一种膨胀土地层盾构磨桩的施工方法与流程
本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种膨胀土地层盾构磨桩的施工方法。
背景技术：
随着城市基础建设设施的持续建设，地铁轨道交通呈现快速发展的趋势，但受到原先城市规划的制约，新的地铁隧道在施工过程中将不可避免地会部分穿越大型建(构)筑物桩基群、废桩群等。现有国内盾构施工中桩基处理普遍采用桩基托换加人工挖孔桩破除侵限桩基方法，这些方法存在着施工难度大、风险大、费用高、工期长等问题。
土压平衡式盾构机是一种在软土地层中进行隧道施工的设备，相对复合式盾构机来讲，具有设备成本低，刀盘结构简单，维护容易的优点。经对现有技术文献检索发现，中国专利文献号：201720128729.6，专利名称：软土地层盾构磨桩系统，该专利通过在推进系统中配置变速泵提高推进过程的稳定性，通过对刀盘配置的改进减小了磨桩过程中对上部构筑物的扰动。
但在土压平衡式盾构机施工过程中，当遇到钢筋混凝土既有构筑物桩基时，如何使用土压平衡式盾构机，来截断所遇到的既有构筑物的混凝土桩基，并对其加以监测和保护，以保证地面既有构筑物的稳定、安全和不间断使用，是施工中迫切需要解决的问题。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
技术实现要素：
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种膨胀土地层盾构磨桩的施工方法，包括步骤：
s1，刀盘结构改进设置；
s2，对桩体实施防沉降操作；
s3，布置桩体沉降监测点；
s4，磨桩前掘进过程控制；
s5，磨桩过程控制。
较佳的，在步骤s1中，所述刀盘上径向设置有多个刀具组，所述刀具组包括若干贝壳刀和刮刀，所述贝壳刀固定设置在高强度合金块之间并通过焊块固定设置形成刀具单体，多个所述刀具单体径向直线设置，所述刮刀对称设置在线性排列的所述刀具单体两侧。
较佳的，在同一直线的各所述刀具单体上，所述贝壳刀一一对应设置在同一直线上，各所述贝壳刀固定设置在同一水平面的所述刀盘上，且位于同一直线上的所述贝壳刀底部设置高度不同。
较佳的，在步骤s2中，在桩体周围紧贴桩体的锥体区域内注浆，形成与桩体一体的混凝土结构。
较佳的，在步骤s3中，设置桩体沉降监测点、位移监测点，监测在磨桩中和磨桩后桩体的沉降情况。
较佳的，在步骤s4中，掘进过程中，控制出土量小于理论值，土仓压力控制在0.12mpa～0.14mpa，根据桩体沉降监测点、位移监测点的信息反馈进行调整。
较佳的，在掘进过程中对周边土体注浆，进行土体改良。
较佳的，在步骤s5中，盾构机距离桩体50mm时，根据改进后的所述刀盘结构，降低盾体推速与刀盘转速，同时相应降低螺旋机出土速度。
较佳的，接触桩体时再次降低推速与刀盘转速，同时相应降低螺旋机出土速度；盾构过桩，土压力不得小于外界水土压力，在穿越桩体过程中土压力设定高于计算土压力，并严控出土量。
较佳的，盾构机在磨桩时，遇到的桩主要为偏磨，所述盾构机的姿态保持前后的偏差变化值控制在±10mm以内。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过对桩体的监测能够发现盾构磨桩时对上部桩体的影响并及时调整，对速度的控制使得盾构机掘进速度与刀盘转速更加平稳，降低由于土压不平衡造成的危害，掘进过程中对相关参数的设置减小磨桩过程中对上部桩体的影响，从而降低对地面构筑物的影响，穿越桩体后，对隧道及对上部桩体的保护。
附图说明
图1为刀盘结构的端面视图；
图2为刀具单体的排列视图；
图3为刀具单体的局部结构视图；
图4为同一直线上贝壳刀的排列视图；
图5为贝壳刀组的结构视图；
图6为锥体区域内注浆示意图。
图中数字表示：
1-刀盘；2-刀具组；3-刀具单体；4-中心鱼尾刀；5-外周保护刀；6-复合耐磨钢板；21-贝壳刀；22-刮刀；23-高强度合金块；24-焊块；25-垫块。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
本发明所述膨胀土地层盾构磨桩的施工方法，包括步骤：
s1，刀盘结构改进设置；
s2，对桩体实施防沉降操作；
s3，布置桩体沉降监测点；
s4，磨桩前掘进过程控制；
s5，磨桩过程控制。
在步骤s1中，施工前，改进刀盘，具体的，所述刀盘上径向设置有多个刀具组，所述刀具组包括若干贝壳刀和刮刀，所述贝壳刀固定设置在高强度合金块之间并通过焊块固定设置形成刀具单体，多个所述刀具单体径向直线设置，所述刮刀对称设置在线性排列的所述刀具单体两侧。
一般的，在同一直线的各所述刀具单体上，所述贝壳刀一一对应设置在同一直线上，各所述贝壳刀固定设置在同一水平面的所述刀盘上，且位于同一直线上的所述贝壳刀底部设置高度不同。
在步骤s2中，在桩体周围紧贴桩体的锥体区域内注浆，形成与桩体一体的混凝土结构，目的是在盾构磨桩时和磨桩后防止桩体沉降，对盾构机和隧道管片造成危害。同时也能有效防止在切割桩体时由于盾构机的推力，造成桩体倾斜。
在步骤s3中，设置桩体沉降监测点、位移监测点，监测在磨桩中和磨桩后桩体的沉降情况，以便及时做出相应处理。
在步骤s4中，掘进过程中，控制出土量略小于理论值，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减少土体的后期沉降量。土仓压力控制在0.12mpa～0.14mpa，根据桩体沉降监测点、位移监测点的信息反馈进行调整。
同时在掘进过程中对周边土体加注发泡剂，膨润土浆等润滑剂，进行土体改良，减少刀盘所受扭矩，降低对土体的扰动。
在步骤s5中，盾构机距离桩体50mm时，根据改进后的刀盘，降低盾体推速与刀盘转速，同时相应降低螺旋机出土速度。
接触桩体时再次降低推速与刀盘转速，同时相应降低螺旋机出土速度。盾构过桩，土压力不得小于外界水土压力，在穿越桩体过程中土压力设定微高于计算土压力，并严控出土量。
在磨桩施工过程中由于断面内软硬不均，推力和扭矩变化较大，盾构主机有着向地层较软一侧偏移的惯性。即盾构机在磨桩时，遇到的桩主要为偏磨，此时盾构机的姿态必须保持前后的偏差变化值控制在±10mm以内，防止由于盾构机一边受力，姿态发生旋转，尾部姿态变化过大，造成地表的沉降。
本发明对顶管施工区域内的生态环境不产生影响，对土地和地面上构筑物进行保护，大大的提高了施工的安全性和结构的稳定性。
通过对桩体的监测能够发现盾构磨桩时对上部桩体的影响并及时调整，对速度的控制使得盾构机掘进速度与刀盘转速更加平稳，降低由于土压不平衡造成的危害，掘进过程中对相关参数的设置减小磨桩过程中对上部桩体的影响，从而降低对地面构筑物的影响，穿越桩体后，对隧道及对上部桩体的保护。这一整套关于膨胀土地层的磨桩技术施工方法弥补了目前关于这种地质条件盾构磨桩施工方法的不足，并有利于避免盾构磨桩过程中产生的危害。
实施例二
本实施例是针对某地铁施工区间，本区间采用盾构法下穿火车站无柱雨棚桩基，无柱雨棚桩直径为
针对该施工项目，采用本发明提出的一种膨胀土地层盾构磨桩的施工方法，具体施工步骤如下：
s1，刀盘结构改进设置；
如图1所示，图1为刀盘结构的端面视图；所述刀盘1上径向设置有多个刀具组2，所述刀具组2包括若干贝壳刀21和刮刀22，所述贝壳刀21固定设置在高强度合金块23之间并通过焊块24固定设置形成刀具单体3，多个所述刀具单体3径向直线设置，所述刮刀22对称设置在线性排列的所述刀具单体3两侧。
如图2、图3所示，图2为刀具单体的排列视图；图3为刀具单体的局部结构视图；一般的，在同一直线的各所述刀具单体3上，所述贝壳刀21一一对应设置在同一直线上，各所述贝壳刀21固定设置在同一水平面的所述刀盘1上，且位于同一直线上的所述贝壳刀21底部设置高度不同。
如图4、图5所示，图4为同一直线上贝壳刀的排列视图；图5为贝壳刀组的结构视图；较佳的，位于同一直线上的所述贝壳刀21包括至少两组贝壳刀组，所述贝壳刀组包括相邻设置的5个所述贝壳刀21，所述贝壳刀组中两端的所述贝壳刀21直接固定在所述刀盘1上，两端的所述贝壳刀21之间的所述贝壳刀21底部设置有垫块25，所述贝壳刀组中处于中心的所述贝壳刀21底部垫块25设置高度为60mm(约3倍钢筋直径)，另2个所述贝壳刀21底部垫块25设置高度为30mm。即所述贝壳刀组中处于中心的所述贝壳刀21底部高于相邻两所述贝壳刀21底部30mm，所述贝壳刀组中两端的所述贝壳刀21底部高度相同，且两端的所述贝壳刀21底部低于相邻两所述贝壳刀21底部30mm。
相邻两所述刀具单体3之间的距离为200mm，同一所述刀具单体3上两所述贝壳刀21之间距离为30mm，所述贝壳刀21的刀刃长设置为5mm，所述刮刀22长度为200mm，且所述刮刀22和所述刀具单体3错位设置。
较佳的，所述刀盘1中心设置有中心鱼尾刀4，在所述刀盘1中心位置无法布置所述贝壳刀21，从而采用广泛用于盾构机刀盘的鱼尾刀，增大鱼尾刀刀具材质强度，能起到切割混凝土的作用。
所述刀盘1边缘环形设置有若干外周保护刀5，尺寸与材质和所述刀具组2最外侧贝壳刀21相同，在盾构机顶进过程中所述外周保护刀5起到保护刀盘面板边缘不被钢筋混凝土桩挤压破坏的作用，即在顶进过程中所述外周保护刀5能在所述刀盘1最外侧(所述刀具组2最外侧刀具不能切割的位置)起到切割钢筋混凝土，保护所述刀盘1与盾构机不在顶进过程中受到损伤。
所述刀具组2两侧设置有复合耐磨钢板6，起到保护刀盘面板的作用，保护刀盘面板不被混凝土桩磨损。
一般磨桩盾构机的刀盘切割钢筋混凝土时会造成混凝土块较大，钢筋段较长，输送机在输送过程中出现卡住的现象。本发明的所述刀盘结构通过每套贝壳刀中不同高度的布置可使刀盘对钢筋混凝土桩进行分段切割，产生较小的碎块，切割钢筋时可使先接触钢筋的贝壳刀在将此刀口部位的切割面率先切断钢筋，然后依次接触钢筋的贝壳刀切断钢筋，这样切断的钢筋段较短且可控。避免了贝壳刀在同一高度时所有贝壳刀均未切断钢筋的情况下造成刀体对钢筋的拖拽，从而使钢筋在未断的状态下被剥离混凝土，使产生的钢筋段较长，导致输送机卡住。
s2，对桩体实施防沉降操作；
在废桩桩体周围紧贴桩体竖向4米，水平半径3米的锥体区域内注浆(如图6(a))，形成与钢筋混凝土一体的结构，目的是在盾构磨桩时和磨桩后防止桩体沉降，对盾构机和隧道管片造成危害。同时也能有效防止在切割桩体时由于盾构机的推力，造成桩体倾斜。
无柱雨棚桩基的防沉降措施，对距左右掘进轴线10米的区域内的无柱雨棚桩基，在桩体周围紧贴桩体竖向3米，水平4米的锥形区域内注浆(如图6(b))，形成与钢筋混凝土桩一体的结构，目的是防止掘进过程中发生沉降对无柱雨棚桩基造成破坏。
s3，布置桩体监测点；
设置桩体沉降监测点、位移监测点，利用精密水准仪监测桩体沉降，监测频率为磨桩时1h/次，磨桩后1天/次。采集监测数据后及时进行处理，根据监测点管理基准和变形变化速率mm/d控制要求综合判断结构和建筑物的安全状况，及时回馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。
s4，磨桩前掘进过程控制；
在盾构掘进过程中，加注发泡剂，膨润土浆等润滑剂，进行土体改良，减少刀盘所受扭矩，降低对土体的扰动。要及时进行管片背后注浆，必要时可采取多次压浆。注浆充填率要求＞200％。控制出土量略小于理论值，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减少土体的后期沉降量。
掘进速度不大于15mm/min，土仓压力控制在0.12～0.14mpa，根据监测信息反馈进行调整。开挖土层损失要控制在5‰以内，出土量不得超过理论出土量(每环理论出土量＝π/4×d2×l＝π/4×6.422×1.2＝38.84m3/环)，即不得超过39.03m3。施工过程中可适当欠挖，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起，抵消一部分土体的后期沉降量。
具体控制方法：每环盾构管片拼装完成后，在盾构的推进油缸上做好标记，推进时时时观察推进油缸的伸出量，当盾构油缸伸出量(即油缸伸出的长度与管片拼装完成后油缸伸出的长度的差)达到1.2m时，关闭螺旋输送机闸门，盾构继续向前推进2～3cm，停止推进进行管片拼装工作。
s5，磨桩过程控制；
盾构机距离桩体50cm时，根据既有刀盘布置，降低盾体推速与刀盘转速，同时相应严格控制出土量。
当盾构机掘进至桩前50cm时，逐渐减慢掘进速度至不大于10mm/min，并边推进边密切注意盾构推力、扭矩和掘进速度的变化情况。当出现盾构推力变化不大而掘进速度突然减低(即盾构刀盘开始碰桩)的情况时，迅速调节盾构推力，使盾构掘进速度降低至不大于3mm/min，刀盘转速尽量放慢，以0.5rpm～0.8rpm为宜，以便将桩尽可能磨碎以免堵塞环流系统排泥口或折断桩基。
根据刀盘转速和推进速度，总推力和扭矩依照盾构机自动控制，但是最大推力不得大于2500t，若推力过大，降低推进速度。
采用直径为φ900的螺旋输送机，最大出料尺寸为520×340mm，出土口闸门由液压油缸控制，具备在停电时自动关闭的紧急功能。驱动装置由球面轴承支撑能够在螺旋输送机磨损时保护驱动密封系统，保证其正常运转。
通过控制螺旋输送机出土速度和出土口的开口度，欠压出土，在出土口形成土塞，起到良好的密封、保压以及防喷的作用。停止推进时关闭闸门，紧急情况下，应立即关闭螺旋输送机出土口闸门。应时时观察螺旋输送机出土口土体状态，当发现出土过稀，应加大膨润土注入量或立即关闭闸门，停止盾构推进，采取出土样品，进行分析，准备下一步施工措施。出土量偏差不得超过5％，防止盾构机发生偏转而导致地表沉降过大。
在盾构穿越废桩过程中，若发现螺旋机被搅碎的钢筋卡住，主要采取以下三种方式进行处理：
a、正反转螺旋机，使其松动返回土仓继续搅拌与泥土混合5分钟后恢复出土；
b、利用螺旋机驱动伸缩系统，前后缓慢伸缩，减少螺旋机转动扭矩；
c、若螺旋机被卡死，先将螺旋机闸门关闭，由专业人员打开螺旋机上应急观察孔，进行查看，再采取针对性措施进行处理。
同步注浆与二次注浆
根据前期盾构推进经验，过桩时每推进一环同步注浆量为7.1m3。注浆压力控制在4.5bar为宜。压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定，一般情况下采用4点注浆的方式保证注浆压力及均匀性。为防止浆液在注浆系统内的硬化，在每次注浆循环的结束，注入自来水用以清洗注浆管，这样能够阻止注浆管发生堵塞。
由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一定间隙，且浆液的收缩变形也存在地面变形的隐患，因此视实际情况，对车架与盾尾间管片进行二次注浆。浆液通过管片的注浆孔注入地层，并在施工时采取推进和注浆联动的方式，注浆未达到要求，盾构暂停推进，以防止土体继续变形。根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，壁后二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小。
二次注浆配比可分为单液浆和双液浆，单液浆配比：水泥：水＝1∶0.8，双液浆配比：水泥：水玻璃：水＝1∶0.06∶0.8。为保证二次注浆的可重复性，在第一次应采用单液浆配比，在后续的二次注浆中可根据地面监测和沉降控制需要多次补浆，在应急情况发生时为快速达到沉降控制效果应采用双液浆。
在磨桩施工过程中由于断面内软硬不均，推力和扭矩变化较大，盾构主机有着向地层较软一侧偏移的惯性。即盾构机在磨桩时，遇到的桩主要为偏磨，此时盾构机的姿态必须保持前后的偏差变化值控制在±10mm以内，防止由于盾构机一边受力，姿态发生旋转，尾部姿态变化过大，造成地表的沉降。
保证隧道施工轴线在隧道设计轴线，通过调加大盾构下部推进力，维持盾构的平稳前行。盾尾与未脱离盾尾的管片环之间的空隙沿周边均匀，有利于掘进方向的控制，也有利于掘进方向的调整。通过多级测量复核消除误差根据上述偏差控制方法进行施工，以消除导向系统的误差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
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