mm/min；在磨桩基的过程中，推进速度控制在2mm/min以内。
所述S5步骤中：
所述施工过程注浆控制：包括同步注浆和二次注浆；
所述同步注浆：同步注浆量不少于理论体积的1.5倍，每环的开挖理论空隙为2.32m3，故确定每环的同步注浆量应控制不少于3.48m3，磨桩段另外增加仿形刀超挖体积，大约0.9m3，磨桩段共注浆4.38m3，同步注浆压力不低于0.2MPa。
所述二次补浆：为确保盾构施工过后沉降控制，管片脱离盾尾适当位置(一般为6环)，及时进行二次补注浆(双液浆)，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa。
所述S6步骤中：
保持S3和S4所述施工参数，盾构沿设计线路掘进，保持均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大，首尾差(水平及垂直)控制在30mm以内，推进时不急纠、不猛纠。盾构切削钢筋混凝土时，需在盾构的刀盘正面注入泡沫和膨润土泥浆(泡沫为主、泥浆为辅)，以降低刀盘扭矩，控制在额定扭矩的60％以下；同时改良土仓内土体，必要时通过土仓隔板上的添加剂注入口向土仓里添加膨润土泥浆和泡沫。
所述S7步骤中：
所述穿越桩后补浆控制：盾构穿越既有车站后，对该区域段隧道进行径向注浆。左线径向注浆范围：左SSK103+419.456～左SSK103+474.388(共计46环管片)，右线径向注浆范围：右SSK103+420.356～右SSK103+474.613(共计46环管片)，压浆量根据监测数据及注浆压力(控制在0.30MPa～0.35MPa)及时进行调整。
所述S8步骤中：
所述信息化监测及联络机制：使用自动测量系统和掘进管理系统，实时监测掘进相关数据并进行统计分析。现场与第三方形成联动监测，监测数据及时与第三方监测单位复核和对比，发现问题及时进行处理，同时将掘进数据和监测数据及时上报运营、建设单位和监理等。
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披露的技术范围内，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书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：既有结构工前检测及安全风险评估：
对既有车站现状进行检测，并进行安全评估，确定合理沉降参数并作为控制指标；
S2：盾构机适应性选型及刀具升级改造：
所述盾构机适应性选型应根据地质水文条件、既有围护桩磨除等情况合理确定盾构机主要性能参数；
所述刀具升级改造包括增加超前先行刀间距、设置外圈先行刀外倾角度和刀具表面堆焊；
S3：试验段及掘进参数确定：
所述试验段为在距离特级、一级风险源前50m设置为试验段，进行初步试运行；
所述掘进参数确定主要根据地质条件、穿越桥桩、穿越江湖以及出洞磨桩情况设定参数；
S4：掘进过程参数控制：
土压力：0.06～0.07MPa；
推进速度：2～20mm/min；
刀盘转速：0.5rpm；
推力：1000～3500t；
刀盘扭矩：3000～4500KN·m；
出土量：43～45m3；
仿形刀设置：突出壳体130mm，开启角度0～180°；
S5：施工过程中注浆控制：
同步注浆量应控制不少于3.48m3/环，压力不低于0.2MPa；二次补浆，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa；
S6：盾构切削围护桩过程控制：
保持S3和S4所述施工掘进参数，确保精确的盾构姿态控制和方向控制；
S7：穿越后补浆控制：
待盾构盾尾脱出围护桩区域后，根据监测数据对该区域段隧道进行再次补压浆；
S8：信息化监测及联络机制：
所述信息化监测：使用自动测量系统和掘进管理系统，实时监测掘进相关数据并进行统计分析；
所述联络机制：现场与第三方形成联动监测，监测数据及时与第三方监测单位复核和对比，发现问题及时进行处理，同时将掘进数据和监测数据及时上报运营、建设单位和监理。
2.根据权利要求1所述的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其特征在于，所述步骤S2中：
盾构机选型中刀盘为辐条式，配备加强型先行刀、切刀及鱼尾刀，能满足全断面卵石地层盾构掘进及磨桩的要求，刀盘开挖直径为6590mm，盾体前/中/尾直径为6560mm；
刀具改造中超前先行刀间距设置为0.6m，高度增加至216mm，3把外圈先行刀向外倾斜一定角度均布，使得开挖直径外扩30mm，刀具表面布满耐磨堆焊，所述刀具包括合金刀头间的刀体，焊缝高度为6mm。
3.根据权利要求1所述的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其特征在于，所述步骤S3中：
土舱上部土压力控制在0.06～0.08MPa，施工前核实地下水位，如盾构机处于含水层内，端头土体加固长度需大于盾构机长度2m，并适当提高土压压力不小于0.07MPa；
在距离桩基1m时，推进速度控制在10～20mm/min；当盾构距离桩0.5m时推进速度控制在5～10mm/min；在磨桩基的过程中，推进速度控制在2mm/min以内。
4.根据权利要求1所述的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其特征在于，所述步骤S4中：
同步注浆量应控制不少于3.48m3/环，压力不低于0.2MPa；二次补浆，每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa。
5.根据权利要求1所述的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其特征在于，所述步骤S5中：
盾构沿设计线路掘进，保持均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大，首尾水平及垂直差控制在30mm以内，推进时不急纠、不猛纠，盾构切削钢筋混凝土时，需在盾构的刀盘正面注入泡沫和膨润土泥浆，以降低刀盘扭矩，控制在额定扭矩的60％以下；同时改良土仓内土体，必要时通过土仓隔板上的添加剂注入口向土仓里添加膨润土泥浆和泡沫。
6.根据权利要求1所述的盾构切削既有车站钢筋混凝土围护桩施工方法，其特征在于，所述步骤S6中：
待盾构盾尾脱出围护桩区域后，根据监测数据对该区域段隧道进行再次补压浆，注浆压力控制在0.30MPa～0.35MPa。
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