摘要：土压平衡盾机在粉砂、细砂地层中推进，刀具配置一般为撕裂刀及刮刀，在遇到既有桥梁桩基空间受限不能完全处理时，通过钻孔取芯法，取出桩基内部钢筋并破坏桩基内部结构，降低其强度，使盾构刀盘刀具顺利切削桩基，达到盾构机安全快速施工的目的。
关键词：土压平衡 桥梁桩基 侵限桩基 盾构磨桩
0 引言
近年，随着城市人口密集度的提高，地面可利用有效空间越来越少。城市轨道交通建设发展迅速，但受原城市规划的制约，部分地铁隧道施工不可避免的会穿越大型建（构）筑物桩基群、废桩群，有些桩基受空间位置及特殊因素影响不能拔出或清理，侵入到隧道断面，需盾构切削桩基通过。
1 工程概况
1.1工程概况
郑州轨道交通3号线一期工程沙门路站～兴隆铺路站区间，右线隧道全长1277.626m，线路纵坡设计最大坡度为25.54‰，平面最小转弯半径为R360m，盾构开挖直径6480mm，管片外径6200mm。区间在里程DK7+560～DK7+960处下穿南阳路与北三环立交桥，盾构区间右线与南阳路北三环立交桥最东侧两根桩基NYT1-1（DK7+926.31）、NYT1-5（DK7+930.07）冲突，该处隧道覆土深11.78m（桥台底距隧道顶7.78m），桩基拖换完成后盾构对原旧桩基进行切削通过。桩隧位置关系
1.2 地质水文
该区域属黄河冲击平原稳定性不均匀区。地表层为第四系地层所覆盖，其厚度约200～300m，除地表为人工填土外，其下层为砂质粉土、粉砂、细砂。拟建场地第四系松散层孔隙潜水含水层以粉砂、砂质粉土为主，实测地下水位埋深为12.5m。
1.3 施工环境
施工现场DN500雨水改迁至基坑外侧，自来水管线悬吊保护，燃气管线原位保护，确保安全。桩基拖换时桥台下暗挖，基坑锚喷支护，托换梁底至垫层空间高度为4m，内墙距边坡约6米如图1.3所示。原旧桩为C25钢筋混凝土桩直径1.5m、长35m，17根长1450mm主筋（φ25mm）、3根长2650mm声呐管，箍筋Φ10@150mm。原旧桩基处理受限。
1.4 刀盘刀具主要参数
使用海瑞克S-716复合式土压平衡盾构机，配备辐条面板式刀盘，设备参数满足区间地质特性施工要求。区间隧道断面地质主要为砂层和粉质砂层，为实现快速掘进施工，安装可更换撕裂刀及刮刀，周边安装4把滚刀，确保磨桩时刀盘的开挖直径。刀盘开口率38%。额定扭矩4474Knm，中间鱼尾刀1把，撕裂刀28把，切刀56把，边刮刀及周边保护到各8把。
2 桩基处理
2.1 桩基处理方案比选
因原旧桩基全断面侵入隧道断面，使用常规撕裂刀、刮刀直接磨桩卡刀盘及损坏刀具风险极高。空间受限不能使用大型设备拔出或进行凿除，仅能选用小型设备或人工进行处理，小型设备或人工凿除优缺点如下：
2.1.1 人工凿除
该区域位于富水砂层，土质以粉砂、砂质粉土为主，水位埋深为12.5m。若采用人工剔凿，深度自地面以下约19m。基坑内净空不足，无法做到高压旋喷桩止水封闭，施工过程中会出现涌水涌砂突发现象，安全风险高。
2.1.2 冲击钻凿桩
若采用冲击钻冲桩方式，冲击钻产生的大范围振动对桩基孔及基坑边坡影响较大，基坑周边有DN600自来水、DN500雨水及DN160燃气等多条管线，同时该位置立交桥其他桩基较多，施工风险较高。
2.1.3 更换刀具磨桩
区间长距离下穿北三环，风险源重多且连续穿越的，中间没有合适位置作为地面加固点，无法进行换刀；所处位置地质为砂质粉土填土、粉质黏土、砂质粉土、粉砂，桩基截断后相对埋深较浅，并且粉细砂地层气密性差，带压换刀风险大；刀盘面板撕裂刀大多为焊接式，密闭空间动火作业风险极高。
2.1.4 降低被托换桩基强度直接磨桩
用取芯钻机对被托换桩基取芯，将桩基内部分混凝土及钢筋取出，使原旧桩基呈“蜂窝状”，破坏桩基内部结构从而达到降低桩基强度的目的。
通过对安全风险、施工难易和施工进度等几方面综合考虑，对被托换桩基的处理优选方案为钻孔取芯降低被托换桩基强度后磨桩。
2.2 钻孔取芯
受场地限制，使用构紧凑，体积小，重量轻，搬移方便的梦迈HTZB-200型全液压便携式钻机。底盘面积为2.6m*2.8m，地表上部允许钻机操作高度4m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆桩基距挡土墙不小于1m，桩基距基坑距离不小于2.6m。
2.2.1 钻进方法
钻90°直孔，钻穿钢筋笼主筋及声测管（钻进19米）、素混凝土（钻进11米）并取出，保证盾构机顺利通过设计标高位置。全孔采用使用Φ89mm（钢筋孔）和Φ110mm（混凝土、声测管孔），对原桩基钻孔取芯，采用金刚石钻头回转钻进方法施工，保证盾构机顺利通过设计标高位置。
2.2.2 施工顺序
（1）NYT1-1、NYTI-5桩施工，首先清除桩头覆盖层，钻孔时根据钢筋位置及声测管实际位置画线确定钻孔位置及孔径，首先施工110mm口径的三个绑定声测管的主筋，然后梅花形对角顺序施工89mm口径的外圈钢筋孔。外圈钢筋孔全部结束后，依次往内圈施工，同样采取梅花形对角顺序施工110mm混凝土孔。桩基钻孔情况如图3.2所示。
（2）钻孔完成芯样取出后对该孔使用水泥膨润土浆液回填，膨润土与水泥质量比1：1混合后与水质量比1：1搅拌均匀，充填至隧道顶2m。以上范围使用纯水泥浆对孔洞进行密封，封堵完成顶部回填砂土铺垫平整，防止盾构保压推进时，取芯孔发生渗漏。钻孔回填封堵满足要求后，用渣土对基坑进行分层回填，并使用打夯机进行压实，以便盾构机磨桩时顺利穿越该区域。
3 磨桩施工技术
3.1 磨桩前准备工作
在不影响正常推进的情况下，盾构刀盘到达桩基三环前，分部完成盾构设备各项系统的检查及电瓶车、门吊等后配套设备的检查，配被易损备件，确保盾构磨桩时不停机一次性安全通过。
3.2 盾构磨桩控制
混凝土桩基强度高、钢筋处理不彻底，磨桩时易卡刀盘及螺旋机，对刀具损伤大；推进时盾体震动较大，盾构姿态跳动大；掘进速度慢，出土难控制，地表沉降较大；加强掘进参数管控，做好“护头、护尾、保姿态“工作，加强盾构掘进参数控制。控制顶部土仓土压力，控制土压力高于理论土压力的0.1～0.2bar。出土量控制在60m3以内。
3.2.1 掘进参数控制
刀盘接触桩基前3环降低掘进速度，模拟磨桩工况，调整掘进参数控制出土量。磨桩时刀盘转速0.8～1.2r/min，刀盘扭矩2000～3000Knm，盾构推力1700～2000t，掘进速度6～10mm/min，贯入度控制在7mm/r以内，较小桩基的震动、保护刀具。
3.2.2 加强同步注浆及二次注浆
同步注浆采用方量控制为主、压力控制为辅的原则。隧道管片壁后理论空隙为4.18m2，要求实际每环注浆量控制在6.27m2以上，注入率150%以上，注浆压力在0.3bar以内，根据建（构）物沉降监测数据情况及时进行二次注浆，确保壁后空隙填充饱满，减少地面沉降。
3.2.3 盾构机姿态控制。
原旧桩基处于鱼尾刀中心偏右位置，鱼尾刀对桩基切削能力差，与桩基处于干磨状态，盾构推进时盾体震动较大，为防止盾构偏头，尽可能使分区油压分布均匀，控制盾构姿态与设计轴线吻合，滚动角过大时通过刀盘换向调节。
3.2.4 盾构磨桩过程中辅助措施
使用泡沫发生器系统，向土仓内注入泡沫剂，渣土较粘、温度较高时，通过膨润土系统向土仓内注入分散剂，分散剂与泡沫剂配合使用流量分别为25～35L/min、35～45 L/min，防止土仓内渣土“板结”或“结泥饼”。
3.2.5 加强盾构机在掘进中的保护
掘进过程中维保工程师不间断对设备进行巡检与维护，确保设备处于良性运行状态；掘进数据传至监控室，当班盾构司机与监控室指挥中心做好沟通，及时调整掘进参数。
3.2.6 加强建构筑物监测
在地表及建（构）筑物设置沉降、位移观测点，采取初始值，盾构磨桩影响区域监测频率为4次/d，根据监测点测量数据及沉降速率mm/d判断结构和建筑物的安全状，及时回馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。
4 小结
砂质土地层盾构机刀盘安装撕裂刀，可实现快速掘进施工，而城市地铁线路设计不可避免会出现与原城市规划建（构）筑物桩基干涉现象，撕裂刀不具备直接磨桩能力。在桩基处理空间受限时，可通过小型设备钻孔取芯法，将桩基主筋依次取出，然后破坏桩基内部结构，降低其强度，使盾构快速磨桩通过。
参考文献：
[1].白枝奉，土压平衡盾构机磨桩施工技术，《四川建筑》15年02期；
[2].冯慧君，区间隧道穿越桥梁桩基的施工方案，《铁道建筑》2004第10期。
作者简介：陈时光（1986-），男，工程师，河北唐山人，主要从事盾构工程技术及质量管理工作。
论文作者:陈时光
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/2/3
标签：桩基论文; 盾构论文; 钻孔论文; 基坑论文; 隧道论文; 位置论文; 钢筋论文; 《基层建设》2019年第28期论文;