朱乐峰
宏润建设集团股份有限公司 浙江 杭州 310000
摘要：经济的发展，人民生活水平的提高，促进城镇化进程的加快。近年来，为加快城市现代化发展进程，缓解城市交通出行矛盾，政府持续加大了对城市地铁轨道工程的建设力度，并取得了显著成果。在目前我国不断增多的大型隧道工程施工中，盾构法成为应用最为广泛的施工方法之一，此种方法就是利用盾构机来进行隧道掘进和支护施工，表现出具有较高自动化、不受气候影响以及显著节省人力和成本等优点，同时也有助于在隧道施工中做好地面沉降控制，有效降低地下隧道施工对地面的影响，表现出施工效率高以及经济合理等特点。本文就盾构机切桩风险分析与施工技术展开探讨。
关键词：盾构机；直接切桩；风险
引言
工程概况：某地铁一期施工工程，掘进时之间使用2台盾构机，其最大直径6.15m，地铁隧道直径6.0m，隧道上层覆盖土层厚度11～170m，主体长度1650m。
1盾构机的工作原理
简单地说，盾构机就相当于一个圆柱体的钢组件，他的基本工作原理就是边向前推进边对土壤进行挖掘，在沿着隧道轴线向前推进的同时，也利用其圆柱体的壳体对未衬砌的隧道段起到支撑作用，在承受周围土层压力的同时，也阻挡来自地下水的压力，确保挖掘、排土以及衬砌等作业的顺利开展。具体地说，在其掘进环节中，主要是通过推进油缸来推动盾构机前进，同时利用液压马达的动力来驱动刀盘旋转进行土层的切削。在此过程中可以将持续切削下来的渣土通过螺栓输送机向皮带输送机上运输，然后运至渣土车的土箱中，最后通过竖井运至地面。在上述过程中，需要确保渣土经过刀槽进入泥土仓的阻力与泥土仓的土压、开挖面的土压和地下水下压等保持平衡，以此来避免出现地面部分的坍塌或隆起问题，确保开挖面的稳定。
2盾构机类型
目前，盾构机的分类依据为工作原理与开挖方式两项要素。例如，将开挖方式作为划分依据时，可以将盾构机分为网格式、敞开式以及机械式三种；而将工作原理作为划分依据时，可以将盾构机分为手掘式、全机械式、半机械式以及挤压式等类型。在多数地铁工程中，往往配置土压盾构机或气垫式泥水盾构机。其中，土压盾构机将开挖仓内土壤为掌子面的稳定介质，控制刀盘开展旋转切削作业，由输送机将仓内渣土向外运出，通过改变设备掘进速度以及实时出土量来调节仓内土压力。由于这类盾构机主要依靠仓内土压力来抵抗外部水土压力，因此也被称为土压平衡盾构机。气垫式泥水盾构机依靠压缩空气所形成的气垫对仓内泥浆进行加压处理，从而起到稳定掌子面的作用。在设备运行期间，将所切削渣土在仓内进行混合处理，随后，通过前闸门与泥浆管道，持续将泥浆输送至地面进行渣土处理，再对处理后的泥浆进行循环使用。
3盾构直接切桩通过桥梁桩风险探究
盾构区间通过桥梁范围地貌为剥蚀低丘陵、冰碛丘陵，场地地形起伏较大，北侧高、南侧低。根据岩土的时代成因和工程特征，本场地的地层分为5个主层。第一个地层为第四系全新统人工堆积层，主要是素填土和杂填土；第二个地层为第四系中更新统残积层，主要是红黏土；第三个地层为第四系中更新统冰碛层积层，主要是黏土和卵石；第四个地层为震旦系五行山群甘井子组白云质灰岩，主要是中风化白云质灰岩石；第五个地层为震旦系五行山群南关岭组石灰岩，主要是中风化石灰岩和溶洞。由此可见，隧道顶部地质比较软弱，盾构机直接切桩风险颇多，表现如下。（1）盾构掘进区域含有砂层。在经过桥梁时，其顶部砂层包含淤泥质粉细砂层、淤泥质土层和粉细砂层，这些砂层流动性好，并且极易受到扰动，从而造成砂层液化。盾构机在施工过程中，一旦扰动砂层，造成其液化，就会使砂层坍塌，以至于盾构机会涌满砂土，造成盾构机故障，掘进工作不能正常进行，影响工期；还可能引发地质问题，使地面沉降，危及地面上行人和建筑物的安全，造成人身财产损失。（2）盾构直接切削桩体可能导致刀具损坏。
在掘进过程中，盾构机刀盘会直接切割桩体，由于桩体本身强度比较大，而且其内部有钢筋，进一步使桩体硬度增大，从而当刀盘切割桩体时，如果在切割速度过快或切割方向有偏差等情况下，刀盘各处受力不平衡，就可能会使刀盘崩裂或扭断，影响工程进度。（3）切割桥梁桩体会造成盾构机变形。在施工过程中，盾构机会经过柔性土层、砂层，以及切割桩体，会产生在刀盘切割时受力不平衡，从而导致盾构机工作状态受到影响，一旦累积到一定程度，盾构机扭矩过大，会造成盾构机变形，甚至造成盾构机损坏，不能正常工作，影响工期。
4盾构机直接切桩通过桥梁施工技术探究
4.1改善刀盘性能
在盾构机开始掘进前，施工单位工程管理部门就应该充分考虑拔桩难度，做好一次性切除桥桩的准备，此举是为了提升刀盘的抗磨损能力，并对之进行升级加工。经常选用的方式有两种。第一种是旨在通过提高刀盘的耐磨性能、保护刀具、提高刀具使用次数，减少更换刀具频率，从而整体性改变刀具的方式。具体做法是将盾构机中软基中的刀盘侧面的堆焊高度更换为高度为6～8 mm 的耐磨性网格纹理；同时增加保径刀，将之安装在刀盘侧面，在原来刀盘耐磨条保护基础上，又增加一层保护措施，即使是在最易受磨损的掘进过程中，刀盘外径的抗磨损能力也能有所提升。第二种是焊接贝壳状的合金材料刀具，安装位置定在 37～39 mm 刀具的轨迹之处。在开挖直径由于滚刀的磨损而变得不能达标时，又或由于切桩不合适而导致的盾体障碍，此时为有效推进工程进程，需要将边缘位置磨损的刀具进行切割或削磨。
4.2做好对地面的监测和巡查工作
（1）监测频率。工作人员对地面进行监测时，需要在盾构机通过桥梁时进行。当监测过程中出现沉降报警时，需要沉降到至少40mm的位置，进一步提高监测频率，及时反馈相关数据，对下一步的施工方向做出安排。当盾构机通过后也要继续保持监测，在一切正常情况下，可以调低监测频率，大约在3次/d，监测数据连续保持3d后，即可停止对其监测。（2）安排地面值班和巡查。在盾构通过桥梁时，不仅是监测工具在作业，还需要掌握盾构机期间桥体和周边建筑物的具体状况，因此，需要施工管理人员在现场值班，也需要相关项目的部门进行每日不少于2次的巡查工作。
4.3盾构始发施工控制
在盾构始发环节，需要依次组织开展以下施工作业：（1）基座混凝土浇筑。使用混凝土现浇成型配套台车的行走基座，沿轨道纵向设置螺栓，使用压板以及弹性垫圈等材料将轨道与台车行走基座进行连接处理，并在基座中设置护面钢筋与砂浆锚杆，以此解决后配套台车下井洞内组装问题。（2）安装始托架。在底板部位浇筑适当强度等级的混凝土材料，定位与安装始发托架，在托架结构中设置高钢支撑件，并构建配套临时轨道，将临时轨道延伸至台车行走轨道中，将其与洞内轨道保持连接状态，这样便可以直接开展后配套台车下井作业，并通过始发托架精确定位盾构机的盾体位置。（3）盾构机组装。配置履带式吊机与龙门吊等设备，依次将盾构机与配套台车吊装至井下作业面，在洞内对盾构机开展组装与调试运行作业。（4）安装洞门密封装置。在洞门部位设置临时性密封装置，装置由固定板、翻板、加劲板与螺栓等组成，可以避免洞门间隙部位深入泥浆与地下水。
结语
综上所述，在地铁工程中，盾构机是一种重要的施工设备，为实现工程预期建设目标，保证后续施工活动的顺利开展，施工单位应结合工程情况做好盾构机选型工作，明确盾构机选型依据与选型方法。同时，做好盾构施工组织工作，重点控制关键参数复核、盾构掘进与盾构始发等施工环节质量，以此提升地铁盾构施工的整体经济效益。
参考文献
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[2]石良滨.地铁施工用盾构机选型及施工组织[J].科学之友,2019(20):98+100.
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