大型泥水盾构推进遇未探明群桩的分析及处理.pdf

第2期（总第172期） 2014 年 4 月 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING No.2 Serial No.172 Apr. 2014 70 大型泥水盾构推进遇未探明群桩的分析及处理 荣 建 [ 上海城建市政工程（集团）有限公司，上海 200065] 本文结合工程实例，对大型泥水盾构遇未探明 废弃桥梁群桩情况进行阐述、分析、探讨，最终确 立处理方案，保障工程的顺利实施。 1 工程概况 虹桥综合交通枢纽仙霞西路下穿机场隧道北线 长 1 044.15 m，共 696 环，管片外径φ11.36 m，内 径φ10.36 m，中心环宽 1.5 m，壁厚 500 mm。盾构 外径φ11.58 m，内径φ11.44 m，全长 11.245 m， 灵敏度为 0.97，刀盘转速为 0.47 r/min，最大掘进速 度为 4 cm/min，刀盘开口率为 25％。 2 水文地质及周边环境情况 群桩影响范围内的土层情况见图 1。 图 1 桥桩影响区段地质纵剖面图 土层的物理力学参数见表 1。该段盾构推进主 要位于第④、⑤ 1层。场地地下水类型有浅部土层 收稿日期2013-11-19 作者简介荣建（1981），男，工程师，硕士，主要从事 隧道及地下工程施工技术研究。 摘要上海仙霞西路隧道工程北线泥水盾构推进遇到未探明的南陈巷周家浜桥桥桩，阐述遇桥桩的经过及盾构机 切削部分桩体后参数的改变。通过处理方案的比选，采用套管法将桩基拔除的方案，拔除施工期间采取措施防止 盾构下沉和周边土体的变形。桩基拔除后盾构顺利穿越桥桩影响区域。 关键词泥水盾构；未探明群桩；桩基拔除 中图分类号U455.43 文献标志码A 文章编号1004-4655201402-0070-03 DOI10.3969/j.issn.1004-4655.2014.02.024 中的潜水和深部土层 第⑦层 中的承压水。潜水 埋深约 0.50 ～ 1.75 m ；承压水水头变化幅度约为 3.0 ～ 11.0 m。 表 1 土层物理力学指标 土层名称层厚 /m 湿重度 / kNm-3 内聚力 / kPa 内摩擦角 / ①1填土1.79 ②1褐黄 - 灰黄色粉质黏土1.7118.625.017.5 ③灰色淤泥质粉质黏土5.8317.413.018.0 ④灰色淤泥黏土4.1217.014.013.0 ⑤1灰色黏土12.7017.916.017.0 ⑤2-1灰色黏土5.618.3527.5 在北线隧道 199 环～ 249 环处地表分布有虹桥 机场在建的防吹坪，防吹坪边缘距离北线隧道 2.5 m 左右，边线基本与隧道轴线平行（见图 2） 。防吹坪 基层为 400 mm 厚水泥碎石，面层为 150 mm 厚沥青 混和料，盾构穿越期间已施工完水泥碎石基层。 图 2 盾构隧道与桥桩位置平面图 3 盾构推进遇群桩障碍物的情况 2009 年 7 月 21 日凌晨，当北线盾构 233 环推 进至 200 mm 左右时，发现刀盘转矩由 1 900 kNm 71 2014 年第 2 期 荣建大型泥水盾构推进遇未探明群桩的分析及处理 增大至 2 000 kNm，推力值为 31 590 kN ； 到行程 为 400 mm 时，刀盘转矩增大至 2 400 kNm，推 力值增大至 34 020 kN。行程 900 mm 时，盾构推力 增大至 39 150 kN。至行程为 905 mm 时，盾构的 排泥流量急剧下降，由常规值约 11.3 m3/min 降为 0.90 m3/min，搅拌器电流由常规值 28 A 左右增加至 32 A。此时排泥管堵塞，拆除管路后发现有较多直 径 20 mm 左右的螺纹钢筋及混凝土块，最大混凝土 块尺寸为 15 cm 左右。 此后盾构继续推进，每推进 10 min 左右管 路 堵 塞 1 次， 至 21 日 14 时 234 环 推 进 至 行 程 628 mm 时停止推进， 开始在排泥管路上安装箱体， 清除管路中的大块杂物。为确保隧道的安全，在 234 环结束拼装管片后暂停。 2009 年 7 月 21 日施工方开始寻找管路堵塞原 因，在旧的地形图上发现北线 237 环～ 260 环左右 有一座已经废弃的桥，位于已被填埋的周家浜上， 但在现场地面无任何踪迹。22 日在当地村镇的相 关部门查到此桥资料。 该桥的名称为南陈巷周家浜桥，为 8 m13 m 8 m 三跨简支梁式钢筋混凝土桥，宽度为 6 m，基 础形式为 400400 的钢筋混凝土方桩。两侧桥台 处承台均为单排 3 根桩，桩间距 2.607 m，桩长为 24 m， 分段形式为10 m14 m， 桩底标高为-19.825 m； 中间桥墩处承台均为单排 4 根桩，桩间距 1.525 m， 桩长为 27 m，分段形式为 13 m14 m，桩底标高 为 -22.445 m。桩纵向配筋均为 8 mmφ22，箍筋为 φ6 mm200 及φ6 mm400，桩尖处为φ6 mm100 及φ6 mm50。桩接头处采用 65 mm8 mm320 mm 及 120 mm10 mm620 mm 角 钢 和 320 mm 350 mm8 mm 及 384 mm384 mm10 mm 的钢 板， 接 头 处 高 程 分 别 为 -9.825 m、-5.825 m、 -8.445 m、-9.445 m。南陈巷周家浜桥及其桩基 础的平面位置见图 2。 根据桩位分布情况及北线平面位置分析，盾构 机顶进区域分布有 4 排共计 12 根桩。从桩体高程 和盾构机高程位置分析，桥台处的 4 根桩切削长度 为 11.06 m ；桥墩处的 8 根桩均为全断面切削，即 切削长度为 11.58 m。 4 处理方案 4.1 桩体不清除，盾构继续推进方案 在推进至后续 3 排桩位置时，保持推进速度 3 ～ 5 mm/min, 切口水压 0.20 ～ 0.21 MPa，缓慢推 进，同时加强监测，及时调整施工参数。此方案有 如下几个问题。 1）盾构刀具损坏较大。 2）搅拌机可能受损。7 月 22 日 234 环推进时， 搅拌机电流达到 43 A 左右，远超常规值，随着密度 相对较大的混凝土块和钢筋的逐渐下沉及数量的增 多，搅拌机势必面临很大压力。 3）刀盘的中心轴可能会漏浆。 4）泥水管路堵塞会比较严重。 5）切削桩体时推进速度较慢，难以保证切口 前的泥水压力，会引起防吹坪的较大沉降。 6）桩内的钢筋可能会缠绕在刀具及搅拌机上， 导致盾构系统无法运转，面临着开仓或刀盘前方大 开挖的风险。 4.2 清除桩体方案 盾构停顿在 234 环的位置，采用清除桩体方案 有如下几个问题。 1）工期较长。桩体全部清除初步估算总工期 至少为 25 d。 2）开挖会破坏防吹坪。 3）工程费用增加。 4）盾构长时间停顿会引起周边土体较大沉降。 4.3 方案确定 考虑到盾构刀盘、搅拌机等设备情况，决定采 取桩基清除方案。 5 处理方案实施 5.1 桩体清除期间的辅助措施 桩体清除期间，盾构机在原地长时间停顿，为 减小停顿期间盾构机自身沉降及周边环境的变形， 采取如下措施。 1）实时监控。由专业测量人员实时对盾构姿 态进行复核并巡视隧道内部及盾构停顿位置地表附 近区域，根据测量和巡视情况实时调整切口水压， 对盾尾后方 20 环范围内进行微量补浆，以平衡土 体后期沉降，保证隧道和地面的安全。 2）拌制 PMS 新浆， 调节泥水指标。停顿期间， 拌制 PMS 高性能泥浆，通过管路泵送至盾构泥水 仓，保证切口稳定 [1-2]。 5.2 桩体清除方案 桩基拔除采用 150 t 履带吊悬挂 DZ135 震动锤 与钢筋混凝土桩同心打设φ900 mm 钢套管 ； 利用 72 2014 年第 2 期 高压水及空气幕液化土体，用吊车拔出桩体，经管 内回填后，利用吊车悬挂震动锤拔除钢套管。 1）桩位探摸与承台凿除。因该桥为村镇自建， 无桥体和桩基的定位坐标，施工时先用挖掘机开挖 3 m，找出桥台桩基，然后按照原桥设计图纸的尺 寸进行放样，测设出其余桩体位置。 2）钢套管打设。钢套管内径φ900 mm，壁厚 16 mm，总长度 29 m。打入时严格控制钢套管的垂 直度，为防止钢套管打设困难，在钢套管上设置高 压水管和高压气管，利用压缩空气形成空气幕和高 压水幕破坏套管内部的土体，使钢套管得以顺利打 设，大大减少预制桩周边摩阻力。 3）钢筋混凝土方桩拔除。高压水、气冲孔的底 标高达到原桩的桩底标高后，用 150 t 履带吊将原桩 吊出，吊装采用专用吊钩及专用拔桩钢丝绳扣。 4）桩孔填充。为防止周边土体沉降，桩孔回 填必须密实并具有一定的强度，填充材料采用水 泥、黏土、生石灰按一定比例拌制，水泥掺量 10 左右，确保 28 d 无侧限抗压强度达到 0.5 MPa。为 确保加固桩孔的质量，钢套管内的充填材料标高始 终高于钢套管底部标高 5 m 以上。 5）钢套管拔除。将钢套管边震动边缓慢拔起， 起拔速度≤ 0.05 m/min，当钢套管拔起 0.5 m 后， 将钢套管再向下插入 0.5 m，连续重复 2 次后再向 上拔起，确保充填材料密实度 [3-4]。 6 实施效果 桩基拔除于 2009 年 8 月 16 日施工完成，场地 回填平整后，盾构于 2009 年 8 月 27 日恢复推进， 穿越中严格控制施工参数，盾构顺利穿越桥桩拔除 影响区域。 7 结语 本文结合工程的客观情况，经过方案比选，决 定采用钢套管法拔除桩体，并采取一系列辅助措施 保证盾构自身沉降和周边环境的变形，保障盾构的 顺利推进。 参考文献 [1] 马忠政 , 马险峰 , 徐前卫 , 等 . 盾构穿越桥梁桩基的托换及除桩 施工技术研究 [J]. 地下空间与工程学报，2010，6 105-111. [2] 陈世明 . 地铁盾构隧道沿线障碍桩冲桩破除施工技术 [J]. 隧道建 设，201030 106-109. [3] 宋辉 , 常莹 , 黄超 , 等 . 套管法拔桩对既有大直径地下污水管的 影响 [J]. 上海大学学报 自然科学版，201117 320-324. [4] 姚先力 . 南京地铁二号线拔桩施工中套管钻进拔桩法的应用 [J]. 隧道建设 ,201030 48-62. 荣建大型泥水盾构推进遇未探明群桩的分析及处理 损失会成倍地增长。国内外资料证明 VC 值的大 小与密实度及强度有密切关系。浇注混凝土 VC 值 应控制在 5 ～ 15 s 之间，以 6 ～ 10 s 最佳。因此 为保证混凝土的密实度，应严格控制混凝土的停放 时间，一般从出机口到现场碾压历时不超过 2 h[5]。 3 结语 在沙特麦加轻轨铁路工程夏季高温浇筑混凝土 中，共取得如下效果供今后类似环境混凝土施工时 参考。 1）C30 混凝土机口取样 90 d 抗压强度最大值为 37.3 MPa，最小值为 31.2 MPa，平均值 34.27 MPa， 保证率为 100，质量评定为优良。 2）在经历一个夏季后，箱涵涵身未发现有温 度裂缝。 沙特麦加轻轨铁路项目获得德国和英国的第三 方认证机构颁发的双重安全认证，具备安全开通运 营的所有技术和基础条件。这是中国企业在海外铁 路工程总承包项目上首次获得欧洲权威机构认证。 参考文献 [1] 刘志勇，范云生，张勖，等 . 对泵送混凝土施工质量控制浅析 [J]. 承德职业学院学报，2006（4） 76-77. [2] 孟德青 , 刘辉 . 浅谈水工混凝土拌和物的质量检验与控制 [J]. 山 东水利，2005（8） 54. [3] 过镇海，时旭东 . 钢筋混凝土的高温性能及其计算 精 清华 大学学术专著 [M]. 北京 清华大学出版社，2008. [4] 谢详明 , 谢彦辉 , 石爱军 . 高温干燥气候条件下碾压混凝土层面 质量控制 [J]. 华北水利水电学院学报 ,2007（4） 27-29. [5] 李一玮 , 巴 伟 , 李一瑗 . 论混凝土施工中应注意的几个问题 [J]. 山西建筑 ,2004（19）42-43. （上接第 69 页）