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1、2023/1/3Page 1港鐵公司1/3/2023Page 1港鐵公司盾构机盾构机连续破破桥桩工程工程案例案例2012年年12月月2023/1/3Page 22023/1/3Page 2苏州地州地铁2号号线-TS-06标三医院至石路站盾构区三医院至石路站盾构区间施工，盾施工，盾构机需穿越广构机需穿越广济桥，共有，共有14根根钻孔灌注孔灌注桩侵入区侵入区间隧道，其中隧道，其中左左线5排排7根（根（2排有排有2根并列），右根并列），右线7排排7根，根，桩长度在度在34.538.5m，其中位于，其中位于1#桥墩上的墩上的2根根桩基，直径基，直径1200mm，主筋，主筋22mm。见图1、图2。202
2、3/1/3Page 32023/1/3Page 32023/1/3Page 42023/1/3Page 42023/1/3Page 5桥梁的基本情况介绍桥梁的基本情况介绍广广济桥建成于建成于2003年，年，桥长43米，米，桥宽32米，米，为3孔孔（16+11+16m）预应力混凝土力混凝土简支板梁支板梁桥。临近繁近繁华的石的石路商路商业区，周区，周围建构筑物密集，交通流量大。若建构筑物密集，交通流量大。若实施拆施拆桥桩再建新再建新桥的方案，将的方案，将对公共交通引起公共交通引起较大干大干扰，社会，社会和和经济成本成本较高。高。因此将盾构机因此将盾构机改造加改造加强后直接切削穿后直接切削穿越广越广
3、济桥的的14根最大直径根最大直径1200mm的的钻孔灌注孔灌注桩。2023/1/3Page 6盾构机概况及参数盾构机概况及参数2023/1/3Page 7盾构机概况及参数盾构机概况及参数2023/1/3Page 8改造前盾构机主要参数见下述:刀刀盘扭矩扭矩刀刀盘采用采用变频驱动，配置，配置总功率功率为440kW。额定扭矩定扭矩5147kNm，=20.2，脱困扭矩脱困扭矩6176 kNm，=24.2。推推进油缸油缸配置配置22个油缸，个油缸，总推力推力为37730kN，能，能满足最不利工况的掘足最不利工况的掘进。铰接油缸接油缸铰接装置采用主接装置采用主动铰接形式，接形式，16个油缸分成个油缸分成
4、4区，可以上下、左右弯曲。区，可以上下、左右弯曲。螺旋机螺旋机功率功率为150kW。最大扭矩。最大扭矩46.7kNm，转速速22rpm。刀具刀具刀具采用主切削刀刀具采用主切削刀+焊接型先行刀接型先行刀2段高度配置。刀具形式适用于段高度配置。刀具形式适用于软土的土的结构。构。2023/1/3Page 9盾构机改造方案刀刀盘上刀具的改造上刀具的改造刀具的刀具的结构构盾构机改造的关盾构机改造的关键点在于追加的刀具，追加的刀具必点在于追加的刀具，追加的刀具必须具有具有“切削性切削性”和和“超硬刀超硬刀头耐崩耐崩损性性”2种特性。种特性。“切削性切削性”就是具就是具有破碎、切割有破碎、切割桥桩及及钢筋的
5、功能；筋的功能；“超硬刀超硬刀头耐崩耐崩损性性”就是就是具有具有连续破碎、切割最少破碎、切割最少7根以上的根以上的桥桩后，刀具耐磨性和超后，刀具耐磨性和超硬刀硬刀头不易崩不易崩损。根据上述根据上述2种特性的要求，种特性的要求，刀具配置刀具配置焊接型接型贝壳先行刀和壳先行刀和焊接型切削先行刀，中心刀采用切断效能高的接型切削先行刀，中心刀采用切断效能高的锯齿形形结构。构。2023/1/3Page 10盾构机改造方案刀刀盘上刀具的改造上刀具的改造刀具的刀具的结构构2023/1/3Page 11盾构机改造方案刀刀盘上刀具的改造上刀具的改造刀具的刀具的结构构2023/1/3Page 12盾构机改造方案刀
6、刀盘上刀具的改造上刀具的改造刀具的布置刀具的布置刀刀盘上追加上追加焊接接52把把焊接型接型贝壳先行刀和壳先行刀和40把把焊接型切削先行接型切削先行刀。刀。追加刀具的追加刀具的轨迹布置：迹布置：1#焊接型接型贝壳先行刀高度壳先行刀高度为160mm，刀，刀盘中心部位每个中心部位每个轨迹上布置迹上布置1把刀，中把刀，中间部位每个部位每个轨迹上布置迹上布置2把刀，外周部位每把刀，外周部位每个个轨迹上布置迹上布置3把刀。把刀。2#焊接型切削先行刀高度接型切削先行刀高度为120mm，刀，刀盘中心、中中心、中间部位每部位每个个轨迹上布置迹上布置1把刀，外周部位每个把刀，外周部位每个轨迹上布置迹上布置3把刀。
7、把刀。2种追加的种追加的焊接型先行刀高度与原先刀接型先行刀高度与原先刀盘上主切削刀上主切削刀80mm的高度形成了的高度形成了3段高度差，可以确保刀具的掘段高度差，可以确保刀具的掘进寿命。寿命。2023/1/3Page 13盾构机改造方案刀刀盘上刀具的改造上刀具的改造刀具的布置刀具的布置2023/1/3Page 14盾构机改造方案刀刀盘上刀具的改造上刀具的改造刀具的布置刀具的布置2023/1/3Page 15盾构机改造方案螺旋机改造螺旋机改造为了防止了防止桥桩中切断后的中切断后的钢筋卡在螺旋机中，将原来的有筋卡在螺旋机中，将原来的有轴式螺式螺旋机更旋机更换为具有伸具有伸缩功能的无功能的无轴带式螺
8、旋机，并且增加一台液式螺旋机，并且增加一台液压马达，将达，将驱动扭矩提高扭矩提高33%。2023/1/3Page 16盾构机改造方案盾尾外置式同步注盾尾外置式同步注浆浆管改造管改造盾构机在穿越盾构机在穿越桥桩时，盾尾同步注，盾尾同步注浆管（管（“乌龟壳壳”）会与）会与桥桩相相遇，遇，为了防止盾构机卡滞，了防止盾构机卡滞，见原先高度原先高度为120mm的的“乌龟壳壳”更更换为高度高度为68mm的的“乌龟壳壳”。并且在。并且在“乌龟壳壳”前端追加了若前端追加了若干把干把焊接型先行刀。接型先行刀。2023/1/3Page 17盾构机改造方案仿形刀改造仿形刀改造为了能在了能在桥桩与同步注与同步注浆“乌
9、龟壳壳”相碰相碰时，可以启，可以启动仿形刀切仿形刀切削削桥桩，将原先切削，将原先切削软土的刀具更土的刀具更换为能切削、破断能切削、破断桥桩的的贝壳型刀具，并且加壳型刀具，并且加强仿行刀仿行刀强度。度。2023/1/3Page 18桥桩切割、破断试验及刀盘刀具布置的进一步改进桥桩桥桩切割、破断切割、破断试验试验为了能了能验证盾构机改造后盾构机改造后对桥桩切割、破断的能力，施工方在切割、破断的能力，施工方在盾构机始盾构机始发洞洞门前前浇筑了筑了2根直径根直径为1200mm，主筋，主筋22mm的的桩基。基。2023/1/3Page 19桥桩切割、破断试验及刀盘刀具布置的进一步改进试验结果果（1）刀）
10、刀盘刀具刀具对桥桩及主筋的切割、破断能力非常好。及主筋的切割、破断能力非常好。（2）刀）刀盘扭矩扭矩较小，不超小，不超过30%，推，推进力也比力也比较小。小。（3）切割后的主筋）切割后的主筋长度比度比较长。最。最长的的约3m以上。以上。2023/1/3Page 20桥桩切割、破断试验及刀盘刀具布置的进一步改进刀刀盘刀具布置的刀具布置的进一步改一步改进从从桥基切割、破断基切割、破断试验来来说，改造后的盾构机完全能，改造后的盾构机完全能满足足桥桩的破碎及切割要求。但破断后的部分的破碎及切割要求。但破断后的部分钢筋筋过长，为了防止了防止较长钢筋卡住螺旋机，需要筋卡住螺旋机，需要进一步考一步考虑刀具的
11、布置，避免切割后的刀具的布置，避免切割后的钢筋筋长度度过大。大。2023/1/3Page 21桥桩切割、破断试验及刀盘刀具布置的进一步改进刀刀盘刀具布置的刀具布置的进一步改一步改进2023/1/3Page 22桥桩切割、破断试验及刀盘刀具布置的进一步改进刀刀盘刀具布置的刀具布置的进一步改一步改进3处3把刀具的高度：每把刀具的高度：每处中中间1把高度增加把高度增加65mm，2侧的刀具高度增加的刀具高度增加30mm。由于由于3个位置的刀具高于其他刀具，因此先于其他刀具破碎、切割个位置的刀具高于其他刀具，因此先于其他刀具破碎、切割钢筋，筋，而其他同一平面部分的而其他同一平面部分的钢筋筋还包裹在混凝土
12、中，未被破碎、切割，根据包裹在混凝土中，未被破碎、切割，根据试验桩钢筋破碎、切割的工况，高度增加筋破碎、切割的工况，高度增加处的的钢筋被切割断后，盾构机掘筋被切割断后，盾构机掘进95mm之后，其他刀具才开始破碎、切割同一平面的之后，其他刀具才开始破碎、切割同一平面的桥桩，这样破碎、切割后破碎、切割后的的钢筋可以控制在一定的范筋可以控制在一定的范围内。内。刀具布置刀具布置进一步改一步改进前内前内侧2处，每，每处3把刀具的把刀具的轨迹上各配置迹上各配置1把刀，把刀，现在中在中间（高度增加（高度增加65mm）的）的1把刀具的把刀具的轨迹上增加迹上增加1把，即把，即1个个轨迹上有迹上有2把把刀。刀。从
13、刀从刀盘正面看，正面看，m的追加在的追加在9点左右的位置、的追加在点左右的位置、的追加在4点点20分左右分左右的位置。的位置。2023/1/3Page 23施工效果2023/1/3Page 24结论 从上表参数可从上表参数可见，盾构机各，盾构机各项参数都很正常，参数都很正常，钢筋筋长度度在在设定的控制范定的控制范围，螺旋机没有，螺旋机没有发生卡住生卡住现象，且扭矩相当象，且扭矩相当小。小。改造后的盾构机完全能改造后的盾构机完全能满足施工要求，在施工足施工要求，在施工过程中不程中不再需要采取其他另外的措施及方法。再需要采取其他另外的措施及方法。桥梁基本没有梁基本没有发生沉降，通生沉降，通过观测只有只有1mm2mm的沉的沉降。降。2023/1/3Page 25谢谢谢谢