李鸿LI Hong

（中铁建南方建设投资有限公司，深圳 518000）

1 概述

盾构法施工技术广泛运用于城市轨道交通隧道修建。地下管线、建筑物桩基等错综复杂，地铁隧道在修建过程中，不可避免的需要穿越建筑物的桩基，所以对盾构磨桩施工技术的研究尤为重要。齐峰[1]等提出对桥梁桩基进行预处理，降低桥梁桩基的刚度和强度，采用撕裂刀并控制好盾构掘进参数进行磨桩处理；李玮[2]提出采用低速泵代替原推进泵在盾构机磨桩中控制推进速度，来降低操作手电动控制偏差；王晓庆[3]阐述了盾构慢推速，中转速，注惰浆，控姿态和土压的磨桩施工工艺。南京地铁5 号线下穿夫子庙过街通道，通过线路调整，地面袖阀管注浆加固，采用软土刀盘和无轴螺旋，顺利穿越过街通道围护方桩[4]。这些技术研究对盾构磨桩有一定的参考意义，但由于地质水文和建筑物桩基结构的差异，相应的技术研究也不尽相同。本文依托深圳地铁16 号线田头站～田心站左线区间隧道施工，对砂土互层盾构小半径磨削田头河改迁围护桩关键施工技术进行综合阐述，通过采取围护桩前方旋喷加固，优化刀具配置，优化螺旋机叶片，磨桩前主动查刀，中盾注厚浆，严控掘进参数等辅助措施，盾构顺利小半径磨桩穿越田头河，为类似盾构磨桩工程施工提供参考。

2 工程概况及特点

2.1 区间设计概况

深圳地铁16 号线田头站～田心站区间盾构出田头站沿在建兰田路向东，以R450m 的曲线半径转向东南方向，期间侧穿民房，下穿丰润昌公司、侧穿蒲氏宗祠，随后以R370m 的曲线半径下穿高压燃气管及田头河围护桩，然后向东南至金田路进入田心站。

区间左线全长1327.179m，最大纵坡为22‰，最小曲线半径为370m，管片外径6.2m，内径5.5m，环宽1.5m。

2.2 区间下穿田头河围护桩概况

区间下穿田头河改迁围护桩，左线需磨桩8 根，桩基侵入隧道区间，侵入贯穿隧底以下2m，左线磨桩里程K38+377.127～K38+386.3265，需掘进9.1995m，磨桩角度55°。区间左线磨桩平面图见图1。

图1 区间左线磨桩平面图

围护桩桩体直径为1m，通长纵筋18 根φ25@150 钢筋，螺旋箍筋φ10@200，加劲箍筋φ18@2000。围护桩桩体配筋图见图2。

图2 围护桩桩体配筋图

磨桩段地质情况自上而下依次为1-1 粉质黏土素填土、5-2-3 粉质黏土、5-3-2 中粗砂、8-3-3 粉质黏土，洞身所处地层为5-2-3 粉质黏土、5-3-2 中粗砂、8-3-3 粉质黏土层。穿越段地质情况见图3。

图3 穿越段地质情况

3 盾构磨桩下穿田头河施工技术措施

3.1 施工风险分析

盾构磨削田头河改迁围护桩的安全风险是盾构在土砂互层磨桩掘进施工时，磨桩掘进速度缓慢，振动大，多次扰动砂层，易超方造成地表沉降。

盾构磨桩过程中磨断的钢筋将进入螺旋机，易卡住螺旋机，使其无法正常转动，存在砂土互层中拆螺旋机检修盖板取钢筋风险。

盾构磨桩过程中对刀具磕碰撞击较大，导致刀具损坏，存在被动带压开仓换刀风险。

3.2 旋喷加固

在盾构机磨桩前，对围护桩中间进行了地面旋喷加固，一方面可以对粉砂互层地质进行加固，另一方面可以避免在盾构机长时间磨桩的情况下，减少地层扰动，控制沉降。

旋喷深度14m，深度为隧顶位置至地面以下3m，旋喷桩旋喷桩采用P.O.42.5 普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为1.0～1.5；旋喷桩的水泥浆压力为25～35MPa；旋喷桩的转速为15-20r/min，提升速度为15-20cm/min；旋喷桩为Φ600@450 桩体。

3.3 刀具优化

区间整体地质属于典型的华南复合地层，前段以强风化页岩为主，中段以微风化灰岩为主，后段以软土为主，考虑到复合地层条件和高强度的钢筋混凝土桩基，优先选用滚刀掘进[5]综合考虑刀盘采用六辐条复合式设计，开口率35%，材料采用Q345C 高强度钢板，磨桩的刀具配置综合考虑刀具对桩基的适应性、刀具布置高度差、刀间距、刀座安装方式等多种因素[6]。

①滚刀：滚刀采用圆弧顶光面滚刀，刃宽22mm，刀盘中心布置6 把18 寸双刃滚刀，正面布置23 把18 寸单刃滚刀，边缘弧形区域布置12 把18 寸单刃滚刀，最外轨迹2 把滚刀。

②刮刀及边刮刀：刀盘正面配置43 把刮刀、12 对边刮刀，刀高140mm，切刀轨迹全断面覆盖，与滚刀刀高差47mm，减少刮刀、边刮刀的二次磨损，增强其抗冲击能力。

③为避免盾构在R370m 小半径磨桩期间卡盾及保护大圆环，特在刀盘最外轨迹滚刀同轨迹线增加2 把保径撕裂刀。

3.4 磨桩前主动查刀

为避免盾构磨桩期间进行被动开仓换刀，盾构机在出全断面灰岩段前10m 附近适当位置进行开仓检查刀具，将损坏刀具进行更换，以良好的刀具状态进行磨桩施工。

3.5 螺旋机叶片优化

盾构磨桩产生的钢筋条很有可能卡住螺旋输送机，使螺旋输送机无法正常运转排除渣土，在盾构装机前将螺旋机叶片合金全部更换，并将筒体内的叶片跟筒体之间的间隙通过焊接耐磨板恢复出厂间隙。螺旋机叶片耐磨板见图4。

图4 螺旋机叶片耐磨板

3.6 掘进参数及姿态控制

以“控扭矩，中转速，保土压，控姿势”的盾构参数进行施工控制[7]。

3.6.1 掘进参数

①掘进速度。

在盾构刀盘距离桩基10m 左右时，控制掘进速度在10～20mm/min，当盾构距离桩基2m 左右时，推进速度控制在5～10mm/min，在磨桩基的过程中，宜以最小的推速和切深磨削钢筋[8]，掘进速度控制在3～8mm/min。

②刀盘转速。

磨桩段刀盘转速为0.9r/min，减缓刀具磕碰导致的损坏。刀盘保持一个方向旋转，避免频繁调整刀盘转向，导致刀盘上钢筋缠绕，将刀盘卡死的现象。

③掘进土压。

掘进土压比理论值提高0.2bar。

④出渣量。

每环理论出渣量为49.44m3，考虑土质松散系数，出渣量应控制在69m3以内。

3.6.2 姿态控制

磨桩掘进过程中盾构机受力不均，易引起盾构机的实际姿态偏离设计方向，纠偏充分利用主动铰接的优势，进入曲线前提前将盾构姿态调到曲线内侧10mm 左右，始终沿着曲线内弧掘进，缓纠偏。

因盾构磨桩转弯处于370m 小半径，盾构磨桩完成后进行测量换站，并对盾体特征点和后视点进行一次复核，从而保证数据的精确性。

3.6.3 铰接控制

磨桩过程中，极易出现超挖现象，由于盾构机切桩角度为55°，一半刀盘在土层中，另一半正在进行磨桩作业，在磨桩过程中，采用了保压掘进的方式。在接近磨桩前，将铰接向外伸出10cm，一旦出现磨桩过程中刀盘卡死后，可收回铰接，刀盘脱困。

3.7 中盾注厚浆

由于刀盘开挖直径大于盾体直径，盾体和开挖面之间存在空隙，最大沉降位置位于隧道中线上方[9]，采用厚浆注入到空隙中并填充饱满，实现掘进过程中盾体周围与开挖面的平衡，降低磨桩期间砂土互层的盾体上方的沉降，且同步注浆浆液不会向盾体上方窜流，有效防止盾体被同步浆液包裹。

3.8 穿越后的措施

刀盘完全通过田头河改迁围护桩后，对仓内进行厚浆填充，对仓内渣土进行置换，保证仓内钢筋能顺利转出。

加强地面巡视[10]，安排专人24 小时对河道区域进行排查巡视，实时反映巡视情况，并使用雷达探测仪，对已通过区域进行二次扫描，验证地层内是否存在空洞及不密实现象。

穿越后的二次补浆以少量多次为原则，在监测点刚脱出盾尾时，沉降速率可能会突变，因此需保证尾盾后方的管片开孔注浆，多点位，多方向。

3.9 施工效果

盾构磨桩施工过程中，刀盘刀具对桩基钢筋的磨削，时刻盯控刀盘扭矩及螺旋扭矩，偶尔会产生扭矩瞬时波动较大情况，此时停止推进，待刀盘和螺旋旋转扭矩恢复正常后再进行推进施工。

①实际掘进施工参数。

刀盘转速0.9r/min，刀盘扭矩1225-3100kN·m，总推力1200t，掘进速度3-8mm/min，土仓压力1.5bar。

②桩基钢筋磨削情况。

围护桩体钢筋绝大多数被刀具磨断，也存在少量钢筋被扯断现象，螺旋机排出来的钢筋长短不一。

③刀具情况。

刀盘扭矩偶尔出现波动较大情况，磨桩期间未进行换刀作业。

④磨桩工期。

盾构机磨桩掘进9.1995m，累计使用2d 时间。

4 结语

深圳地铁16 号线田头站～田心站区间盾构在砂土互层顺利磨削田头河改迁围护桩。

①增设的保径撕裂刀有效避免了小半径最外边滚刀偏磨后导致卡盾的现象；

②通过焊接耐磨板将螺旋机叶片和筒体之间的间隙恢复出厂间隙，有效防止钢筋卡在螺旋机叶片和筒体之间；

③砂土互层磨桩期间中盾注厚浆结合先期的地面旋喷加固，有效防止了地面的沉降；

④控制刀盘贯入度及掘进速度极为关键，大推力极易造成钢筋被扯断无法切削成短节，同时刀盘始终保持一个方向旋转，可有效避免钢筋相互缠绕。