影響盾構掘進的錨索拔除實踐

李 凱 （合肥城市軌道交通有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

隨著城市建設的迅速發展，城鎮化進程逐步加快，城市人口密度增大、交通擁堵以及能源土地資源有限等問題成為城市發展面臨的日益嚴峻的問題，大力發展和利用地下空間成為解決這一問題的有效途徑。越來越多的城市開建了地鐵軌道工程，城市地鐵以具有快速、安全、客運量大等優點而得到了空前發展。合肥地鐵2號線走向基本與長江路全線一致，西至長寧大道站，東至大眾路站，貫通合肥中心城區、老城區、高新區以及科學城。由于合肥地鐵規劃建設較晚，沿線已建有眾多建筑物，故采用樁錨體系作為圍護結構，在盾構掘進過程中，將有錨索侵入盾構區間，給盾構隧道施工帶來許多不便。盾構隧道途經錨索區侵入的問題已經成為合肥地鐵盾構施工一個亟待解決的難題。

1 工程分析

合肥市軌道交通2號線玉蘭大道站～天柱路站區間右線設計為盾構法施工，在距離天柱路站西端主體結構68.5m處，原徽商購物廣場北側基坑打設38排錨索，每排有4層錨索，其中第二、第三層錨索侵入區間，每層有2根錨索，合計侵入區間的錨索有152根，侵入盾構區間，影響盾構掘進。

經過認真分析錨索特性，廣泛論證，認為在盾構機到達前必須將侵入區間的錨索拔除，現分析如下。

①預應力錨索屬于柔性結構，無法通過盾構刀具的切割將其破壞。

②預應力鋼絞線強度高達1860MPa，是普通鋼筋強度的6～9倍，即便通過加固處理成剛性結構，也很難通過盾構刀具的切割將其破壞。

③過多的錨索纏繞在刀齒上，造成刀齒的有效切削能力減弱或喪失，造成盾構無法掘進。

④通過觀察附近相同地層旋挖鉆成孔時，有個別樁孔局部有塌孔現象，故盾構前進過程中遇錨索若采取開倉處理，無法保證土倉內作業人員的安全。

為確保盾構施工的正常進行，決定在盾構機掘進前對侵入區間隧道的錨索進行拔除施工。

2 錨索拔除方案

玉蘭大道站～天柱路站區間拔錨索豎井總計39個，錨索排布間距1.8m，其中31根樁采用旋挖鉆成孔、鋼護筒支護、千斤頂拔除錨索的方法取區間錨索。其余8根樁（6～13號樁）受變壓器和改移的管道影響，無法采用旋挖鉆成孔，根據現場情況，采用人工挖孔樁方法拔取錨索。確保錨索能夠完全清除盾構區間，使盾構機能夠順利通過。拔除最終方案為旋挖鉆結合人工開挖豎井和豎井下人工拔除錨索，具體施工人員安排和施工機械物資配置分別見表1和表2。

施工人員安排 表1

施工進度安排為：旋挖鉆成孔分4個施工作業面施工，旋挖鉆成孔（Φ1.3m）1d進度60m，其中31根樁為旋挖鉆結合人工清孔豎井拔除錨索，平均進度為1d2個(豎井兼拔除錨索)；人工挖孔（8個）分4個作業面同時施工，前期準備3d，邊施工邊回填，后期場地恢復3d，計劃施工工作日需要28d，在區間盾構推進前完成。玉蘭大道站～天柱路站一路沿線管線較多，故施工場地盡量選擇人行道上并避開管線。

施工機械物資配置 表2

2.1 旋挖鉆成孔法取豎井內的錨索

分4個施工作業面施工，最大孔深12.5m，施工時，采取跳打法，待兩側的孔回填后再施工中間的孔。

①拆除拔錨施工區域內的施工圍擋；破除路面，開挖探溝，確認開挖豎井區域內無管線。

②旋挖鉆機開鉆前場地應完成三通一平，即路通、水通、電通、場地平整。場地平整采用裝載機平整，人工配合。旋挖鉆機作業場地平整尺寸為10m×10m，平整后用挖掘機進行碾壓，地基不好處對作業面進行換填處理，以滿足鉆孔設備的穩定性要求。

③開始第一個孔施工，首先測量放線，確定第一個孔位，采用1.3m直徑旋挖鉆機開挖，第一層錨索距離地面高度為5.5m～6.5m之間，未侵入隧道范圍，直接用旋挖鉆機破除。

④旋挖鉆機破除第一層錨索后，繼續下挖到8.5m，采用25t汽車吊吊運直徑1.2m的鋼護筒到孔中，鋼護筒長9.5m；在鋼護筒的保護下，人工向下清孔1m深，發現第二層錨索，將錨索從南側齊根割斷，然后下放組合式鋼護筒（見圖1），使錨索進入組合式鋼護筒下方預留的拔錨孔，漿鋼護筒反力架裝置在鋼護筒上，然后把穿心千斤頂安裝上，并夾片夾牢錨索拔除時，應注意加強防護，控制好油壓。采用穿心千斤頂拔錨索或錨固體。

為繼續拔除第三層錨索，需要吊出鋼護筒，旋挖鉆機向下開挖1.8m后，移機到外側；用吊車下放12.5m長鋼護筒；（12.5m長鋼護筒由第一段9.5m長鋼護筒和3m長鋼護筒組成）；在鋼護筒的保護下，人工向下清孔1m深，發現第三層錨索，將錨索從南側齊根割斷，然后下放組合式鋼護筒，使錨索進入組合式鋼護筒下方預留的拔錨孔，將錨索頭部穿過穿心千斤頂，并夾牢拔除。吊出鋼護筒并用M10水泥砂漿回填，同時進行下一個孔的施工。

2.2 人工挖孔法取豎井內的錨索

人工挖孔法施工流程為：場地清理及圍擋→土體開挖→清井壁、校核垂直度和洞徑→混凝土護壁→截斷第二層、第三層南側錨索→拔除第二層、第三層北側錨索→回填。

成井施工時先將中間土體采用短把的鎬、鍬等簡易工具進行人工挖土，孔內出土采用卷揚機提升，人工運至孔外3m以上，再倒運至棄土場；軸線經復核無誤后開始第一節開挖，每進尺1m做混凝土護壁一次，即以1m為一個施工段；如遇不需要拔除的錨索，直接截斷繼續下挖。

成井過程中，應修通排水溝，及時排掉井內抽出的水，從樁孔內挖出的廢土或石碴由專人負責及時運出場外。施工過程中要做好垂直度偏差控制。

護壁施工要根據地質勘察報告提供的資料及相關規范要求進行護壁，護壁厚150mm，采用C35混凝土，豎井底部為150 mm C15素混凝土墊層，護壁鋼筋為豎向鋼筋采用φ8@200，箍筋采用φ8@200的鋼筋布置，在拔錨索的施工斷面再澆筑一段素混凝土，以便于拔錨索的操作。

拔除錨索前需進行試拔試驗，尤其對千斤頂油壓的控制和微調數據收集，積累施工參數；為減少錨索被拉斷的情況，施加拉拔力時須緩慢，逐步增加，當錨索松動時，注意保持拉拔平衡，防止錨索斷裂。

試拔試驗進行多組，取得足夠參數和經驗后，再進行錨索拔除施工，具體施工示意圖見圖2。

錨索拔出后，錨索洞口需灌入1：1水泥砂漿，人工豎井用M10水泥砂漿回填，為了后期盾構施工和周圍建筑物的安全，確保豎井回填密實。

2.3 錨索拔松和拔斷等情況處理

當2根錨索同時松動時：在拔除錨固體時，出現千斤頂鎖牢的2根錨索同時松動，而錨固體未松動的情況時，只需要將2根錨索拔出即可滿足盾構安全掘進要求；此時，錨索已松動，錨索剝離開錨固體，將很容易拔出，擬采取安裝滑輪，吊車配合將錨索抽出。

錨索拔斷處理：①在拔除錨固體時，出現千斤頂鎖牢的2根錨索，其中一根斷開，無法重新鎖牢的情況時，為防止將另一根錨索也拔斷，此時，停止拔錨，降低千斤頂拉拔力為23.2t（錨索破斷拉力的85%），試拔錨固體，若能拔動即慢慢將錨固體拔出；若不能拔動，采用水鉆（見圖3）跟管套進，將錨固體周邊土體切開4m深，降低錨固體與周邊土體的粘結力，按照理論計算可以將錨固體拔出。若仍不能拔動，繼續跟管套進2m深，直至能拔出錨固體為止。②拔斷2根時，需在區間隧道另一側補充深孔，采用同樣方法從另一側拔除錨固體。若不能拔出，可結合水鉆跟管套進直至取出錨固體。

3 主要施工工藝技術

3.1 施工測量

該工程擬投入的儀器主要有全站儀和水準儀等。

在場地周圍四周布設4個水準點，作為建筑物沉降觀測的依據。4個水準點閉合差應小于±12 ■ H 。場地整理及土方開挖時應保護好水準點。

開挖前應根據場區二級控制點，定出單體軸線控制點，作為軸線控制和放樣的依據。用全站儀測出各控制線及軸線，用鋼卷尺丈量各豎井中心位置，為了便于軸線、井中心和垂直度復核，于各井四周定4根木樁控制軸線位置。

3.2 旋挖鉆機施工工藝

該工程鉆孔施工采用旋挖鉆機成孔方式、干法成孔施工。結合本工程鉆孔樁的地質情況、數量多、工期緊等綜合因素，鉆頭采用旋挖斗鉆頭。

3.2.1場地平整及鉆機就位

液壓多功能旋挖鉆機就位時與平面最大傾角不超過4°，現場地面承載能力大于250kN/m2，所以鉆機平臺處必需碾壓密實。鉆機就位后鉆頭中心和樁中心應對正準確，誤差控制在2cm內。

3.2.2鋼護筒埋置

根據樁位點設置護筒，護筒的內徑大于鉆頭直徑100mm，護筒位置應埋設正確穩定，護筒中心和樁位中心偏差不得大于50mm，傾斜度的偏差不大于1%，護筒與坑壁之間應用粘土填實。

施工中，護筒的埋設采用旋挖鉆機靜壓法來完成。護筒的埋設深度：在粘性土中不宜小于4m，在砂土中不宜小于8m。護筒高出地面20cm～30cm。

3.2.3鉆孔

當鉆機就位準確后開始鉆進，鉆進時每回次進尺控制在60cm左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩，提斗要慢，在旋挖過程中要注意通過控制盤來監控垂直度，如有偏差及時進行糾正。

開始鉆進時采用低速鉆進，主卷揚機鋼絲繩承擔不低于鉆桿、鉆具重量之和的20%，以保證孔位不產生偏差。鉆進護筒以下3m可以采用高速鉆進，鉆進速度與壓力有關，采用鉆頭與鉆桿自重磨擦加壓，150MPa壓力下，進尺速度為20cm/min；200MPa壓力下，進尺速度為30cm/min；260MPa壓力下，進尺速度為50cm/min。

3.2.4清孔

鉆進到設計孔深后，將鉆斗留在原處機械旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，起鉆后仍需對孔底虛土進行清理。

3.2.5孔深計算

鉆孔前先用水準儀確定護筒標高，并以此作為基點，按設計要求的孔底標高計算孔深，以鉆具長度確定孔深，超鉆深度不大于50cm；孔徑用檢孔器測量，若出現縮徑現象應進行掃孔，符合要求后方可能進行下道工序。

3.2.6余土外運

該旋挖鉆孔施工時的土石方臨時堆放到北側高架橋下方，積累到一定方量，采用挖掘機將土運上車，自卸汽車密閉外運至業主指定棄土場。

3.3 人工成孔施工工藝

成井過程采用多孔跳開施工，軸線經復核無誤后開始第一節開挖，鋼護筒隨進尺下滑支護；如遇不需要拔除的錨索，直接截斷繼續下挖。

在挖孔樁開挖過程中，當施工人員下井時，應立即用鼓風機和輸風管向井中送10min新鮮空氣，保證挖孔樁孔內空氣流通；挖孔樁施工時要嚴格保證孔內通道暢通,嚴禁堆放其他東西，確保提土桶或吊籠上下保證聯系通暢，并確保在保突發事件時人員撤離安全。

開挖以2人為1個小組配合，每小組1d安排2～3個井進行流水作業，保證每根樁每天進尺一至兩模，施工時共成立3個小組交叉施工。

井位、垂直度校核：基樁軸線的控制點和水準點應設在不受施工影響的地方。開工前，經復核后應妥善保護，施工中應經常復測。第一節護壁成孔后，由現場技術人員在鋼護筒周圍用竹片定出井位中心線，井位軸線用正交的十字線控制，作為往下施工井位垂直度偏差控制的依據。

3.4 錨索拔除工藝

按照以下公式進行計算：

①按單根錨索與錨固體粘結強度核算錨索拔除長度：

②按雙根錨索與錨固體粘結強度核算錨索拔除長度：

③按周邊巖土體與錨固體粘結強度核算錨索拔除長度：

根據詳細的錨索位置圖，下挖至需拔除的錨索，人工開挖至錨索以下40cm位置，預留拔錨索工作長度，剩余錨索采用電動砂輪分段切割，再做一個素混凝土操作面，待拔錨區域混凝土達到強度時，在錨索兩邊混凝土上墊上4根工字鋼，用鋼板連接做一個反力架以承受千斤頂反力，使用穿心千斤頂夾住錨索，拔錨操作人員空間兩側各有40cm操作空間用于千斤頂拔錨施工，千斤頂慢慢頂出，拔出錨索采用電動砂輪分段切割，吊出孔外，直至錨索端頭離隧道邊線1m外。

當護壁不能承受千斤頂反力，需在孔中加一個直徑180mm的鋼套管，用鋼板連接做一個反力架以承受千斤頂反力，使用穿心千斤頂夾住錨索，慢慢頂出，拔出錨索采用分段切割，吊出孔外，直至錨索端頭離隧道邊線1m外。拔錨過程中一定要加強防護，控制好油壓，防止對人員造成傷害；同時在拔錨施工中，做好拔斷和拔除統計，進行對比，總結拔錨參數。

為了防止錨索被拔斷，按照錨索破斷拉力312kN的85%設置安全閥的開啟壓力，此時開啟壓力為：

式中：F為油缸張拉力；S為油缸有效作用面積。

4 總 結

計算發現，將錨固體與鋼絞線一起拔除，可拔除長度限制為10.52m，若有更長的錨索，需配合水鉆切割錨固體周邊土體。通過對預應力錨索處理技術的研究，及時總結施工參數，經科學合理組織施工，施工工期滿足總體籌劃的要求，錨索處理徹底，同時確保了地面建筑物的安全。因此，采取旋挖鉆結合人工開挖豎井和豎井下人工拔除錨索的方案能解決盾構施工中的問題，獲得了良好效果，為今后類似工程的處理提供了參考。

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