影響盾構(gòu)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(shè)的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)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(fā)展面臨的日益嚴峻的問題，大力發(fā)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(yōu)點而得到了空前發(fā)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(qū)、老城區(qū)、高新區(qū)以及科學城。由于合肥地鐵規(guī)劃建設(shè)較晚，沿線已建有眾多建筑物，故采用樁錨體系作為圍護結(jié)構(gòu)，在盾構(gòu)掘進過程中，將有錨索侵入盾構(gòu)區(qū)間，給盾構(gòu)隧道施工帶來許多不便。盾構(gòu)隧道途經(jīng)錨索區(qū)侵入的問題已經(jīng)成為合肥地鐵盾構(gòu)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(qū)間右線設(shè)計為盾構(gòu)法施工，在距離天柱路站西端主體結(jié)構(gòu)68.5m處，原徽商購物廣場北側(cè)基坑打設(shè)38排錨索，每排有4層錨索，其中第二、第三層錨索侵入?yún)^(qū)間，每層有2根錨索，合計侵入?yún)^(qū)間的錨索有152根，侵入盾構(gòu)區(qū)間，影響盾構(gòu)掘進。

經(jīng)過認真分析錨索特性，廣泛論證，認為在盾構(gòu)機到達前必須將侵入?yún)^(qū)間的錨索拔除，現(xiàn)分析如下。

①預應力錨索屬于柔性結(jié)構(gòu)，無法通過盾構(gòu)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(jié)構(gòu)，也很難通過盾構(gòu)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(gòu)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(xiàn)象，故盾構(gòu)前進過程中遇錨索若采取開倉處理，無法保證土倉內(nèi)作業(yè)人員的安全。

為確保盾構(gòu)施工的正常進行，決定在盾構(gòu)機掘進前對侵入?yún)^(qū)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(qū)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(qū)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(jù)現(xiàn)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(gòu)區(qū)間，使盾構(gòu)機能夠順利通過。拔除最終方案為旋挖鉆結(jié)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(yè)面施工，旋挖鉆成孔（Φ1.3m）1d進度60m，其中31根樁為旋挖鉆結(jié)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(yè)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(qū)間盾構(gòu)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(nèi)的錨索

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

①拆除拔錨施工區(qū)域內(nèi)的施工圍擋；破除路面，開挖探溝，確認開挖豎井區(qū)域內(nèi)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(yè)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(yè)面進行換填處理，以滿足鉆孔設(shè)備的穩(wěn)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(xù)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(fā)現(xiàn)第二層錨索，將錨索從南側(cè)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(xù)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(cè)；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(fā)現(xiàn)第三層錨索，將錨索從南側(cè)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(nèi)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(cè)錨索→拔除第二層、第三層北側(cè)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(nèi)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(jīng)復核無誤后開始第一節(jié)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(xù)下挖。

成井過程中，應修通排水溝，及時排掉井內(nèi)抽出的水，從樁孔內(nèi)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(jù)地質(zhì)勘察報告提供的資料及相關(guān)規(guī)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(diào)數(shù)據(jù)收集，積累施工參數(shù)；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(shù)和經(jīng)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(gòu)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(xiàn)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(gòu)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(xiàn)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(jié)力，按照理論計算可以將錨固體拔出。若仍不能拔動，繼續(xù)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(qū)間隧道另一側(cè)補充深孔，采用同樣方法從另一側(cè)拔除錨固體。若不能拔出，可結(jié)合水鉆跟管套進直至取出錨固體。

3 主要施工工藝技術(shù)

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(shè)4個水準點，作為建筑物沉降觀測的依據(jù)。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(jù)場區(qū)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(jù)。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(jié)合本工程鉆孔樁的地質(zhì)情況、數(shù)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(xiàn)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(nèi)。

3.2.2鋼護筒埋置

根據(jù)樁位點設(shè)置護筒，護筒的內(nèi)徑大于鉆頭直徑100mm，護筒位置應埋設(shè)正確穩(wěn)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(shè)采用旋挖鉆機靜壓法來完成。護筒的埋設(shè)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(wěn)，提斗要慢，在旋挖過程中要注意通過控制盤來監(jiān)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(chǎn)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(guān)，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(shè)計孔深后，將鉆斗留在原處機械旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，將孔底虛土盡量裝入斗內(nèi)，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(shè)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(xiàn)縮徑現(xiàn)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(cè)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(yè)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(jīng)復核無誤后開始第一節(jié)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(xù)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(nèi)空氣流通；挖孔樁施工時要嚴格保證孔內(nèi)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(lián)系通暢，并確保在保突發(fā)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(yè)，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(shè)在不受施工影響的地方。開工前，經(jīng)復核后應妥善保護，施工中應經(jīng)常復測。第一節(jié)護壁成孔后，由現(xiàn)場技術(shù)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(jù)。

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(jié)強度核算錨索拔除長度：

②按雙根錨索與錨固體粘結(jié)強度核算錨索拔除長度：

③按周邊巖土體與錨固體粘結(jié)強度核算錨索拔除長度：

根據(jù)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(qū)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(cè)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(tǒng)計，進行對比，總結(jié)拔錨參數(shù)。

為了防止錨索被拔斷，按照錨索破斷拉力312kN的85%設(shè)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(jié)

計算發(fā)現(xiàn)，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(shù)的研究，及時總結(jié)施工參數(shù)，經(jīng)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(jié)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(gòu)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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