超深搅拌桩在盾构常压换刀中的应用.docx

超深搅拌桩在盾构常压换刀中的应用陈建军（中铁十六局集团有限公司，北京市 100018）摘 要：南水北调中线穿黄工程中要进行盾构刀盘常压下修复的工作，须在盾构机周边进行防渗墙和地基加固的施工。该文阐述了采用超深搅拌桩方案进行盾构常压换刀的方案选择过程，并介绍了其施工工艺及主要设计参数。文章最后总结了施 工中存在的问题及其改进措施。关键词：超深搅拌桩；盾构刀盘修复；止水帷幕；土体加固中图分类号：U455.43文献标识码：B 文章编号：1009-7716（2010）07-0086-06黄盾构掘进施工中还会有长距离含大量钙质结核的全断面粘土层和约 300 m 的全断面砂卵石地 层，这些地层对刀盘的冲击和损坏很大，因此，对 刀盘刀具进行修复和改造势在必行。由于对盾构刀盘修复及刀具改造需要进行大 量动火作业，而目前在高压下动火作业非常危险 且不易操作，经过研究分析后认为,刀盘修复及刀具改造宜在常压下进行。1.2 工程地质和水文地质条件施工场地位于河南焦作市温县东南部黄河滩 内，为耕植地，地形平坦，四周开阔。对盾构换刀 加固区域地质进行了补充勘察，打勘察孔 4 孔，通过 4 个钻孔所揭露的地层岩性，并参考南水北调中线穿黄工程的地质资料，对地层结构作了分层， 其地层岩性自上而下分布情况如表 1、图 1。引言盾构穿越砂卵石等地层时，由于地下水位高、 土层渗透系数大，盾构刀具磨损严重。在这种地层 施工时经常需要更换盾构刀具，有时甚至要对刀 盘进行修复。一般情况下，采用气压作业是解决城 市隧道刀具检查与更换的较好办法[1]。沈阳地铁 一号线第 9 标段采用人工挖孔进行盾构换刀，取 得了成功[2]。成都地铁盾构 2 标采用从刀盘前方 注 AB 液填充注浆的方式对地层进行加固，成功 进行了刀具更换[3]。广州轨道交通三号线市桥站 北—番禺广场段区间盾构采用三重管旋转喷射施 工工艺加固地层后进行了换刀[4]。另外，采取小导 管注浆加固或采用素混凝土桩并进行桩间袖阀管 注浆对地层加固进行换刀也有成功案例[5-6]。南水北调中线穿黄工程盾构机在埋深 27.9 m 处进行换刀作业。采用 42 m 超深深层搅拌桩对盾 构前方地层进行加固形成止水帷幕，在止水帷幕内外对土体进行降水，实现了常压下刀盘改造和修复。0表 1 盾构常压换刀段岩土物理力学指标含水量ω/%干重度γd（/ kN/m3）孔隙比e凝聚力C/kPa内摩擦角Φ（/ °）土岩名称耕植土粉砂 细砂 中砂 中砂 中砂粉质壤土 粉质粘土 砂岩20.623.722.821.419.321.621.120.518.715.415.015.315.616.916.516.717.417.20.7430.8330.7640.7330.5820.6450.6070.5660.5617～120000024～3128～45026.0～27.029.0～31.031.6～33.532.5～35.631.832.8～35.118.5～20.518.1～20.330工程概况11.1 施工背景南水北调中线穿黄工程盾构机进入粘土夹钙 质结核层后，扭矩、推力明显增大，掘进速度非常缓慢。初步判断为刀具磨损严重，刀盘也遭到一定程度的磨损。通过带压进舱检查，发现 16 把边缘 铲刀均受到了严重的磨损，铲刀外缘全部被磨损 掉，仅剩余 15 cm 长的刀体，外缘约 25 cm 的刀座 全部磨损，同时滚刀、先行刀和刮刀也都受到不同 程度的磨损。经分析认为，目前的刀具配置不能很 好地适应穿黄工程地质的需要，同时在今后的穿（1）0～2.4 m 为耕植土，灰色，松散状；（2）2.4～14 m 为粉细砂，浅黄色，较为纯净，松散 - 稍密状；（3）14～27.9 m 为中粗砂，浅褐灰色，饱 和，密实状；（4）27.9～29.9 m 为粉质壤土含大量 钙质结核，褐黄色，结构较紧密，可塑状；（5）29.9～33 m 为粉质粘土，浅棕红色，可塑 - 硬塑状；（6）33～35.1 m 为粉质壤土；（7）35.1～37.5 m 为粉质收稿日期：2010-05-11作者简介：陈建军(1972-)，男，河南南阳人，硕士，高级工程 师，副总工程师，从事地下工程施工技术管理工作。城市道桥与防洪2010 年 7 月第 7 期管理施工87 粘土含大量钙质结核；（8）37.5～40 m 为泥钙质结核胶结层，结构紧密，渗透系数很小，强度较高， 单个钙质结核单轴抗压强度为 8.5～15.7 MPa，硬 度约 3 度；（9）40～42.2 m 为粉质粘土，（10）42.2～48 m 为第三纪未胶结砂岩。该工程地下水类型主要为孔隙潜水，含水层 主要为第四系砂层，地下水静水位高程 100.25 m， 埋深约 2.78 m。水位受气候变化影响较大，并具 有一定的季节性变化规律。根据区