土压盾构机截除立交桥群桩施工关键技术(2)

2.3.2立交桥下穿道地面沉降预测

根据《水利水电工程地下洞室围岩稳定性分析评价方法研究》，该盾构隧道开挖后，在不支护情况下有δmax≤R/k和δmin≤H/k，该盾构隧道开挖面岩体比较破碎，而且遇水极易软化，如果掘进在这种地层中控制不好，围岩容易失稳，在前期施工中，中风化泥质粉砂地层曾发生超挖现象。由于盾构隧道顶离电缆隧道底只有1.2m，电缆隧道采用爆破开挖已对岩层进行了扰动，因此，盾构掘进容易造成电缆隧道下沉破坏。又由于电缆隧道上方3.8m为立交桥下穿通道，该地层为强风化泥质粉砂岩，一旦电缆隧道变形破坏，在行车动载下，立交桥下穿通道地面会出现沉降超限，甚至地面塌陷。

2.3.3截桩后承载力损失

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002以及勘查提供桩侧阻力和桩端阻力地质资料计算，截桩后承载力损失20%左右、安全系数降为1.5。

2.3.4工后沉降预测

根据经验，盾构施工沉降只占总沉降65%左右，如果同步注浆控制不好，工后沉降会更大［4］。

2.3.5施工风险分析

通过查阅相关资料，该桥的允许差异沉降≤2mm。但预测沉降量比允许值大，因此，盾构截桩施工中，该桥有面临变形破坏和下穿通道地面塌陷的风险。

2.4风险决策研究

2.4.1处理对策

⑴根据计算沉降预测值比该桥允许的沉降要大，需要提前进行阀板群桩桩基托换；

⑵根据立交桥空间结构复杂，风险较大，需要对沉降敏感的天然气管线进行改移；

⑶为了使桥的承载力转移在阀板上，盾构掘进前需要对阀板以下地层进行注浆加固；

⑷根据芙蓉立交桥交通量大、重车较多，盾构掘进时需要采用I40工字钢进行临时支撑加固。

2.4.2施工安排

⑴天然气管线必须"先改移后进行桩基托换"，桩基托换必须"先施工阀板后注浆加固"；

⑵盾构截除桥桩之前先对盾构机进行优化改造后进行掘进模拟确定盾构掘进参数；

⑶截除桥桩时必须采取分区分块控制，并实行"边掘进边同步注浆控制沉降"；

⑷施工后根据监测及时进行跟踪注浆控制工后沉降，必要时采取隧道拱部径向应急注浆。

3 阀板基托换关键技术

3.1.敏感构筑物改移

对照业主提交的地下管线图，首先分析盾构掘进对哪些管线有影响，然后，采用物探对需要改移管线进行确认，并在现场进行标示，最后与产权单位沟通进行管线改移。

3.2阀板基础开挖

根据盾构隧道与桥桩平面关系，首先确定需要托换的桥桩。然后用挖机把桥桩之间地面土挖除80cm，最后用人工清理基底，对开挖的基础进行安全防护。

3.3注浆管预留

人工清理基底后，采用地质钻机钻注浆孔，注浆孔采用梅花型布设，孔深以插到持力层为准，孔间距为1.5m，钻孔后立即安设袖阀管，注浆管要高出阀板顶面20cm。

3.4阀板施工

注浆管安设完后，首先施工一层厚5cm混凝土垫层；然后在桥桩上植筋，并用钢筋把桥之间连接成一体；最后浇筑混凝土使阀板和群桩连成整体。

3.5托换系统力的转换

阀板施工完后，在注浆孔里采用跳孔后退式注浆对阀板底部，注浆时进行受力监测，当桥的承载力转移到阀板上就停止注浆，实现群桩托换系统力的转换。

4 盾构机优化设计关键技术

4.1受力分析配置刀具

盾构设计时，通过刀具截除桥桩时受力较大，在刀盘周边均匀布设6把周边滚刀，提高盾构机切除桥桩的能力。

4.2完善盾构微震动功能

刀盘采用铸造代替焊接，并增加刀盘厚度来增加刚度和强度，同时采用被动铰接减少铰接油缸的有效伸缩量，使盾构推进系统实现微动功能。

4.3增设桥桩应力视频监控

在即将截除的立交桥桥桩上安装应力计，并安设视频把应力计变化读数接入盾构操作室，使盾构操作手能随时掌握盾构机截除桥的状况和工作面情况。

4.4设置土舱观察孔

在盾构土仓上部设置观察孔,使施工人员在人行闸门开启之前能够充分掌握土舱中的情况,确保施工安全。

4.5刀盘焊接非封闭式格栅

在刀盘开口较大地方焊接非封闭式格栅，避免断桩及大快桩体进入土仓堵塞螺旋机。

4.6螺旋机上增设检查口

在螺旋机"炮筒"上开设一个40×40cm的检查口,之后用闷板封住,闷板与"炮筒"间用法兰连接，一旦盾构截除的桩渣堵塞螺旋机，立即打开检查口清除堵塞物。

4.7增设带压进仓破除辅助设备

在土舱内盾构胸板位置安装上下攀登与横向的工作平台，设置换气、给排水和能满足风搞破除的高压风接头。

4.8盾构机维修保养

盾构截桩前，对刀盘及刀盘驱动系统、推进系统、螺旋机系统、人行闸等主要系统进行彻底

保养和深度检查,确保各系统功能正常,以有效应对施工过程中可能发生的气压法施工及盾构切桩等工况，对各系统主要部件准备充足的备件以应对有关零部件损坏时及时更换需要。

5 盾构掘进施工关键技术

5.1掘进截桩的模拟

5.1.1截桩参数模拟

本区间盾构始发是玻璃纤维筋钻孔灌注桩，不需要破除，直接进行盾构掘进始发，因此，始发时，通过左右线盾构截除车站围护桩总结出经验，刀盘转数控制在1.2转，速度控制在3cm/min以内，扭矩波动小。掘进速度大于5cm/min时，推力较大，姿态不易控制。

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