一种盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法

摘要

本发明涉及隧道盾构施工技术领域，具体为一种盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法，解决现有盾构隧道掘进进行传统桥桩托换时存在巨大风险、技术要求高、工期长、成本高等问题；先进行风险评估后，进行阀板和注浆联合进行群桩桩基托换，盾构截除桥桩前进行盾构优化改造；盾构掘进截桩前盾构开始减速，截桩时动态调整扭矩，截桩后低转速掘进，盾构通过后进行地面跟踪注浆，洞内采用雷达探测后及时补注浆。具有工艺简单、施工工期短、成本低、风险可控等优点，取得了良好的经济效益和社会效益，适用范围广。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道盾构施工技术领域，具体为一种盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法。

背景技术

随着城市基础设施的持续建设，地铁轨道交通呈现快速发展的趋势，但受原先城市规划的制约，新的地铁隧道在施工中将不可避免的会部分穿越既有立交桥。国内一般采用树根桩进行桩基托换后再进行人工破除原桥桩，该技术是一种技术难度大、费用较高、工期较长、风险性较强的一种特殊施工方法。而国外在保证施工中旧桥的功能发挥的同时，除去影响盾构向前推进的障碍物，首先对结构本身进行加固，对桥梁基础进行托换，使桩基础的荷载转移，然后将桩进行拔除或在适当部位进行截断，最后盾构才通过。

中国正处于城市地铁施工发展时期，城市地铁大多数都要穿越立交桥或构筑物桩基。盾构直接截除群桩技术将是今后地铁修建的关键技术。

发明内容

本发明为了解决传统树根桩桩基托换难度大、费用高、风险大等问题，提供一种新的盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法，包括以下步骤：

步骤一、对桥周边构筑物进行调查与处理；

步骤二：盾构直接截除桥桩施工风险分析；

步骤三、阀板与注浆联合进行桩基托换：⑴土方清除：把桥桩之间的地面土挖除，挖除厚度控制在大于80cm；⑵钻孔并安设注浆管：清除土方后，施工注浆孔，孔深以插到持力层为准，孔间距为1.0～2.5m，钻孔后立即安设袖阀管；⑶阀板施工：袖阀管安设完后，首先施工垫层，然后在各个桥桩上植筋，并用钢筋把所有桥桩之间连接成一体，最后浇筑混凝土，混凝土凝固后即形成与所挖除土方厚度相当的阀板；⑷注浆并转换受力体系：阀板施工完后，在注浆孔里采用跳孔后退式分段注浆，注浆时进行实时监测，当桥的承载力转移到阀板上时就停止注浆；

步骤四：盾构机优化改造

(1)受力计算配置刀具：盾构设计时，在刀盘周边均匀布设6把周边滚刀；

(2)完善盾构微震动功能；(3)增设桥桩应力视频监控；(4)设置土舱观察孔；(5) 在刀盘开口较大地方焊接中间为断开式格栅；(6)螺旋机上增设检查口；(7)增设带压进仓破除辅助设备；

步骤五：盾构截桩掘进施工：⑴施工前准备：施工前在桥桩上安设应力监测和沉降监测，取得初始值；⑵截桩前控制：盾构截桩前5m开始减速掘进，速度控制在2～3cm/min之间，推力控制在8000KN以下；⑶截桩控制：当刀盘接触桥桩时，速度控制在2cm/min以下，同时通过视频监控桥桩的应力应变来动态控制刀盘扭矩；⑷离开桥桩控制：盾构机离开桥桩后，速度控制在2～3cm/min之间，同时，当盾尾脱离管片3～4m时，立即进行二次补注浆。

盾构掘进通过后，及时进行地面跟踪注浆，步骤如下：

⑴施工监测分析：盾构穿越桥桩后，每天进行沉降监测；⑵地面跟踪注浆：当沉降速率大于0.2mm/d或开累沉降量大于2mm，立即在阀板预留注浆管内进行注浆；⑶成型隧道壁后补注浆：盾构通过桥桩后，立即采用雷达对成型隧道壁后进行探测，发现空洞，立即在管片背后进行补注浆。

采用上述方法直接截除立交桥群桩，解决了传统桩基托换施工难题，实现了盾构机直接截除立交桥群桩，降低了桥的下沉量，保证立交桥安全。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、利用阀板和注浆加固联合进行群桩桩基托换，解决了群桩无法实现桩基托换的难题，且其施工成本低，工效高；

2、通过截桩工况对盾构机进行优化改造，实现了直接用盾构机截除桥桩，不仅增加了桥的整体承载力，而且实现了快速截桩掘进；

3、采用抗水分散性浆液进行同步注浆，并通过视频监控桥桩应力应变来动态调整截桩参数，实现了掘进过程中桥桩零沉降；

4、通过实时沉降监测与地面跟踪注浆，大大降低了施工风险；

5、运用雷达探测技术和及时二次补注浆，确保立交桥受力能通过原桥桩有效传递到隧道上，确保今后运营安全；

总之，采用本发明所述的盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法，具有工艺简单、施工工期短、施工成本低、风险可控等优点，采用该技术成功地完成了长沙地铁2号线左右线截桩穿越芙蓉立交桥，填补了我国盾构直接截除桥桩零沉降的技术空白，取得了良好的经济效益和社会效益。本方法适用于盾构直接截除立交桥群桩掘进施工，也适合于盾构直接截除其它构筑物桩基工程。

附图说明

图1为本发明所述盾构机刀盘的结构示意图；

图中：1-中间为断开式格栅；2-周边滚刀。

 

具体实施方式

一种盾构直接截除立交桥群桩掘进施工方法，包括以下步骤：

步骤一、对桥周边构筑物进行调查与处理

⑴周边构筑物调查

盾构施工进场前，对立交桥进行调查，掌握桥的各种资料；

⑵构筑物处理

对桥桩间有煤气管等管线进行改移；

步骤二：盾构直接截除桥桩施工风险分析

⑴风险辨识

根据桥的功能与盾构即将截除的桥桩进行受力分析，找出施工风险源；

⑵风险分析

根据盾构截桩工况对桥桩产生风险进行分析；

⑶风险等级划分

根据施工可能发生的风险大小进行等级划分；

步骤三、阀板与注浆联合进行桩基托换

⑴土方清除

用挖机把桥桩之间地面土挖除，挖除厚度控制在大于80cm，具体厚度应根据如下阀板所应承受的荷载确定；

⑵钻孔并安设注浆管

清除土方后，采用地质钻机施工注浆孔，孔深以插到持力层（公知，在地基基础设计时，直接承受基础荷载的土层称为持力层）为准，孔间距为1.0～2.5m，钻孔后立即安设袖阀管，袖阀管注浆施工为本领域的公知技术；

⑶阀板施工

袖阀管安设完后，首先施工垫层，然后在各个桥桩上植筋，并用钢筋把所有桥桩之间连接成一体，最后浇筑混凝土，混凝土凝固后即形成与所挖除土方厚度相当的阀板；

⑷注浆并转换受力体系

阀板施工完后，在注浆孔里采用跳孔后退式分段注浆，注浆时进行实时监测，当桥的承载力转移到阀板上时就停止注浆，所述跳孔后退式分段注浆为本领域的公知技术；

步骤四：盾构机优化改造

(1)受力计算配置刀具

盾构设计时，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；

(2)完善盾构微震动功能

通过增加刀盘刚度和强度，同时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，，确保盾构机能够在高速、大扭矩、大推力情况下截桩掘进；

(3)增设桥桩应力视频监控

在即将截除的立交桥下安设视频，并把信号接入盾构操作室，使地面监控室管理、指挥人员能随时掌握盾构机工作面和桥的状况；

 (4)设置土舱观察孔

在盾构土仓合理部位设置观察孔，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；

(5)刀盘焊接中间为断开式格栅

在刀盘开口较大地方焊接断开式格栅，如图1所示，避免断桩及大快桩体进入土仓堵塞螺旋机；

(6)螺旋机上增设检查口

为了防止盾构截除的桩渣堵塞螺旋机，在螺旋机“炮筒”上开设一个40×40cm的施工口，之后用闷板封住,闷板与“炮筒”间用法兰连接；

(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用的扶梯与横向的工作平台，设置换气、给排水和风搞破除高压风接头；

此外，盾构截桩前要对盾构机进行维修保养，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。

步骤五：盾构截桩掘进施工

⑴施工前准备

施工前在桥桩上安设应力监测和沉降监测，取得初始值；

⑵截桩前控制

盾构截桩前5m开始减速掘进，速度控制在2～3cm/min之间，推力控制在8000KN以下，而且加强同步注浆质量；

⑶截桩控制：当刀盘接触桥桩时，采用低转数、低速度进行掘进，速度控制在2cm/min以下，同时通过视频监控桥桩的应力应变来动态控制刀盘扭矩；

⑷离开桥桩控制：盾构机离开桥桩后，仍然采用低转数，中速度掘进，速度控制在2～3cm/min之间，同时，当盾尾脱离管片3～4m时，立即进行二次补注浆。

步骤六：盾构通过后跟踪注浆

⑴施工监测分析

盾构穿越桥桩后，每天进行沉降监测，并分析其原因；

⑵地面跟踪注浆：当沉降速率大于0.2mm/d或开累沉降量大于2mm，立即在阀板预留注浆管内进行注浆；

⑶成型隧道壁后补注浆：盾构通过桥桩后，立即采用雷达对成型隧道壁后进行探测，发现空洞，立即在管片背后进行补注浆。

通过以上方法，即可完成盾构直接截除立交桥群桩的掘进施工。

工程实例：

长沙地铁2号线迎宾路站～芙蓉广场站区间全长550，采用盾构施工，该区间盾构需要截除芙蓉立交桥24根桥桩，桥长度为120米，立交桥下有一直径为4米高压电缆隧道，离盾构隧道只有1.3米。

该区间左线于2011年5月10日开始进入芙蓉立交桥，只用10天就安全穿越立交桥，而且直接截除3根桥桩，旁穿15根桩，桥桩无下沉。

右线于2011年6月8日开始进入桥区，只用了8天就顺利完成21根桩的截除，平均日进度15米，经监测，桥桩无沉降，阀板外地面最大沉降也只有2mm，充分证明本发明所述的方法适用性强，施工效果很好。

目前城市地铁90%以上均采用盾构法施工，国内规划修建地铁城市已超过30个，城际铁路也大量采用盾构法，基本上每条地铁线路均要穿越立交桥或构筑物桩基础，本发明所述的方法推广前景好。