本發(fā)明涉及于地鐵隧道施工領(lǐng)域，尤其是涉及一種盾構(gòu)直接切削大直徑樁系統(tǒng)施工方法。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、隨著我國城市化的不斷發(fā)展，地下交通的發(fā)達(dá)程度成為了衡量一個(gè)城市發(fā)展水平的重要標(biāo)志，在地鐵建設(shè)過程中，盾構(gòu)隧道遭遇鋼筋混凝土樁障礙物的工程實(shí)例逐漸增加，常規(guī)配置的盾構(gòu)機(jī)一般從繞開樁身從側(cè)面或者樁底穿過，但是這種施工方案容易延長施工時(shí)間并且增加施工成本，甚至引發(fā)一系列新的安全問題。當(dāng)盾構(gòu)隧道線路因?yàn)槠渌驘o法繞開已有樁基時(shí)，一般采用拔去樁基或者挖井鑿樁等方式移除已有樁基，但這種方法對周邊環(huán)境影響大、成本高、工期長。

2、因此，改進(jìn)盾構(gòu)機(jī)使其能夠直接切削破壞樁基，從而穿過障礙物的施工方法逐漸被應(yīng)用到工程中來，本專利通過一系列全面系統(tǒng)性的施工技術(shù)研究，為后續(xù)盾構(gòu)隧道切樁和施工標(biāo)準(zhǔn)制定提供了一定的技術(shù)指標(biāo)參考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述的問題，本發(fā)明提供了一種盾構(gòu)直接切削大直徑樁系統(tǒng)施工方法，提供了一種更為靈活、系統(tǒng)、全面的施工指導(dǎo)方案。

2、一種盾構(gòu)直接切削大直徑樁系統(tǒng)施工方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：

3、在遵循“選型-控制-輔助-監(jiān)測-評估”的原則上進(jìn)行刀具選型、刀盤刀具布置、無軸螺旋輸送機(jī)改造；然后以刀盤扭矩為核心進(jìn)行盾構(gòu)推力、扭矩、轉(zhuǎn)速和推速控制；輔助泡沫劑添加進(jìn)行渣土改良；然后監(jiān)測地層、結(jié)構(gòu)變形沉降，監(jiān)測出土鋼筋和渣土，對當(dāng)前盾構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行評估，從而調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，使得盾構(gòu)更適應(yīng)當(dāng)前工況，防止刀盤卡死現(xiàn)象；最后，在盾構(gòu)出洞時(shí)，對刀具進(jìn)行磨損、損傷檢測，評估當(dāng)前刀盤刀具配置的適應(yīng)性以及盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制、輔助措施的適應(yīng)性；

4、特別的，為適應(yīng)本工程需磨樁、在礫砂層、中粗砂和砂卵石地層掘進(jìn)下穿淺覆土構(gòu)筑物，盾構(gòu)機(jī)刀盤采用輻條式中間支撐結(jié)構(gòu)，刀盤配置有：(1)三層高度分別為160mm、140mm、120mm的周邊刀；(2)刀具高度為110mm的切削刀每圈三對；(3)刀具高度為140mm、120mm的撕裂刀分為15圈布置：①15#～10#圈軌跡上，每圈4把撕裂刀，分2層布置，2用2備；②9#～3#圈軌跡上，每圈3把撕裂刀，分2層布置，2用1備；③2#～1#圈軌跡上，每圈2把撕裂刀，1用1備；(4)為改善中心部位土體的切削和攪拌效果，在中心部位設(shè)計(jì)一把尺寸較大的三叉形魚尾刀，魚尾刀超前撕裂刀450mm，(5)刀具刀頭合金為e5型碳化鎢合金，刀座焊耐磨焊條；

5、特別的，螺旋機(jī)采用帶式螺旋并適當(dāng)增大螺旋機(jī)直徑，同時(shí)在螺旋輸送機(jī)內(nèi)壁鑲嵌合金起到加固保護(hù)作用，螺旋葉片直徑為φ900mm，螺距1100mm，最大有效排土能力達(dá)到409m3/h，旋轉(zhuǎn)速度0～16.7rpm，液壓馬達(dá)25.7kn·m×32.3mpa×2臺(tái)，螺旋機(jī)扭矩166kn·m(32.3mpa)。

6、特別的，通過分析盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)掘進(jìn)參數(shù)中的刀盤扭矩的大小以及變化趨勢的快慢來控制盾構(gòu)機(jī)的推力、轉(zhuǎn)速和推進(jìn)速度，盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩8284kn·m，總推力為f＝48000kn,在切樁過程中，控制刀盤扭矩約為額定扭矩的36％～48％；盾構(gòu)推力約為額定推力的52％～63％；

7、特別的，為適應(yīng)這種全斷面富水砂卵石地層施工，在加泥的基礎(chǔ)上同時(shí)使用泡沫系統(tǒng)，利用加入泡沫改善砂卵石的粒狀構(gòu)造。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，加泥量以掘進(jìn)每環(huán)切削土體體積的5～10％計(jì)算，6395mm直徑的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)每環(huán)的泥漿注入量為2.5m3～4.5m3，泥漿噴注壓力取0.15～0.3mpa；泡沫溶液的組成：泡沫添加劑5％～7％，水93％～95％；泡沫組成：90％～95％壓縮空氣和5％～10％泡沫溶液混合而成，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，泡沫注入量以掘進(jìn)每環(huán)切削土體體積的1.25％～1.88％計(jì)算，6395mm直徑的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工每環(huán)需加泡沫溶液的量為500l～750l，泡沫注入壓力設(shè)定為0.15～0.3mpa。

8、特別的，掘進(jìn)階段緊密依靠沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，不斷完善施工工藝，及時(shí)調(diào)整到盾構(gòu)機(jī)穿越該類地層的最佳參數(shù)，為盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及后續(xù)掘進(jìn)提供參數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括：地面變形監(jiān)測、地面建(構(gòu))筑物調(diào)查及沉降監(jiān)測、隧道沉浮和水平位移、隧道凈空收斂量測、地層中位移量測、管片內(nèi)力量測、地層接觸應(yīng)力量測及地下水位觀測等。其中地表沉降監(jiān)測警戒值20mm、管線沉降監(jiān)測警戒值15mm、建筑物傾斜警戒值1‰、建筑物沉降警戒值10mm、拱頂沉降警戒值20mm；盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)：推力維持在25000kn～28000kn，扭矩平穩(wěn)維持在4000kn·m左右，掘進(jìn)速度維持在20mm/min～50mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速維持穩(wěn)定為1.1rpm可在盡量減少沉降量的前提下，順利完成盾構(gòu)破樁掘進(jìn)工作。

9、特別的，分析出土鋼筋的種類、數(shù)量、長度、出土?xí)r間以及切斷形式判斷盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具的工作狀態(tài)，以出土?xí)r間為時(shí)間軸，把每一根鋼筋的出土?xí)r間按照先后進(jìn)行排序，并對時(shí)間軸進(jìn)行分段，同時(shí)對每一時(shí)間段內(nèi)鋼筋長度、種類、數(shù)量以及斷面形式進(jìn)行分段整理。分析每不同時(shí)間段內(nèi)鋼筋的長度、種類、數(shù)量以及斷面形式。若單位時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的長度0-500mm鋼筋數(shù)量占比超過50％，長度510-1000mm鋼筋數(shù)量占比超過20％，鋼筋斷面貝殼刀全斷面切削形式占比超過80％，說明在該單位時(shí)間段內(nèi)刀盤刀具的磨損情況較差，刀具可以有效將鋼筋切斷為短鋼筋；若單位時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的長度0-500mm以及510-1000mm鋼筋數(shù)量相比于前序時(shí)間段內(nèi)排出的鋼筋數(shù)量均少于30％，且鋼筋斷面形式中全斷面切削占比少于60％，半斷面切削以及直接拉斷形式占比超過了40％，則說明刀盤刀具喪失了部分切削鋼筋能力，刀具磨損較為嚴(yán)重；若單位時(shí)間段內(nèi)出土鋼筋均超過1000mm，且數(shù)量明顯減少，斷面形式幾乎不可見切削痕跡，超過80％占比為直接拉斷形式，則考慮刀具磨損嚴(yán)重，甚至部分刀具崩落的可能性。這時(shí)候考慮盾構(gòu)停機(jī)，對刀具進(jìn)行檢修或者更換。

10、特別的，測量并且分析盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具的磨損、崩裂和合金掉落程度來評估當(dāng)前刀盤刀具配置的合理性以及盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制、輔助措施的適應(yīng)性，盾構(gòu)出洞后，對刀盤刀具進(jìn)行清洗，用游標(biāo)卡尺對每一刀具進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地測量，主要測量數(shù)據(jù)包括：刀具邊緣高度、刀具中央高度、刀具厚度、合金崩落數(shù)量以及刀具整體脫落數(shù)量。根據(jù)得到的磨損數(shù)據(jù)對刀盤刀具磨損做出綜合評估，對不同類型刀具中央高度、邊緣高度和厚度取數(shù)量加權(quán)平均值處理，評估分為輕微磨損、中度磨損、重度磨損、嚴(yán)重磨損四個(gè)等級，分別對應(yīng)磨損量1-5mm、6-10mm、11-15mm、16-20mm，合金崩落數(shù)量1-3塊、4-6塊、7-9塊、10-12塊，刀具脫落數(shù)量1-2把、3-4把、5-6把、7-8把；若刀盤刀開挖破樁工作能力，若刀盤刀具評估結(jié)果為較重磨損或嚴(yán)重磨損，則當(dāng)前刀盤刀具評估結(jié)果為輕微磨損或中度磨損則認(rèn)為刀盤設(shè)計(jì)是合理的，并且具有良好的具配置的合理性、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制的適配性以及各種輔助措施的適應(yīng)性需要進(jìn)一步改良優(yōu)化，考慮改進(jìn)刀具間距、高低差，減小刀盤扭矩、推力以及轉(zhuǎn)速，增加泥漿注入量以及泡沫添加劑含量等，確保刀具能夠在最佳狀態(tài)下完成切樁掘進(jìn)工作。

11、本發(fā)明的盾構(gòu)直接切削大直徑樁系統(tǒng)施工方法在遵循“選型-控制-輔助-監(jiān)測-評估”的原則上進(jìn)行刀具選型、刀盤刀具布置、無軸螺旋輸送機(jī)改造；然后以刀盤扭矩為核心進(jìn)行盾構(gòu)推力、扭矩、轉(zhuǎn)速和推速控制；輔助泡沫劑添加進(jìn)行渣土改良；然后監(jiān)測地層、結(jié)構(gòu)變形沉降，監(jiān)測出土鋼筋和渣土，對當(dāng)前盾構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行評估，從而調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，使得盾構(gòu)更適應(yīng)當(dāng)前工況，防止刀盤卡死現(xiàn)象；最后，在盾構(gòu)出洞時(shí)，對刀具進(jìn)行磨損、損傷檢測，評估當(dāng)前刀盤刀具配置的適應(yīng)性以及盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制、輔助措施的適應(yīng)性。

12、本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

13、(1)本發(fā)明提供的刀具選型方案、刀盤刀具布置方法，能夠使盾構(gòu)機(jī)刀具刀盤高效率的破除混凝土以及切斷鋼筋。對螺旋輸送機(jī)進(jìn)行改造，可以使得螺旋輸送機(jī)排出直徑較大的混凝土或漂卵石。以刀盤扭矩為核心進(jìn)行盾構(gòu)推力、扭矩、轉(zhuǎn)速和推速控制可以根據(jù)不同工作條件通過降低盾構(gòu)推力、刀盤轉(zhuǎn)速和推進(jìn)速度來降低刀盤扭矩進(jìn)而控制刀盤的磨損程度，使刀盤刀具可以更有效率的破除混凝土切除鋼筋。

14、(2)本發(fā)明提供的沉降監(jiān)測措施中，可以通過監(jiān)測地表建筑物、管線、結(jié)構(gòu)、道床等沉降量來合理控制盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)速度，當(dāng)沉降量不可接受時(shí)及時(shí)停止盾構(gòu)工作，檢測沉降安全隱患，采取沉降控制方法，保障盾構(gòu)工作的安全性。

15、(3)本發(fā)明提供的破樁出土鋼筋分析方法，可以根據(jù)出土鋼筋的破壞截面形狀、鋼筋長度、鋼筋出土?xí)r間判斷當(dāng)前刀盤工作狀態(tài)，當(dāng)出土鋼筋長度較長且主要破壞方式由剪切破壞變?yōu)槔瓟鄷r(shí)應(yīng)當(dāng)考慮對刀盤刀具的健康服役狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明需要更換部分刀具時(shí)，則需要人工對需要更換的刀具進(jìn)行換刀處理。

16、(4)本發(fā)明提供的刀具磨損測量方案，可以根據(jù)不同類型刀具的磨損程度，具體包括：合金掉落數(shù)量、刀具邊緣磨損厚度和高度，刀具中央磨損厚度和高度、刀具崩落數(shù)量對刀盤刀具的工作效率進(jìn)行評估，從而對未來的盾構(gòu)工作給出經(jīng)驗(yàn)。