软土盾构刀盘磨桩施工方法与流程

1.本发明涉及盾构技术领域，具体涉及一种软土盾构刀盘磨桩施工方法。


背景技术：

2.近年来，我国城市轨道交通得到了迅速发展，在进行城市隧道施工过程中，通常采用盾构机进行隧道掘进，盾构线路规划由于受到城市环境及在建施工地铁线路等相关因素的影响，新建的地铁线路不可避免地会与原有建构筑物形成冲突，容易对已有建构筑物造成损坏，发生坍塌、沉降等重大安全事故。
3.在复合地层中遇到桩基时，一般采用的方案对原桥梁桩基进行拖换，复合刀盘刀具配置直接对桩基就行切削。盾构在软土层中一般配置软土刀盘刀具，会提前将钢筋混凝土桩基直接拔出，回填桩孔后盾构通过。但在桥梁的承台端净空受限，无拔桩机拔出、人孔挖桩的条件，软土地质中配置软土刀盘(若配置复合刀盘刀具不适应线路整体掘进，严重影响整体施工进度)需对钢筋混凝土桩基进行直接切除。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种软土盾构刀盘磨桩施工方法，以解决盾构在软土层中遇到桩基采用换刀掘进穿越桩基，进而较严重的影响整体施工进度的问题。
6.为实现上述目的，提供一种软土盾构刀盘磨桩施工方法，包括：
7.于待穿越的桩基的上端的地基中开挖形成浅基坑，使得所述桩基的上端露出；
8.切割所述桩基的上端以露出所述桩基中的竖向构件；
9.以每一所述竖向构件为圆心进行钻孔取芯以形成置换孔道，所述置换孔道伸至所述桩基的待穿越范围的下方；
10.于所述置换孔道的下部灌注低强度砂浆料；
11.于所述置换孔道的上端灌注高强度砂浆料以于所述低强度砂浆料的上方固结形成用于封堵所述置换孔道的支撑体；
12.于所述浅基坑内进行渣土分层回填并夯实；
13.盾构在软土层中掘进且在不换刀的情况下对待穿越范围内的桩基进行磨桩穿越。
14.进一步的，所述竖向构件包括竖向主筋和声测管。
15.进一步的，所述竖向主筋的数量为多根，在钻孔取芯时，先对所述桩基的外圈的竖向主筋进行钻孔取芯，后对所述桩基的内圈的竖向主筋进行钻孔取芯。
16.进一步的，在对所述桩基的外圈的竖向主筋进行钻孔取芯时，采用梅花形对角钻孔顺序取芯以切断所述桩基的箍筋并去除所述竖向主筋。
17.进一步的，所述低强度砂浆料由膨润土、水泥和水组成。
18.进一步的，所述膨润土、所述水泥与所述水的质量比例为1：1：2。
19.进一步的，所述纯水泥砂浆料由水泥和水组成。
20.本发明的有益效果在于，本发明的软土盾构刀盘磨桩施工方法，不必为软土区间段存在一处桩基而选用复合刀盘刀具配置，排除了复合刀盘刀具配置在软土地层掘进效率低、刀具易偏磨的问题，此外，避免盾构直接切削桩基出现的卡刀盘、卡螺旋机、出土难控制的风险，降低了卡刀盘、卡螺旋机需带压进仓清理钢筋的风险，预处理缩短了整体工期，降低了施工成本，施工安全得到了保障。在对桩体进行取芯预处理，有效降低桩体强度，方便盾构磨桩，减少磨桩风险，缩短磨桩时间。另外一方面，在对桩体取芯过程中能够直观反映桩体处理情况，直接观察到桩体中混凝土、钢筋的残留情况，为盾构磨桩期间的盾构参数设置进行优化指导。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本技术。
23.本发明提供了一种软土盾构刀盘磨桩施工方法，包括以下步骤：
24.s1：于待穿越的桩基的上端的地基中开挖形成浅基坑，使得桩基的上端露出。
25.在本实施例中，开挖浅基坑一方面为了创造钻机取芯的空间，另一方面，为了后续通过分层回填浅基坑并夯实以防止盾构机下穿桩基时冒泡或漏浆。
26.s2：切割桩基的上端以露出桩基中的竖向构件。
27.在本实施例中，桩基中的竖向构件包括竖向主筋和声测管。
28.竖向主筋沿圆周方向设置多圈，即竖向主筋包括外圈竖向主筋和内圈竖向主筋。
29.多根竖向主筋通过箍筋进行箍设连接形成桩基的钢筋笼结构。
30.s3：以每一竖向构件为圆心进行钻孔取芯以形成置换孔道，置换孔道伸至桩基的待穿越范围的下方。
31.在本实施例中，竖向主筋的数量为多根，在钻孔取芯时，先对桩基的外圈的竖向主筋进行钻孔取芯，后对桩基的内圈的竖向主筋进行钻孔取芯。
32.在步骤s2切割桩基的上端露出竖向构件后，在露出的竖向构件，如钢筋头及声测管的断面上标注钻孔位置，孔径与钻杆同心圆。
33.在标准钻孔位置后，钻机调试就位，调整泥浆指标，按照标定位置对桩基进行取芯。
34.在对桩基的外圈的竖向主筋进行钻孔取芯时，采用梅花形对角钻孔顺序取芯以切断桩基的箍筋并去除竖向主筋。
35.s4：于置换孔道的下部灌注低强度砂浆料。
36.作为一种较佳的实施例，低强度砂浆料由膨润土、水泥和水组成。
37.膨润土、水泥与水的质量比例为1：1：2。
38.作为一种较佳的实施方式，先对桩基的外圈的竖向主筋进行梅花形对角钻孔顺序取芯，此时会切断箍筋，同时将竖向主筋分段取出。在外圈的钻孔全部取芯后，依次对内圈
同样采取梅花形对角顺序取芯。每取芯完成一孔后，及时用低强度砂浆料回填。其中，低强度砂浆料是先采用膨润土与水泥质量比1：1混合后，再与水质量比1：1搅拌均匀，回填充填至隧道顶2m。使用低强度砂浆料置换断面范围内的钢筋混凝土，填充后，还可有效的防止附近孔钻孔时出现偏钻、卡钻等现象。
39.s5：于置换孔道的上端灌注高强度砂浆料以于低强度砂浆料的上方固结形成用于封堵置换孔道的支撑体。
40.纯水泥砂浆料由水泥和水组成。在本实施例中，低强度砂浆料中所谓的“强度”是基于纯水泥砂浆料的强度而言，即低强度砂浆料的强度低于纯水泥砂浆料的强度。
41.在砂浆料固结后，低强度砂浆料的固结体的强度低于纯水泥砂浆料的固结体的强度。
42.具体的，在隧道顶2m以上范围使用纯水泥砂浆料对置换孔道进行密封。
43.s6：于浅基坑内进行渣土分层回填并夯实。
44.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，防止盾构机下穿时冒泡或漏浆。
45.s7：盾构在软土层中掘进且在不换刀的情况下对待穿越范围内的桩基进行磨桩穿越。
46.在盾构下穿桩基时，盾构土仓土压力略高于理论压力的0.2bar，注浆填充系数1.8，盾尾通过后及时进行二次补注浆。
47.具体的，在本实施例中，将盾构磨桩过程分为3个阶段，分别为盾构磨桩前3环试推进阶段，盾构磨桩阶段和盾构通过后阶段。
48.其中，盾构穿越前试验阶段为设定刀盘到达桩基前3环为推进试验段，调整掘进参数，盾构操作手保压推进，慢速推进控制出土量，掌握慢速推进渣土改良剂加入技巧。
49.在这段范围掘进中结合地面沉降监测情况主要收集盾构推进参数，主要印证和优化土压力、推进速度、加泥加泡沫量、同步注浆压力、补注浆压力等，在进入建(构)筑物以前确定最优的施工参数。
50.盾构磨桩阶段，把盾构刀盘接触原桩基至脱离原桩基设为穿越段。该控制区段施工时，主要根据穿越试推进段总结的推进参数和施工数据来指导盾构的推进施工。在这个阶段主要任务是控制盾构的施工参数，包括控制推进速度、正面土压力、同步注浆流量、同步注浆压力等主要施工参数，确保盾构机安全的穿越建筑物。
51.通过监测，研究地面沉降与推进参数的关系；测试地表隆陷、地中位移、管片受力、建筑物位移等，对试验段掘进得到的有关技术资料进行详细分析，以掌握不同地层中各种推进参数和工况条件下的地层位移规律和结构受力状况，以及施工对地面环境的影响，并及时反馈调整施工参数。
52.由于盾构穿越后，地面存在一定程度的后期沉降，会对穿越的建筑物造成影响。必须在穿越区域的隧道内准备充足的补压浆材料以及设备，根据沉降监测情况进行后期补压浆。
53.根据以往施工经验，此次盾构推进需切削钢筋混凝土，为确保盾构的正常出土，渣土改良采用以膨润土泥浆为主，泡沫剂为辅的改良方式，来改善渣土的流塑性和和易性。进而降低刀盘扭矩，保证盾构穿越时有均衡的推进速度；同时改良土仓内的土体，有助于桩体
碎块从螺旋机内顺利排出。
54.膨润土泥浆配合比为水：膨润土＝6：1～8：1，膨润土为优质的钠基膨润土。加膨润土时必须严格控制量和压力，避免土体在过多的膨润土量和较高的压力下形成定向贯通的介质裂缝，造成渗水通道，严重影响到隧道的安全状况。根据过去的施工经验以及膨润土剂的相关原理，压注膨润土剂与土体的体积关系比理论上暂定为0.18。
55.泡沫溶液由泡沫添加剂和水组成，其中泡沫添加剂占3～5％，水占95～97％；泡沫由压塑空气和泡沫溶液组成，其中压塑空气占90～95％，泡沫溶液占5～10％；泡沫的注入量按开挖方量渣土情况计算，一般取经验值300～600l/m3。
56.盾构掘进过程中加强施工监测，及时调整土仓土压力，同步注浆均匀饱满，及时进行二次补注浆。
57.本发明的软土盾构刀盘磨桩施工方法，不必为软土区间段存在一处桩基而选用复合刀盘刀具配置，排除了复合刀盘刀具配置在软土地层掘进效率低、刀具易偏磨的问题，此外，避免盾构直接切削桩基出现的卡刀盘、卡螺旋机、出土难控制的风险，降低了卡刀盘、卡螺旋机需带压进仓清理钢筋的风险，预处理缩短了整体工期，降低了施工成本，施工安全得到了保障。在对桩体进行取芯预处理，有效降低桩体强度，方便盾构磨桩，减少磨桩风险，缩短磨桩时间。另外一方面，在对桩体取芯过程中能够直观反映桩体处理情况，直接观察到桩体中混凝土、钢筋的残留情况，为盾构磨桩期间的盾构参数设置进行优化指导。
58.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：于待穿越的桩基的上端的地基中开挖形成浅基坑，使得所述桩基的上端露出；切割所述桩基的上端以露出所述桩基中的竖向构件；以每一所述竖向构件为圆心进行钻孔取芯以形成置换孔道，所述置换孔道伸至所述桩基的待穿越范围的下方；于所述置换孔道的下部灌注低强度砂浆料；于所述置换孔道的上端灌注高强度砂浆料以于所述低强度砂浆料的上方固结形成用于封堵所述置换孔道的支撑体；于所述浅基坑内进行渣土分层回填并夯实；盾构在软土层中掘进且在不换刀的情况下对待穿越范围内的桩基进行磨桩穿越。2.根据权利要求1所述的软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，所述竖向构件包括竖向主筋和声测管。3.根据权利要求2所述的软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，所述竖向主筋的数量为多根，在钻孔取芯时，先对所述桩基的外圈的竖向主筋进行钻孔取芯，后对所述桩基的内圈的竖向主筋进行钻孔取芯。4.根据权利要求3所述的软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，在对所述桩基的外圈的竖向主筋进行钻孔取芯时，采用梅花形对角钻孔顺序取芯以切断所述桩基的箍筋并去除所述竖向主筋。5.根据权利要求1所述的软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，所述低强度砂浆料由膨润土、水泥和水组成。6.根据权利要求5所述的软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，所述膨润土、所述水泥与所述水的质量比例为1：1：2。7.根据权利要求1所述的软土盾构刀盘磨桩施工方法，其特征在于，所述纯水泥砂浆料由水泥和水组成。

技术总结
本发明公开了一种软土盾构刀盘磨桩施工方法，不必为软土区间段存在一处桩基而选用复合刀盘刀具配置，排除了复合刀盘刀具配置在软土地层掘进效率低、刀具易偏磨的问题，避免盾构直接切削桩基出现的卡刀盘、卡螺旋机、出土难控制的风险，降低了卡刀盘、卡螺旋机需带压进仓清理钢筋的风险，预处理缩短了整体工期，降低了施工成本，施工安全得到了保障。在对桩体进行取芯预处理，有效降低桩体强度，方便盾构磨桩，减少磨桩风险，缩短磨桩时间。本发明解决了盾构在软土层中遇到桩基采用换刀掘进穿越桩基，进而较严重的影响整体施工进度的问题。题。


技术研发人员：陈时光 杨建涛 方敏 佘义邦 乐丹丹 李美香 李海 李培 段鹏
受保护的技术使用者：中建八局轨道交通建设有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/7