預應力錨索在地鐵明挖基坑中的應用

摘 要：本文結合西安地鐵二號線出入段線明挖基坑及預應力錨索作為支撐體系施工實例，介紹了深基坑開挖的施工原則及步驟；同時分析預應力錨索在地鐵明挖區間支撐體系防護中的特點及原理，并闡述了預應力錨索支護應用的施工工藝。

關鍵詞：錨索；地鐵；基坑；應用

1 工程概況

該工程主要為漕運明渠以南出入段線、折返線和遠期預留線明挖區間隧道。漕運明渠以南出入段線長度237米，遠期預留線平均長度224.08米，折返線長度31.5米。區間基坑最大寬度約為45米，最大深度15.13米。場地地貌單元屬渭河高漫灘，基坑范圍內主要為粘性土、粉土、粉細砂、中砂、粗砂。圍巖分級可劃分為Ⅵ級。區間隧道設計采用排樁+放坡+內撐（錨索）的圍護結構方式，采用明挖法施工。

2 基坑開挖施工工法

每段基坑開挖和支護的施工工序和方法相同，以第一施工段為例：先由折返線開始進行第一施工段土方開挖，土方開挖按照“豎向分層、縱向分塊、分段分層、由上而下、先撐后挖”的施工原則。在豎向上按照錨索設計位置上下分為六層，由上而下逐層開挖；縱向分塊，即沿區間結構縱軸線方向將土方劃分為若干施工單元，便于組織土方工程及結構工程的流水施工。

第一層土方開挖（自然地面～冠梁底）：在該施工階段，土方在主體基坑范圍內由南向北全斷面開挖。本層土方開挖使用一臺大型挖掘機由南向北退挖作業，首先在折返線西側進行放坡開挖，放坡坡度按照1：1控制。

第二層土方開挖：冠梁底～第一層錨索底500mm位置。第三層土方開挖：第一層錨索底500mm～第二層錨索底500mm位置。第四層土方開挖：第二層錨索底500mm～第三層錨索底500mm位置。第五層土方開挖：第三層錨索底500mm～第四層錨索底500mm位置。第六層土方開挖：第四層錨索底500mm～基底。

人工清底土方（至基底）：機械開挖土方至坑底300mm時，進行基坑驗收，并采用人工挖除剩余土方，并隨挖隨整平基地。

3 預應力錨索施工

3.1 預應力錨索作用機理分析

預應力錨索錨固段內錨索荷載依靠錨固段預應力鋼絞線與漿體相接觸界面上的粘結應力，由錨固段漸進式的往下傳遞，荷載作用時在錨固段上部漿體中拉應力集中，并沿深度方向衰減。在預應力錨索中設置一定長度的自由段，巖體對錨固段的錨固力通過自由段傳遞到腰梁及圍護樁上并實現受力平衡。粘結式錨索用于支撐體系一方面由于預應力作用，使圍護樁與錨固段間的土體結構呈密實壓縮狀態，保持擋護土體的整體性，另一方面由于錨索施加的預應力作用改變了破裂面土體的應力狀態，從而保證開挖基坑邊坡土體的自穩能力。

3.2 預應力錨索布設及設計參數

施工順序為施鉆錨固孔、制作束體并將其放入錨固孔、固定束體下端、進行注漿、安裝腰梁及鋼錨墊板、張拉及鎖定，從而使束體產生預應力與腰梁、圍護樁連接成整體。

3.4 預應力錨索施工工藝

3.4.2 錨索的組裝：錨索選用低松弛預應力鋼絞線，每根錨索由2根7股D=15.24mm預應力鋼絞線組成，強度為1860MPa。鋼絞線應嚴格按設計尺寸下料，每股長度誤差不大于50mm。將自由段與錨固段分別作出標記，在錨固段范圍內的錨索每隔1.0m穿一個架線環，兩架線環之間扎一道箍筋環。自由段的鋼絞線應放入塑料波紋管內并涂黃油，在錨固端頭部安放好導向帽后，平順放好待用。

3.4.3 錨索的安放：錨索放入鉆孔之前，需確認錨索與孔位一致，將注漿管與錨索綁在一起一同放人鉆孔中，注漿管底口距孔底為50mm左右；注漿管1的底口用黑膠布封住，注漿管2的底口封堵嚴密，錨固段做成花管，孔眼用黑膠布封口。桿體放入角度與鉆孔角度保持一致，放送用力要均勻，不要左右搖擺，檢查止漿密封裝置定位是否準確，損壞者必須更換，經常檢查排氣管是否通暢。

錨索安設后，用注漿管1進行一次常壓注漿，待一次注漿體初凝后，為了保證錨固段注漿飽滿密實，即可用注漿管2進行二次高壓注漿，注漿壓力宜為0.4-0.6MPa，二次注漿時間可根據注漿工藝試驗確定。為了提高漿體的早期強度，可加人適量的早強劑。

3.4.5 鋼腰梁安裝及架設方法：按照先支護后開挖的原則，在土方開挖至錨索底500mm位置設計標高時，準確測量定位出錨索中心標高，沿基坑縱向按每隔一根樁打膨脹螺栓，并在其上安裝三角托架，根據鋼腰梁底面標高定位三角托架頂面標高，三角托架采用L8角鋼加工，三角托架焊接完畢后，立即掛網噴射混凝土護面，隨即進行鋼腰梁安設。鋼腰梁按6米做為一個標準段。鋼腰梁在基坑外加工焊接成整體，采用25t吊車吊裝。鋼腰梁就位后，按鋼結構拼接規范要求，將后期架設的鋼腰梁與前期架設的鋼腰梁采用700×700鋼板焊接成整體共同作用，鋼腰梁拼接接頭位置避開支撐中心；鋼腰梁應與樁體連接牢固后，方可安裝錨頭。

腰梁和墊塊安裝：錨索張拉前，在圍護樁樁身設計高程處安設支撐鋼架，將鋼腰梁安放在鋼支架及錨索自由段上。將腰梁與樁身貼緊，無法密貼處，應用C20細石混凝土充填密實，確保腰梁與圍護樁之間受力均勻。將鋼墊塊固定于工字鋼腰梁上，并保證鋼錨墊塊的上表面與錨索垂直。

3.4.6 錨索張拉鎖定：錨索的錨固段漿液達到設計強度后，方可進行張拉和鎖定，其張拉值為設計荷載的75%-80%。張拉設備采用預應力穿心式液壓YDCW1000-200型千斤頂，張拉前，應對張拉設備進行標定。

當錨固體強度達到設計強度后，方可進行張拉并鎖定。張拉方式采用整體張拉法，張拉過程由預張拉和正式張拉兩部分組成。正式張拉前，應取設計值的15%進行預張拉，使其各部分接觸緊密，錨索束體完全伸直，使預應力鋼絞線初始受力趨于一致。張拉過程要分級進行，張拉值應為設計荷載的75%-80%。加載時，依次為設計荷載的25%、50%、75%后鎖定。每次加荷后，都要量取錨頭的變位，并把張拉試驗結果與抗拉試驗結果對照，如果張拉試驗結果不超過抗拉試驗結果即為合格，否則應暫停張拉，待查明原因并采取措施予以調整后，方可繼續張拉。張拉順序應考慮鄰近錨索的相互影響。對于鋼絞線的松弛、地層土的徐變等因素造成的預應力損失，在張拉后可進行補張拉然后鎖定。

3.4.7 錨索應進行抗拉和驗收試驗：抗拉試件應為總數的2%，且不少于2根，驗收試件應為總數的3%，且不少于3根，加荷方式：一次為設計荷載的25%、50%、100%、120%（驗收試驗錨索）、133%（抗拉試驗錨索）。驗收試驗錨索總位移量不應大于抗拉試驗錨索總位移量。

4 結束語

為了掌握預應力錨索在實際工作中的受力狀態，并檢驗錨索的施工質量，在每排錨索中按照規范要求設置了錨索測力計，經過地鐵公司外委的第三方監測單位的長時間觀測結果顯示，預應力錨索從施工開始至主體結構完成封頂以來，錨索受力性能良好，蠕變量小，監測數據正常，充分表明本次基坑開挖及預應力錨索支撐施工是成功的，其施工質量達到了設計及規范要求，減小了施工難度，同時保證了基坑的穩定，實現了經濟合理，安全可靠的目的。

參考文獻

[1]GB50299-1999.地下鐵道工程施工及驗收規范[M].北京：中國計劃出版社，2003.

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