一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及特殊盾構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法。具體試驗(yàn)步驟是：固定試驗(yàn)樁；盾構(gòu)機(jī)吊裝、就位、調(diào)試，安裝反力架和拼裝負(fù)環(huán)；量測(cè)記錄刀盤的初始位置和各刀具的初始高度；開展掘削試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后統(tǒng)計(jì)七個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)；評(píng)判各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)是否滿足盾構(gòu)刀盤刀具直接切削大直徑樁基的要求；綜合評(píng)判所用盾構(gòu)刀盤刀具的切削大直徑樁基能力。本發(fā)明可以為確定切削大直徑樁基是否可行和刀盤刀具是否合理提供依據(jù)；試驗(yàn)簡(jiǎn)單方便，在盾構(gòu)現(xiàn)有始發(fā)的條件上，固定試驗(yàn)樁后便可進(jìn)行試驗(yàn)，且不耽誤后續(xù)施工；試驗(yàn)在露天的無(wú)土環(huán)境下進(jìn)行，觀察和量測(cè)都極為方便。
【專利說(shuō)明】一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑粧基能力的試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及特殊盾構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)各大城市軌道交通工程的蓬勃發(fā)展，在城市中心區(qū)域修建盾構(gòu)隧道時(shí)，盾構(gòu)正面遭遇已有建(構(gòu))筑物樁基等地下障礙物的情況時(shí)有發(fā)生。當(dāng)前處理障礙物樁的方法主要有兩種，一種是拆除上部結(jié)構(gòu)后拔樁、開挖豎井后人工鑿樁等傳統(tǒng)方法，這些傳統(tǒng)方法雖然簡(jiǎn)單、安全，但成本高、影響環(huán)境大、工期長(zhǎng)；另一種是采用盾構(gòu)機(jī)直接切除樁基的方法，
[0003]該方法不用事先拆除原有上部結(jié)構(gòu)物，基本不影響周邊環(huán)境和交通，節(jié)省成本和工期。但由于盾構(gòu)切樁屬于國(guó)際范圍內(nèi)的前沿技術(shù)，實(shí)施難度極高，國(guó)外尚沒(méi)有切樁工程實(shí)施，國(guó)內(nèi)雖已積累多干個(gè)施工案例，但也基本上局限于切削小直徑樁基或小尺寸方樁。
[0004]大直徑樁基相比小直徑樁基，鋼筋更粗、更多，混凝土體量也更大。切削大直徑樁基時(shí)，極易發(fā)生合金崩裂過(guò)多、刀具磨損嚴(yán)重、推力扭矩過(guò)大、難以切斷鋼筋、鋼筋長(zhǎng)度不理想、不能有效破除混凝土等問(wèn)題，施工風(fēng)險(xiǎn)和難度遠(yuǎn)高于切削小直徑樁基。因此，難以依據(jù)現(xiàn)有的切削小直徑樁基工程經(jīng)驗(yàn)，評(píng)判初步配置的刀盤刀具是否具有直接切削大直徑樁基的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，從而為確定切削大直徑樁基是否可行和刀盤刀具是否合理提供依據(jù)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行:
[0007]步驟I):將單根或兩根大直徑樁基的頂端和底端固定在盾構(gòu)始發(fā)洞門上；
[0008]步驟2):按照準(zhǔn)備盾構(gòu)始發(fā)工作的常規(guī)方式，下吊、組裝、調(diào)試盾構(gòu)機(jī)，安裝反力架和拼裝負(fù)環(huán)管片；
[0009]步驟3):量測(cè)各刀具的初始高度以及刀盤(2)背部與盾構(gòu)前盾的初始相對(duì)距離；
[0010]步驟4):根據(jù)設(shè)置的掘削參數(shù)，開展盾構(gòu)機(jī)對(duì)大直徑樁基的掘削試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，統(tǒng)計(jì)以下七個(gè)單項(xiàng)指標(biāo):刀盤最大變形量、刀具合金崩裂比例、刀具最大磨損量、最大推力值、最大扭矩值、最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度、有無(wú)存在混凝土“砼脊”情況；
[0011]步驟5):根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)判各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)是否滿足盾構(gòu)刀盤刀具直接切削大直徑樁基的要求:
[0012](a)若試驗(yàn)是盾構(gòu)切削一根大直徑樁基，各單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:刀盤最大變形量不超過(guò)2mm ;刀具合金崩裂比例低于10% ;根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算的刀具磨損系數(shù)，乘以擬將實(shí)施的切樁工程的切削軌跡長(zhǎng)度后，得到的最大刀具磨損量不超過(guò)刀具允許磨損量的70% ;最大推力值低于盾構(gòu)額定推力的30% ;最大扭矩值低于盾構(gòu)額定扭矩的50% ;最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度不超過(guò)理想排筋長(zhǎng)度的15% ;不能存在混凝土“砼脊”情況；
[0013](b)若試驗(yàn)是同時(shí)盾構(gòu)切削兩根大直徑樁基，各單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:刀盤最大變形量不超過(guò)3mm;刀具合金崩裂比例低于15%;根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算的刀具磨損系數(shù)，乘以擬將實(shí)施的切樁工程的切削軌跡長(zhǎng)度后，得到的最大刀具磨損量不超過(guò)刀具允許磨損量的80% ；最大推力值低于盾構(gòu)額定推力的50% ;最大扭矩值低于盾構(gòu)額定扭矩的70% ;最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度不超過(guò)理想排筋長(zhǎng)度的20% ;不能存在混凝土“砼脊”情況；
[0014]步驟6):綜合評(píng)判所用盾構(gòu)刀盤刀具的切削大直徑樁基能力，若以上七項(xiàng)指標(biāo)均滿足，判定該刀盤刀具可以用來(lái)直接切削大直徑樁基；若以上七項(xiàng)指標(biāo)的某一項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)不滿足，則需要改進(jìn)當(dāng)前的刀盤刀具，否則應(yīng)放棄使用該刀盤刀具直接切削大直徑樁基。
[0015]所述大直徑樁基指直徑在IOOOmm以上的鋼筋混凝土樁基。
[0016]所述步驟I)中，通過(guò)焊接或植筋的方式將大直徑樁基的主筋與洞門的鋼環(huán)、中板梁和底板相連。
[0017]所述步驟4)中的掘削參數(shù),推速的范圍是I?3mm/min,轉(zhuǎn)速的范圍是0.5?1.0rpm0
[0018]所述步驟4)中，刀具合金崩裂比例是指崩裂的合金塊總數(shù)除以所有刀具配備的合金總數(shù)；理想排筋長(zhǎng)度，指最適宜螺旋輸送機(jī)排出鋼筋的鋼筋長(zhǎng)度；混凝土“砼脊”情況，指的是由于相鄰刀具的軌跡間距不能全覆蓋面切削混凝土，從而在兩刀之間形成凸起的脊柱，阻礙刀盤進(jìn)一步掘進(jìn)。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]該試驗(yàn)方法可以為確定切削大直徑樁基是否可行和刀盤刀具是否合理提供依據(jù)。試驗(yàn)簡(jiǎn)單方便，在盾構(gòu)現(xiàn)有始發(fā)的條件上，固定試驗(yàn)樁后便可進(jìn)行試驗(yàn)，且不耽誤后續(xù)施工；試驗(yàn)在露天的無(wú)土環(huán)境下進(jìn)行，觀察和量測(cè)都極為方便。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述的開展切樁試驗(yàn)的平面布置圖；
[0022]圖2是本發(fā)明所述的試驗(yàn)樁布置的正視圖；
[0023]圖3是本發(fā)明所述的試驗(yàn)樁固定方法的測(cè)試圖。
[0024]圖中標(biāo)號(hào):1-盾構(gòu)機(jī)；2-刀盤；3_大直徑樁基；4_中板梁；5-鋼環(huán)；6-底板；7-水泥砂漿。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供了一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]蘇州軌道交通2號(hào)線擬采用盾構(gòu)直接切樁的方式處理侵入隧道的14根鉆孔灌注樁，但由于這14根樁為OlOOO?1200mm的大直徑樁基，主筋0 20?22mm，因此難以判斷切樁工程的可行性以及所用刀盤刀具的合理性，故在始發(fā)洞門前開展盾構(gòu)掘削大直徑樁基試驗(yàn)，布置固定兩根直徑為1200mm的樁基。試驗(yàn)步驟如下:
[0027]將大直徑樁基3的頂端和底端固定在洞門上，具體方法是:通過(guò)焊接的方式將樁基的主筋與鋼環(huán)5相連，通過(guò)植筋的方式，將樁基的主筋與車站的中板梁4和底板6相連。通過(guò)水泥砂漿7將樁身頂部和底部的混凝土與中板梁4、底板6和鋼環(huán)7進(jìn)行密貼。
[0028]按照準(zhǔn)備盾構(gòu)始發(fā)工作的常規(guī)方式，吊裝、就位、調(diào)試盾構(gòu)機(jī)1，安裝反力架和拼裝負(fù)環(huán)管片。
[0029]量測(cè)各刀具的初始高度以及刀盤2背部與盾構(gòu)前盾的初始相對(duì)距離；
[0030]設(shè)置推速范圍為I~3mm/min,設(shè)置轉(zhuǎn)速范圍為0.5~1.0rpm,開展盾構(gòu)對(duì)試驗(yàn)樁的掘削試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，統(tǒng)計(jì)以下七個(gè)單項(xiàng)指標(biāo):刀盤最大變形量、刀具合金崩裂比例、刀具最大磨損量、最大推力值、最大扭矩值、最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度、有無(wú)存在混凝土“砼脊”情況。
[0031]由于本試驗(yàn)切削的是兩根大直徑樁基，各單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:刀盤最大變形量不超過(guò)3mm ;刀具合金崩裂比例低于15% ;根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算的刀具磨損系數(shù)，乘以擬將實(shí)施的切樁工程的切削軌跡長(zhǎng)度后，得到的最大刀具磨損量不超過(guò)刀具允許磨損量的80% ；最大推力值低于盾構(gòu)額定推力的50% ;最大扭矩值低于盾構(gòu)額定扭矩的70% ;最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度不超過(guò)理想排筋長(zhǎng)度的20% ;不能存在混凝土“砼脊”情況。
[0032]經(jīng)統(tǒng)計(jì),本試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的各單項(xiàng)指標(biāo)的情況是:刀盤最大變形量0.5mm ;刀具合金崩裂比例為16.2%，高于15% ;根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算刀具的磨損系數(shù)為1.891mm/km，乘以實(shí)際工程的切樁軌跡長(zhǎng)度13.36km，得到的最大刀具磨損量為20.05mm，沒(méi)有超過(guò)刀具允許磨損量50mm的80% ;最大推力值17700KN，低于盾構(gòu)額定推力37600KN的50% ;最大扭矩值1776KN.1n,低于盾構(gòu)額定扭矩5151KN ? m的70% ;最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度4.70m，遠(yuǎn)超過(guò)了螺旋輸送機(jī)的理想排筋長(zhǎng)度0.6m ;不存在混凝土 “砼脊”情況。
[0033]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，刀盤最大變形量、刀具磨損量、最大推力值、最大扭矩值、混凝土 “砼脊”情況這五項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，但有兩項(xiàng)指標(biāo)不滿足要求:刀具合金崩裂比例偏高，鋼筋的最大長(zhǎng)度偏長(zhǎng)。
[0034]試驗(yàn)后，針對(duì)刀具合金崩裂較多的情況，通過(guò)對(duì)合金刃身曲線進(jìn)行平滑過(guò)渡、加強(qiáng)焊縫的飽滿度、提高焊縫的厚度等方式進(jìn)行了改進(jìn)；針對(duì)鋼筋長(zhǎng)度偏長(zhǎng)的情況，分析其原因后，認(rèn)為鋼筋不能被周邊混凝土有效包裹是主因，采取增設(shè)墊高刀并取墊高刀的刀間距為理想排筋長(zhǎng)度的方法，對(duì)刀具布置方案進(jìn)行了改進(jìn)。
[0035]經(jīng)綜合分析討論，認(rèn)為改進(jìn)后的刀盤刀具能夠克服之前出現(xiàn)的不足，預(yù)計(jì)在刀具合金崩裂比例和最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度這兩項(xiàng)指標(biāo)上能夠滿足要求，因此，仍按照盾構(gòu)直接切樁的方法處理蘇州軌道交通2號(hào)線的14根大直徑樁基障礙物。
【權(quán)利要求】
1.一種評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，其特征在于，具體實(shí)施步驟如下: 步驟I):將單根或兩根大直徑樁基(3)的頂端和底端固定在盾構(gòu)始發(fā)洞門(7)上； 步驟2):按照準(zhǔn)備盾構(gòu)始發(fā)工作的常規(guī)方式，下吊、組裝、調(diào)試盾構(gòu)機(jī)(1)，安裝反力架和拼裝負(fù)環(huán)管片； 步驟3):量測(cè)各刀具的初始高度以及刀盤(2)背部與盾構(gòu)前盾的初始相對(duì)距離； 步驟4):根據(jù)設(shè)置的掘削參數(shù)，開展盾構(gòu)機(jī)(I)對(duì)大直徑樁基(3)的掘削試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，統(tǒng)計(jì)以下七個(gè)單項(xiàng)指標(biāo):刀盤最大變形量、刀具合金崩裂比例、刀具最大磨損量、最大推力值、最大扭矩值、最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度、有無(wú)存在混凝土“砼脊”情況； 步驟5):根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)判各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)是否滿足盾構(gòu)刀盤刀具直接切削大直徑樁基的要求: (a)若試驗(yàn)是盾構(gòu)切削一根大直徑樁基，各單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:刀盤最大變形量不超過(guò)2mm ;刀具合金崩裂比例低于10% ;根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算的刀具磨損系數(shù)，乘以擬將實(shí)施的切樁工程的切削軌跡長(zhǎng)度后，得到的最大刀具磨損量不超過(guò)刀具允許磨損量的70%;最大推力值低于盾構(gòu)額定推力的30% ;最大扭矩值低于盾構(gòu)額定扭矩的50% ;最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度不超過(guò)理想排筋長(zhǎng)度的15% ;不能存在混凝土 “砼脊”情況； (b)若試驗(yàn)是同時(shí)盾構(gòu)切削兩根大直徑樁基，各單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:刀盤最大變形量不超過(guò)3mm;刀具合金崩裂比例低于15%;根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算的刀具磨損系數(shù)，乘以擬將實(shí)施的切樁工程的切削軌跡長(zhǎng)度后，得到的最大刀具磨損量不超過(guò)刀具允許磨損量的80%;最大推力值低于盾構(gòu)額定推力的50% ;最大扭矩值低于盾構(gòu)額定扭矩的70% ;最長(zhǎng)的鋼筋長(zhǎng)度不超過(guò)理想排筋長(zhǎng)度的20% ;不能存在混凝土“砼脊”情況； 步驟6):綜合評(píng)判所用盾構(gòu)刀盤刀具的切削大直徑樁基能力，若以上七項(xiàng)指標(biāo)均滿足，判定該刀盤刀具可以用來(lái)直接切削大直徑樁基；若以上七項(xiàng)指標(biāo)的某一項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)不滿足，則需要改進(jìn)當(dāng)前的刀盤刀具，否則應(yīng)放棄使用該刀盤刀具直接切削大直徑樁基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述大直徑樁基指直徑在IOOOmm以上的鋼筋混凝土樁基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述步驟I)中，通過(guò)焊接或植筋的方式將大直徑樁基(3)的主筋與洞門的鋼環(huán)、中板梁和底板相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述步驟4)中的掘削參數(shù)，推速的范圍是I?3mm/min，轉(zhuǎn)速的范圍是0.5?1.0rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)判盾構(gòu)刀盤刀具切削大直徑樁基能力的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述步驟4)中，刀具合金崩裂比例是指崩裂的合金塊總數(shù)除以所有刀具配備的合金總數(shù)；理想排筋長(zhǎng)度，指最適宜螺旋輸送機(jī)排出鋼筋的鋼筋長(zhǎng)度；混凝土“砼脊”情況，指的是由于相鄰刀具的軌跡間距不能全覆蓋面切削混凝土，從而在兩刀之間形成凸起的脊柱，阻礙刀盤進(jìn)一步掘進(jìn)。
【文檔編號(hào)】G01N3/58GK103674752SQ201310633697
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】袁大軍, 董朝文, 王占生, 李興高, 蔡榮 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)