地鐵建設(shè)中應(yīng)對既有廢棄錨索方法與評價

摘" 要：地鐵建設(shè)中遇到地下既有廢棄錨索的情況屢見不鮮，該文結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗，提出工程中避免廢棄錨索產(chǎn)生或避讓廢棄錨索的建議。地鐵盾構(gòu)法施工結(jié)合實際廢棄錨索侵入?yún)^(qū)間位置、長度、數(shù)量等因素應(yīng)對廢棄錨索方法選擇，有盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)行推過錨索區(qū)，旋挖鉆或全套管全回轉(zhuǎn)鉆提前進(jìn)行地面預(yù)處理錨索方法比選；地鐵明挖法施工結(jié)合實際地質(zhì)水文條件應(yīng)對廢棄錨索方法選擇，有旋挖鉆孔灌注樁、旋挖鉆孔灌注樁+旋噴樁止水、全套管全回轉(zhuǎn)咬合樁、地下連續(xù)墻工藝應(yīng)對廢棄錨索的綜合經(jīng)濟(jì)比選分析與評價。

關(guān)鍵詞：廢棄錨索；盾構(gòu)法；明挖法；旋挖鉆機(jī)；全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；地下連續(xù)墻

中圖分類號：U455.4" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0123-06

Abstract： It is common to encounter abandoned anchor cables in the construction of subway. Based on the author's engineering design experience， this paper puts forward some suggestions to avoid the generation or avoidance of abandoned anchor cables in the project. In the construction of subway shield method， the selection of abandoned anchor cable method should be combined with the actual location， length， quantity and other factors of abandoned anchor cable intrusion interval. The shield machine is forced to push through the anchor cable area， and the ground pretreatment anchor cable method is compared and selected in advance by rotary drilling or full casing rotary drilling. The construction of subway open-cut method should be combined with the actual geological and hydrological conditions to deal with the selection of abandoned anchor cable methods. There are comprehensive economic comparison and evaluation of rotary drilling bored piles， rotary drilling bored piles plus rotary jet grouting piles， full-sleeve full-rotation interlocking piles， and underground continuous wall processes to deal with abandoned anchor cables.

Keywords： abandoned anchor cable; shield method; open excavation method; rotary drilling rig; full-sleeve full-rotation drilling rig; underground diaphragm wall

目前，我國的地鐵基本均修建于300萬人口以上的中大或特大城市，地鐵沿線周邊建（構(gòu)）筑物情形多樣，尤其近20年來新建的高層建筑物基本均設(shè)有地下室，對于地下層數(shù)較多且不規(guī)則的基坑，一般會選擇樁錨支護(hù)形式。而民建基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)多數(shù)為臨時性構(gòu)件，其中錨索隨著支護(hù)功能失效而殘留在建筑紅線外，形成地下垃圾，廢棄錨索殘留于道路下時則出現(xiàn)對相鄰地鐵建設(shè)造成嚴(yán)重影響的情況。

本文結(jié)合太原地鐵1、2號線建設(shè)中的實際工程案例，對地鐵盾構(gòu)法施工和明挖法施工應(yīng)對既有廢棄錨索方法選擇進(jìn)行了總結(jié)，為后期類似工程提供借鑒與參考。

1" 工程案例

1.1" 案例一

太原地鐵1號線小井峪站-下元站區(qū)間及下元站臨近公園時代城，本綜合體裙樓為地上5層，地下4層，建成后大量廢棄錨索殘留于地下，由于地鐵線路受西側(cè)古槐和東側(cè)下元站站位等邊界條件的制約，小井峪站-下元站區(qū)間無法完全避開此建筑物臨迎澤西大街側(cè)殘留的廢棄錨索，地鐵結(jié)構(gòu)輪廓與廢棄錨索的位置關(guān)系如圖1所示。

結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)輪廓與建筑物的原支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計資料分析，雖然二者之間在平面位置上約300 m范圍內(nèi)存在上下重疊，經(jīng)進(jìn)一步分析兩者的剖面關(guān)系，原支護(hù)結(jié)構(gòu)的第2、3道錨索侵入地鐵盾構(gòu)區(qū)間，但侵入長度較小，圖2為兩者典型剖面位置關(guān)系圖。

施工過程中考慮此范圍廢棄錨索已臨近盾構(gòu)機(jī)接收（下元站預(yù)留小井峪站-下元站盾構(gòu)區(qū)間的接收條件）區(qū)域，且從空間位置關(guān)系判別只有局部錨索侵入盾構(gòu)區(qū)間范圍（錨索侵入盾構(gòu)刀盤范圍長度不大于1.5 m），盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中有可能將錨索推擠至盾構(gòu)機(jī)輪廓外，同時考慮錨索在打設(shè)過程中錨索實際長度、角度也存在一定偏差，如果提前由地面采取預(yù)處理，未必會取得滿意的效果，且處理費(fèi)用昂貴，最終選擇適當(dāng)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)刀盤的方式，盾構(gòu)機(jī)自行調(diào)整直接推進(jìn)并順利貫通。

下元站及其部分附屬結(jié)構(gòu)同樣受此地塊廢棄錨索影響，由于場區(qū)范圍地下水位較高，且無坑外降水條件，下元站主體基坑（深度約20 m）采用地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，附屬基坑（深度約11 m）采用鉆孔灌注樁+三重管高壓旋噴樁止水的支護(hù)形式。地下連續(xù)墻成槽過程中依靠對成槽機(jī)抓斗采取鈦合金加強(qiáng)，將錨索切斷，施工過程中適當(dāng)控制泥漿配比，防止拉扯錨索過程中槽段出現(xiàn)大范圍塌槽，經(jīng)實地巡查基坑開挖過程中，在基坑內(nèi)側(cè)地連墻未發(fā)現(xiàn)有明顯質(zhì)量問題，如圖3、圖4所示。太原地區(qū)類似地層中地下連續(xù)墻施工遭遇廢棄錨索情況，采取對成槽抓斗進(jìn)行加強(qiáng)，解決地層中錨索問題，在山西汾酒文化商務(wù)中心基坑工程中做過相關(guān)總結(jié)[1]。

1.2" 案例二

太原地鐵1號線柳巷南口站-五一廣場站區(qū)間及柳巷南口站臨近晉商銀行大樓，大樓地下有3層，原地下室基坑施工中采用樁錨支護(hù)形式，工后臨迎澤大街地下殘留大量廢棄錨索，柳巷南口站受站位影響設(shè)置于路南側(cè)，導(dǎo)致大量廢棄錨索侵入柳巷南口站明挖基坑及柳巷南口站-五一廣場站區(qū)間，地鐵結(jié)構(gòu)輪廓與廢棄錨索的位置關(guān)系如圖5所示。

結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)輪廓與原地下室基坑支護(hù)設(shè)計資料分析，晉商銀行大樓原基坑支護(hù)的豎向2道錨索有較長段（且貫通盾構(gòu)區(qū)間斷面）已侵入柳巷南口站-五一廣場站區(qū)間的右線盾構(gòu)掘進(jìn)范圍和柳巷南口站明挖基坑。經(jīng)評估，錨索纏繞卡死盾構(gòu)機(jī)可能性較大，有必要提前對廢棄錨索進(jìn)行預(yù)處理。二者剖面位置關(guān)系如圖6所示。

最初方案考慮柳巷南口站附屬基坑若能早于盾構(gòu)區(qū)間施工，借助開挖附屬基坑過程中由明挖基坑內(nèi)側(cè)將影響盾構(gòu)掘進(jìn)范圍內(nèi)的錨索拔除，可達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又可靠的效果。但建設(shè)過程中因全線區(qū)間“洞通”時間節(jié)點(diǎn)的影響，未能實現(xiàn)原方案，最終選擇由地面采取旋挖鉆預(yù)處理盾構(gòu)輪廓內(nèi)的錨索。沿盾構(gòu)結(jié)構(gòu)輪廓布置2排Φ2 000 mm@1 700 mm的旋挖鉆孔，對旋挖鉆頭進(jìn)行鈦合金加強(qiáng)，靠大功率旋挖鉆頭將錨索攪斷拔出，并采用三七灰土回填、夯實鉆孔，雖可能殘留部分短節(jié)錨索，但殘留錨索一般長度不大于1.5 m，基本可通過盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)隨渣土一并帶出，不影響盾構(gòu)機(jī)的正常掘進(jìn)，如圖7所示。

柳巷南口站主體基坑（深度約18 m）采用地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，附屬部分基坑（深度約10 m）采用鉆孔灌注樁+三重管高壓旋噴樁止水的支護(hù)形式，基本均可應(yīng)對地下廢棄錨索的影響。

1.3" 案例三

太原地鐵2號線輯虎營站-北大街站區(qū)間，側(cè)穿臨近萬達(dá)廣場綜合體時遭遇大范圍廢棄錨索群，豎向2道廢棄錨索侵入盾構(gòu)左線隧道，縱向影響范圍約190 m，共計300余束。錨索與區(qū)間兩者的典型剖面位置關(guān)系如圖8所示。

案例三中錨索與區(qū)間的位置關(guān)系與案例二基本類似，本工程錨索處理方案由地面采取全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)靠區(qū)間輪廓內(nèi)側(cè)垂直施工咬合樁孔，將錨索攪出區(qū)間范圍，然后采用三七灰土進(jìn)行回填。

施工主要設(shè)備為全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+鋼套管+沖抓斗+十字沖錘等，主要設(shè)備如圖9所示。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)為提供動力的設(shè)備，為鋼套管提供扭矩和壓入力且定位孔位。鋼套管底端配置鈦合金刀頭，具有強(qiáng)大的切削能力，可將地下孤石、地下殘留廢舊鋼筋混凝土樁、錨索等障礙物清除。另一方面，在鉆進(jìn)的過程中起到支護(hù)孔壁，防止孔壁坍塌的作用。十字沖錘為輔助將套管內(nèi)錨索沖斷的設(shè)備。沖抓斗是套管鉆進(jìn)后進(jìn)行管內(nèi)土體和障礙物清理的設(shè)備部件[2]。

其控制要點(diǎn)與案例二基本一致，為沿盾構(gòu)輪廓施工2排Φ2 000 mm@1 700 mm的咬合樁孔，確保套管鉆孔將錨索截斷為不大于1.5 m的長短節(jié)，盾構(gòu)掘進(jìn)時要避免刀盤受錨索纏繞而出現(xiàn)卡機(jī)事故。

操作要點(diǎn)為全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)帶動套管鉆進(jìn)后，通過沖抓斗將套管內(nèi)渣土抓出，抓取土過程中，遇到錨索卡管無法抓出時，更換十字沖錘，將錨索沖斷，然后采用沖抓斗將錨索節(jié)抓出。盾構(gòu)區(qū)間范圍的錨索被清除后，對鋼套管內(nèi)采用三七灰土回填，套管拔出后，及時對回填土體采用跟蹤注漿加固。

本工程的難點(diǎn)是周邊管線較多，施工場地需要占用萬達(dá)廣場門前場地及部分市政道路，協(xié)調(diào)難度較大，導(dǎo)致錨索處理工程（施工圍擋、管線改遷、綠化遷移、套管鉆施工和場地恢復(fù)）工期較長且處理費(fèi)用較高。

2" 應(yīng)對既有廢棄錨索方法總結(jié)

2.1" 工程中避免廢棄錨索產(chǎn)生或避讓廢棄錨索

地下殘留的廢棄錨索極可能對后期地鐵建設(shè)造成嚴(yán)重影響，市政公用工程有關(guān)部門有必要提前對城市建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行前期統(tǒng)籌管理，先施工地塊應(yīng)考慮后續(xù)的規(guī)劃地鐵建設(shè)條件。地鐵建設(shè)方有必要對臨近地塊建設(shè)去函提出相關(guān)要求，周邊地塊新建項目基坑工程臨規(guī)劃地鐵側(cè)的支護(hù)形式不得采用錨索結(jié)構(gòu)，避免工后廢棄錨索侵入遠(yuǎn)期地鐵范圍，降低后期地鐵建設(shè)難度。

然而，樁錨由于支護(hù)形式低造價、便于施工、工藝成熟的特點(diǎn)，成為城市地下工程中常選工藝。為避免廢棄錨索產(chǎn)生，建議城市建筑工程進(jìn)一步研究、推廣使用可回收式錨索，工后及時回收臨時錨索，可避免對后續(xù)相鄰工程造成影響，從源頭規(guī)避地下垃圾產(chǎn)生[3]。

但近幾十年城市基建大發(fā)展過后，各市政道路下已殘留大量廢棄錨索，廢棄錨索為地下障礙物，尤其對地鐵盾構(gòu)法施工區(qū)間影響較大。若采取提前預(yù)處理錨索方案，勢必要消耗大量額外的人力、財力、設(shè)備去清障。既然如此，前期地鐵初步設(shè)計中應(yīng)結(jié)合周邊建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)資料分析判斷廢棄錨索與地鐵結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系，必要時比選地鐵線路避讓廢棄錨索的方案。當(dāng)然，此過程需協(xié)調(diào)多個專業(yè)進(jìn)行配合，如線路專業(yè)評估避讓地下廢棄錨索后地鐵運(yùn)營行車平順性，車站結(jié)構(gòu)、建筑專業(yè)分析避讓錨索后對相鄰車站埋深或車站及其附屬布置的影響等，以上情況可能引起地鐵功能或投資變化。建議在功能、投資、可實施性等方面均衡的前提下優(yōu)先考慮地鐵建設(shè)（尤其盾構(gòu)區(qū)間）避讓廢棄錨索群的方案。

2.2" 地鐵盾構(gòu)法施工應(yīng)對廢棄錨索方法選擇

首先，分析廢棄錨索侵入地鐵盾構(gòu)區(qū)間位置、長度、數(shù)量，評估廢棄錨索對盾構(gòu)區(qū)間施工影響程度，選擇應(yīng)對方法。

2.2.1" 廢棄錨索侵入盾構(gòu)區(qū)間長度較短或數(shù)量較少時

如工程案例一的小井峪站-下元站區(qū)間，當(dāng)侵入盾構(gòu)機(jī)刀盤長度不大于1.5 m，且廢棄錨索接近于盾構(gòu)接收區(qū)域，不存在盾構(gòu)機(jī)因推過錨索區(qū)域后仍需要長距離掘進(jìn)的工況，可結(jié)合工程實際情況采取依靠盾構(gòu)機(jī)自身性能推過錨索區(qū)域的方案。

在盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)大的頂推力下，有可能將局部進(jìn)入刀盤范圍的錨索推壓至盾構(gòu)機(jī)外圍的地層中。此外，盾構(gòu)機(jī)刀盤本身具備切削堅硬物的能力，盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)勁的扭力足以將刀盤正前方范圍一定數(shù)量的錨索攪斷，或纏繞在刀盤上，或進(jìn)入螺旋輸送機(jī)與渣土一并帶出。臨近盾構(gòu)接收端，即便出現(xiàn)卡機(jī)開倉的最不利工況，盾構(gòu)接收時對地層的預(yù)加固可兼顧開倉條件。楊立濤等[4]在研究深圳地鐵9號線西延線盾構(gòu)穿越錨索群處置技術(shù)中同樣證實未采取地面預(yù)處理廢棄錨索，盾構(gòu)機(jī)刀盤可以把錨索絞斷強(qiáng)行推過的工況。

2.2.2" 廢棄錨索侵入盾構(gòu)區(qū)間較長（橫向貫通盾構(gòu)區(qū)間斷面）且數(shù)量較多時

對于遭遇沿地鐵線路縱向大范圍廢棄錨索群且錨索橫向貫通盾構(gòu)掘進(jìn)斷面，同時，錨索群處于非盾構(gòu)接收段，盾構(gòu)機(jī)穿越錨索區(qū)后仍有較長距離的區(qū)間需要掘進(jìn)，此工況如冒進(jìn)采用盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)行推過錨索區(qū)的做法，極可能出現(xiàn)盾構(gòu)卡機(jī)或?qū)Φ侗P有較大的磨損后仍需長距離“帶病”掘進(jìn)，存在較大的安全隱患。此工況建議采取對盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)輪廓范圍內(nèi)的錨索進(jìn)行預(yù)處理方案。眾多學(xué)者針對盾構(gòu)區(qū)間遇到廢棄錨索做了較多嘗試與研究，基本可總結(jié)為人工挖孔拔除錨索、明挖基坑清除錨索、暗挖隧道清除錨索、加固地層后盾構(gòu)開倉切除錨索、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)垂直切錨索、旋挖鉆機(jī)回旋切割錨索及多種工藝組合清除錨索等[4-5]，相關(guān)文獻(xiàn)對以上工藝做了對比分析，其中有些工藝適用性較差，施工現(xiàn)場操作不靈活且投資巨大。筆者經(jīng)工程實踐和相關(guān)調(diào)研，推薦2種實用性較強(qiáng)的處理方式：旋挖鉆機(jī)和全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行處理錨索。實踐證明，大功率旋挖鉆機(jī)可將旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的錨索攪斷帶出地面，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)為公認(rèn)清除地下孤石、地下殘留廢舊鋼筋混凝土樁、廢棄錨索的利器。兩者工藝相比，全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)具備更強(qiáng)大的清障能力，但施工造價較高，成孔造價約為旋挖鉆成孔的2.2倍，從處理廢棄錨索效果和造價上考慮，建議優(yōu)先采用旋挖鉆機(jī)處理廢棄錨索。

2.3" 地鐵明挖法施工應(yīng)對廢棄錨索方法選擇

一般情況，地鐵明挖基坑深度不小于10 m，其支護(hù)形式結(jié)合基坑地質(zhì)水文條件和基坑深度常選擇樁、墻支護(hù)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)以存在地下廢棄錨索影響為前提，則考慮可應(yīng)對地下廢棄錨索的設(shè)備。經(jīng)工程實踐總結(jié)，旋挖鉆機(jī)、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、地連墻成槽機(jī)均具備處理廢棄錨索的能力。

對于無水環(huán)境或可坑外降水的基坑，旋挖鉆孔灌注樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)的造價最低，其約為地下連續(xù)墻的70%，旋挖鉆機(jī)成孔的灌注樁為首選支護(hù)方案。

對于需降水且不具備坑外降水的基坑情況，旋挖鉆孔灌注樁+止水帷幕、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔的咬合樁和地下連續(xù)墻可作為比選方案。

因地下廢棄錨索的影響，攪拌樁難以實施。此時與灌注樁匹配的止水帷幕一般選擇三重管高壓旋噴樁，但三重管高壓旋噴樁的造價遠(yuǎn)高于攪拌樁，即便采用灌注樁+其樁間旋噴樁，也只是與地下連續(xù)墻的造價基本持平；若因止水效果不佳，外側(cè)設(shè)置完整的封閉式旋噴樁止水帷幕則造價更高，況且旋噴樁工藝受土特性影響明顯，尤其在粒徑較大的砂卵石層，止水效果不穩(wěn)定[6]，而地下連續(xù)墻的止水可靠性優(yōu)于灌注樁+旋噴樁止水帷幕。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)可以施作咬合樁，兼顧止水作用，但全套管咬合樁（隔1根樁為低標(biāo)號素砼樁）比地下連續(xù)墻造價高出約60%。基于以上綜合對比分析，地鐵常規(guī)明挖且需坑內(nèi)降水的基坑在遭遇地下廢棄錨索影響時建議選擇地下連續(xù)墻工藝。

3" 結(jié)束語

1）地下廢棄錨索對城市的長遠(yuǎn)規(guī)劃及可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，建議建筑行業(yè)大力提倡采用可回收式錨索，在項目建設(shè)結(jié)束后及時回收廢棄錨索，從源頭上避免產(chǎn)生地下垃圾。

2）工程實踐證實，地鐵建設(shè)中常用的機(jī)械中旋挖鉆機(jī)、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及地下連續(xù)墻成槽機(jī)，對其鉆頭、抓斗進(jìn)行鈦合金加強(qiáng)后，可作為由地面進(jìn)行處理廢棄錨索的有效、實用設(shè)備，工程中可結(jié)合地鐵建造實際情況和工法進(jìn)行選擇。

3）對于盾構(gòu)區(qū)間遭遇廢棄錨索時，應(yīng)結(jié)合既有基礎(chǔ)資料認(rèn)真分析廢棄錨索侵入地鐵盾構(gòu)區(qū)間位置、長度、數(shù)量，評估后采取線路避讓、盾構(gòu)強(qiáng)行掘進(jìn)或地面預(yù)處理錨索方案。文中提及的錨索侵入地鐵范圍的長度或數(shù)量均為定性分析，工程師應(yīng)結(jié)合專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗作出合理評估。如需考慮地面預(yù)處理錨索方案，推薦采用經(jīng)濟(jì)、有效的旋挖鉆處理廢棄錨索工藝。

4）地面預(yù)處理廢棄錨索不僅費(fèi)用高，而且可能引起處理范圍內(nèi)市政管線遷改、綠化遷移、施工圍擋占路和場地恢復(fù)等額外的工程，造成地鐵建設(shè)投資增大，建議在不降低地鐵運(yùn)營功能的前提下合理比選地鐵避讓地下廢棄錨索的可行性方案。

5）對于地鐵明挖基坑遇到廢棄錨索，應(yīng)結(jié)合基坑深度及地質(zhì)水文條件選擇實施性、適用性強(qiáng)且造價合理的工藝。

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