復雜地質環境下地鐵盾構既有錨索處理技術

王起飛

(1.中鐵十六局北京軌道交通工程建設有限公司, 北京 101100；2.西南交通大學地質工程系, 四川成都 610031)

城市化進程需要更加便捷的公共交通系統，而地鐵已成為公共交通重要組成部分。盾構法施工技術的大力發展，從一定程度上推動了地鐵行業發展，但由于城市內大多高層建筑采用樁錨體系，盾構掘進過程不可避免的會進入錨索區域，如果處理不當，極易造成刀盤結泥餅和螺旋機卡死現象，影響施工進度。因此，急需尋找一種快速、經濟、高效的錨索處理方案。王淼[1]在鄭州地鐵1號線區間穿越高層地下室錨索時，比較了明挖基坑清除、暗挖隧道清除、人工挖孔拔除等方案，確定了人工挖孔結合錨索拔除的錨索處理方案；朱川鄂[2]在鄭州地鐵5號線盾構區間采用暗挖橫通道法處理錨索；葉家強[3]分別采用了開挖豎井后用千斤頂拔除、先將錨索用沖擊鉆沖斷再用旋挖鉆機拔除的方法，將殘留錨索清除；游杰，顏岳[4]提出了地面旋挖鉆切割處理配合盾構推進的錨索處理施工方案，期間對跟管鉆進套取法、人工挖孔樁分段拔除法、全套管鉆機切割法、明挖處理法、暗挖處理法、電力腐蝕法、盾構開艙切索法逐一進行了論述。

本文以昆明地鐵五號線白云路站-穿金路站盾構區間錨索處理為例，并綜合先期錨索處理的各種方案和項目實際情況，通過對工期、工程成本、處理效果多方面考慮，最終探索出明挖法+咬合樁+攪拌樁配合盾構推進的錨索處理技術，使該盾構區間順利掘進并安全下穿既有成型隧道，該施工技術可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

昆明市軌道交通5號線白云路站-穿金路站區間隧道初步設計里程為右白穿區間起始里程為CK02+664.044～CK03+597.673，區間長931.508 m，采用盾構法施工。該區間白云路站～穿金路站盾構區間南側3.42 m處為霖嵐國際廣場兩棟31層樓房，該樓房施工時采用樁錨支護形式，錨索呈每排4股(4s15.2鋼絞線)布置，排距為2.8 m。共計約153 m錨索侵入隧道范圍，約220股，如圖1和圖2為地鐵隧洞與霖嵐國際廣場錨索的平面和斷面相對位置。

由圖2可知白云路站-穿金路站區間側穿霖嵐國際廣場范圍內土體以粉質黏土、粉砂、圓礫土為主。白云路站-穿金路站區間在錨索影響區距離高層建筑霖嵐國際廣場僅3.42 m，在右側又有最小凈距僅為1.76 m的既有地鐵四號線隧道，受錨索、高層建筑、既有地鐵隧道多重影響。霖嵐國際廣場已于2013年完工，該基坑圍護與主體結構間空隙已回填，不具備從該處拔除條件，且錨索已在土體中較長時間，部分已經銹蝕，易拔斷。盾構機掘進過程遇有殘留錨索，極易造成刀盤結泥餅和螺旋機卡死等現象。錨索位于白云路站-穿金路站區間始發段，無試驗段條件；若拔出措施及相應的加固措施不合理，易導致4號線成型隧道隆起或下沉，管片錯臺、開裂等，危及成型隧道結構安全。可見，在處理錨索過程中既要確保處理效果，還應確保盾構施工段的土體加固效果。

圖1 軌道交通5號線白云路站-穿金路站區間隧道與霖嵐國際廣場錨索平面示意

圖2 軌道交通5號線白云路站-穿金路站區間隧道與霖嵐國際廣場錨索橫斷面示意

2 錨索拔除措施

通過對本工程錨索數量及埋深進行調查，提出將部分錨索通過單渡線調整移至車站明挖段進行處理，此類錨索處理工藝效果最佳，雖然不可避免有殘留錨索，但此時錨索預應力已損失殆盡，可采用切斷能力適中的機械設備進行處理，減少后期處理過程的經濟損失，具體為：將設置在白云路站處單渡線調整至穿金路站，穿金路站從原設計155 m增加至290 m，通過明挖方式處理部分錨索約180根，如圖1所示A區；為避免明挖基坑范圍外錨索殘留，根據三軸攪拌樁機機械功率分析，在已切斷錨索、且埋深20 m范圍內采用攪拌樁清除(圖1B區)；在埋深超過20 m范圍以及未切斷區域，采用素咬合樁進行加固及清除(圖1C區)。

2.1 明挖法處理錨索

區間與車站范圍調整，車站起點里程(盾構區間終點里程)由原來K03+597.673，調整為左DK3+453.211、右DK3+512.211。通過地下連續墻切斷、明挖法挖出的方式清理錨索，降低盾構施工風險，如圖1車站輪廓線所示。

2.2 攪拌樁處理錨索

針對圖1所示B區范圍，采用φ850@600攪拌樁進行地面加固，加固里程為右DK3+431～右DK3+476.5～右DK3+507。右DK3+431～右DK3+476.5段，加固范圍為4號線隧道底部以下至5號線隧道頂部以下0.5 m，以及隧道左右外輪廓3m范圍；右DK3+476.5～右DK3+507段，加固范圍為4號線隧道中心線以下至5號線中心線以上，以及4號線隧道右線外輪廓3 m范圍。攪拌樁實樁部分水泥摻量建議18 %～25 %，空樁部分不小于7 %。施工縱剖面如圖3所示。

2.3 旋挖鉆處理錨索

旋挖鉆相比三軸攪拌樁而言，切斷能力較大，適應性更強，可用于埋深大于20 m的穿金路站端頭位置的錨索處理，采用素咬合樁地面加固方式處理錨索，直接利用旋挖鉆對端頭井位置錨索進行拔出，既保證地層加固效果，又確保白云路站-穿金路站區間順利始發。采用旋挖鉆施做φ1 000 mm@800 mm的素咬合樁，施工過程采用“隔三跳一”的打孔方式。鉆機就位后，鉆頭中心采用樁定位器對準樁位，為保證鉆孔的垂直度，在鉆進過程中，設置鉆機導向裝置，利用雙向調節標尺或線墜調整鉆桿垂直。在鉆進過程中根據地質條件結合試驗測定確定泥漿各項指標。鉆具入孔后，先進行泥漿循環，然后慢下至孔底，輕壓慢轉數分鐘后，逐步增大轉速鉆壓進入正常鉆進，期間根據錨索埋深測量計算出鉆進深度，在錨索區域適量加大轉速，直至清除侵入隧道范圍的錨索，然后將開挖土體與錨索一同拔出，圖4為旋挖鉆施工縱剖面示意。

針對錨索情況盾構機刀盤刀具增加部分高強度撕裂刀，在掘進中可將錨索進行破壞，通過盾構刀盤開口進入土倉，且可經過螺旋輸送機排出，結合地層情況，本工程刀盤開口率控制在35 %。主要盾構參數包括，推力1000～1400 T、刀盤扭矩100～120 bar、推進速度45～50 mm/min、土倉壓力1.7～1.9 bar、注漿壓力1.23～1.3 MPa、注漿量4.5～5.0 m3。

圖3 三軸攪拌樁施工縱剖面示意

圖4 旋挖鉆施工縱剖面示意

3 施工效果監測

白云路站-穿金路站區間盾構下穿既有4號線、穿越錨索施工期間，施工監測內容主要包括周邊建構筑物及地表沉降，監測過程采用先進電子水準儀，以人工監測和自動化監測相結合的監測方法并嚴格按照規定的監測頻率進行。在地表、4號線隧道內、霖嵐國際廣場(A、B棟)、機電小區、云南化工機械廠住宅小區等周邊建筑物布置了監測點，通過對監測數據的采集和分析，發現建筑物軌道站臺的JGC34-8點位沉降量最大，累計沉降達到-4.56 mm；沉降速率為0.41 mm/d；地表范圍內五號線右線隧道43環DBC3460-4沉降量最大，累計沉降達到-21.58 mm；沉降速率為-0.62 mm/d。目前規范要求地表沉降值控制值為30mm、隆起控制值為10 mm；機電小區，要求房屋傾斜控制值為4 ‰；霖嵐國際廣場房屋傾斜控制值為2 ‰。可見，與控制值相比，沉降的累計值和變化速率均在控制范圍內。

4 結論

(1)侵入地鐵盾構隧道的錨索拔除，需結合工程實際、地質條件、周邊環境及錨索分布情況等，分區設計方案，針對各區特點提出針對性拔除措施。

(2)可在盾構機刀盤增加部分高強度撕裂刀，以在掘進中將可能殘留的錨索破壞，并使其通過盾構刀盤開口進入土倉，經過螺旋輸送機排出，與本文類似地質條件可將刀盤開口率控制在35 %。

(3)可采用明挖法、咬合樁、攪拌樁配合盾構推進技術處理錨索，在昆明地鐵五號線白云路站-穿金路站區間取得了明顯效果。

(4)錨索拔除期間應進行地表隆起或沉降、錨索基礎建筑物變形等方面的適時監測，及時評估拔除措施對周邊安全的影響。