影响盾构掘进的锚索拔除实践

李 凯 （合肥城市轨道交通有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引 言

随着城市建设的迅速发展，城镇化进程逐步加快，城市人口密度增大、交通拥堵以及能源土地资源有限等问题成为城市发展面临的日益严峻的问题，大力发展和利用地下空间成为解决这一问题的有效途径。越来越多的城市开建了地铁轨道工程，城市地铁以具有快速、安全、客运量大等优点而得到了空前发展。合肥地铁2号线走向基本与长江路全线一致，西至长宁大道站，东至大众路站，贯通合肥中心城区、老城区、高新区以及科学城。由于合肥地铁规划建设较晚，沿线已建有众多建筑物，故采用桩锚体系作为围护结构，在盾构掘进过程中，将有锚索侵入盾构区间，给盾构隧道施工带来许多不便。盾构隧道途经锚索区侵入的问题已经成为合肥地铁盾构施工一个亟待解决的难题。

1 工程分析

合肥市轨道交通2号线玉兰大道站～天柱路站区间右线设计为盾构法施工，在距离天柱路站西端主体结构68.5m处，原徽商购物广场北侧基坑打设38排锚索，每排有4层锚索，其中第二、第三层锚索侵入区间，每层有2根锚索，合计侵入区间的锚索有152根，侵入盾构区间，影响盾构掘进。

经过认真分析锚索特性，广泛论证，认为在盾构机到达前必须将侵入区间的锚索拔除，现分析如下。

①预应力锚索属于柔性结构，无法通过盾构刀具的切割将其破坏。

②预应力钢绞线强度高达1860MPa，是普通钢筋强度的6～9倍，即便通过加固处理成刚性结构，也很难通过盾构刀具的切割将其破坏。

③过多的锚索缠绕在刀齿上，造成刀齿的有效切削能力减弱或丧失，造成盾构无法掘进。

④通过观察附近相同地层旋挖钻成孔时，有个别桩孔局部有塌孔现象，故盾构前进过程中遇锚索若采取开仓处理，无法保证土仓内作业人员的安全。

为确保盾构施工的正常进行，决定在盾构机掘进前对侵入区间隧道的锚索进行拔除施工。

2 锚索拔除方案

玉兰大道站～天柱路站区间拔锚索竖井总计39个，锚索排布间距1.8m，其中31根桩采用旋挖钻成孔、钢护筒支护、千斤顶拔除锚索的方法取区间锚索。其余8根桩（6～13号桩）受变压器和改移的管道影响，无法采用旋挖钻成孔，根据现场情况，采用人工挖孔桩方法拔取锚索。确保锚索能够完全清除盾构区间，使盾构机能够顺利通过。拔除最终方案为旋挖钻结合人工开挖竖井和竖井下人工拔除锚索，具体施工人员安排和施工机械物资配置分别见表1和表2。

施工人员安排 表1

施工进度安排为：旋挖钻成孔分4个施工作业面施工，旋挖钻成孔（Φ1.3m）1d进度60m，其中31根桩为旋挖钻结合人工清孔竖井拔除锚索，平均进度为1d2个(竖井兼拔除锚索)；人工挖孔（8个）分4个作业面同时施工，前期准备3d，边施工边回填，后期场地恢复3d，计划施工工作日需要28d，在区间盾构推进前完成。玉兰大道站～天柱路站一路沿线管线较多，故施工场地尽量选择人行道上并避开管线。

施工机械物资配置 表2

2.1 旋挖钻成孔法取竖井内的锚索

分4个施工作业面施工，最大孔深12.5m，施工时，采取跳打法，待两侧的孔回填后再施工中间的孔。

①拆除拔锚施工区域内的施工围挡；破除路面，开挖探沟，确认开挖竖井区域内无管线。

②旋挖钻机开钻前场地应完成三通一平，即路通、水通、电通、场地平整。场地平整采用装载机平整，人工配合。旋挖钻机作业场地平整尺寸为10m×10m，平整后用挖掘机进行碾压，地基不好处对作业面进行换填处理，以满足钻孔设备的稳定性要求。

③开始第一个孔施工，首先测量放线，确定第一个孔位，采用1.3m直径旋挖钻机开挖，第一层锚索距离地面高度为5.5m～6.5m之间，未侵入隧道范围，直接用旋挖钻机破除。

④旋挖钻机破除第一层锚索后，继续下挖到8.5m，采用25t汽车吊吊运直径1.2m的钢护筒到孔中，钢护筒长9.5m；在钢护筒的保护下，人工向下清孔1m深，发现第二层锚索，将锚索从南侧齐根割断，然后下放组合式钢护筒（见图1），使锚索进入组合式钢护筒下方预留的拔锚孔，浆钢护筒反力架装置在钢护筒上，然后把穿心千斤顶安装上，并夹片夹牢锚索拔除时，应注意加强防护，控制好油压。采用穿心千斤顶拔锚索或锚固体。

为继续拔除第三层锚索，需要吊出钢护筒，旋挖钻机向下开挖1.8m后，移机到外侧；用吊车下放12.5m长钢护筒；（12.5m长钢护筒由第一段9.5m长钢护筒和3m长钢护筒组成）；在钢护筒的保护下，人工向下清孔1m深，发现第三层锚索，将锚索从南侧齐根割断，然后下放组合式钢护筒，使锚索进入组合式钢护筒下方预留的拔锚孔，将锚索头部穿过穿心千斤顶，并夹牢拔除。吊出钢护筒并用M10水泥砂浆回填，同时进行下一个孔的施工。

2.2 人工挖孔法取竖井内的锚索

人工挖孔法施工流程为：场地清理及围挡→土体开挖→清井壁、校核垂直度和洞径→混凝土护壁→截断第二层、第三层南侧锚索→拔除第二层、第三层北侧锚索→回填。

成井施工时先将中间土体采用短把的镐、锹等简易工具进行人工挖土，孔内出土采用卷扬机提升，人工运至孔外3m以上，再倒运至弃土场；轴线经复核无误后开始第一节开挖，每进尺1m做混凝土护壁一次，即以1m为一个施工段；如遇不需要拔除的锚索，直接截断继续下挖。

成井过程中，应修通排水沟，及时排掉井内抽出的水，从桩孔内挖出的废土或石碴由专人负责及时运出场外。施工过程中要做好垂直度偏差控制。

护壁施工要根据地质勘察报告提供的资料及相关规范要求进行护壁，护壁厚150mm，采用C35混凝土，竖井底部为150 mm C15素混凝土垫层，护壁钢筋为竖向钢筋采用φ8@200，箍筋采用φ8@200的钢筋布置，在拔锚索的施工断面再浇筑一段素混凝土，以便于拔锚索的操作。

拔除锚索前需进行试拔试验，尤其对千斤顶油压的控制和微调数据收集，积累施工参数；为减少锚索被拉断的情况，施加拉拔力时须缓慢，逐步增加，当锚索松动时，注意保持拉拔平衡，防止锚索断裂。

试拔试验进行多组，取得足够参数和经验后，再进行锚索拔除施工，具体施工示意图见图2。

锚索拔出后，锚索洞口需灌入1：1水泥砂浆，人工竖井用M10水泥砂浆回填，为了后期盾构施工和周围建筑物的安全，确保竖井回填密实。

2.3 锚索拔松和拔断等情况处理

当2根锚索同时松动时：在拔除锚固体时，出现千斤顶锁牢的2根锚索同时松动，而锚固体未松动的情况时，只需要将2根锚索拔出即可满足盾构安全掘进要求；此时，锚索已松动，锚索剥离开锚固体，将很容易拔出，拟采取安装滑轮，吊车配合将锚索抽出。

锚索拔断处理：①在拔除锚固体时，出现千斤顶锁牢的2根锚索，其中一根断开，无法重新锁牢的情况时，为防止将另一根锚索也拔断，此时，停止拔锚，降低千斤顶拉拔力为23.2t（锚索破断拉力的85%），试拔锚固体，若能拔动即慢慢将锚固体拔出；若不能拔动，采用水钻（见图3）跟管套进，将锚固体周边土体切开4m深，降低锚固体与周边土体的粘结力，按照理论计算可以将锚固体拔出。若仍不能拔动，继续跟管套进2m深，直至能拔出锚固体为止。②拔断2根时，需在区间隧道另一侧补充深孔，采用同样方法从另一侧拔除锚固体。若不能拔出，可结合水钻跟管套进直至取出锚固体。

3 主要施工工艺技术

3.1 施工测量

该工程拟投入的仪器主要有全站仪和水准仪等。

在场地周围四周布设4个水准点，作为建筑物沉降观测的依据。4个水准点闭合差应小于±12 ■ H 。场地整理及土方开挖时应保护好水准点。

开挖前应根据场区二级控制点，定出单体轴线控制点，作为轴线控制和放样的依据。用全站仪测出各控制线及轴线，用钢卷尺丈量各竖井中心位置，为了便于轴线、井中心和垂直度复核，于各井四周定4根木桩控制轴线位置。

3.2 旋挖钻机施工工艺

该工程钻孔施工采用旋挖钻机成孔方式、干法成孔施工。结合本工程钻孔桩的地质情况、数量多、工期紧等综合因素，钻头采用旋挖斗钻头。

3.2.1场地平整及钻机就位

液压多功能旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°，现场地面承载能力大于250kN/m2，所以钻机平台处必需碾压密实。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。

3.2.2钢护筒埋置

根据桩位点设置护筒，护筒的内径大于钻头直径100mm，护筒位置应埋设正确稳定，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应用粘土填实。

施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。护筒的埋设深度：在粘性土中不宜小于4m，在砂土中不宜小于8m。护筒高出地面20cm～30cm。

3.2.3钻孔

当钻机就位准确后开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，在旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。

开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重磨擦加压，150MPa压力下，进尺速度为20cm/min；200MPa压力下，进尺速度为30cm/min；260MPa压力下，进尺速度为50cm/min。

3.2.4清孔

钻进到设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需对孔底虚土进行清理。

3.2.5孔深计算

钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高计算孔深，以钻具长度确定孔深，超钻深度不大于50cm；孔径用检孔器测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可能进行下道工序。

3.2.6余土外运

该旋挖钻孔施工时的土石方临时堆放到北侧高架桥下方，积累到一定方量，采用挖掘机将土运上车，自卸汽车密闭外运至业主指定弃土场。

3.3 人工成孔施工工艺

成井过程采用多孔跳开施工，轴线经复核无误后开始第一节开挖，钢护筒随进尺下滑支护；如遇不需要拔除的锚索，直接截断继续下挖。

在挖孔桩开挖过程中，当施工人员下井时，应立即用鼓风机和输风管向井中送10min新鲜空气，保证挖孔桩孔内空气流通；挖孔桩施工时要严格保证孔内通道畅通,严禁堆放其他东西，确保提土桶或吊笼上下保证联系通畅，并确保在保突发事件时人员撤离安全。

开挖以2人为1个小组配合，每小组1d安排2～3个井进行流水作业，保证每根桩每天进尺一至两模，施工时共成立3个小组交叉施工。

井位、垂直度校核：基桩轴线的控制点和水准点应设在不受施工影响的地方。开工前，经复核后应妥善保护，施工中应经常复测。第一节护壁成孔后，由现场技术人员在钢护筒周围用竹片定出井位中心线，井位轴线用正交的十字线控制，作为往下施工井位垂直度偏差控制的依据。

3.4 锚索拔除工艺

按照以下公式进行计算：

①按单根锚索与锚固体粘结强度核算锚索拔除长度：

②按双根锚索与锚固体粘结强度核算锚索拔除长度：

③按周边岩土体与锚固体粘结强度核算锚索拔除长度：

根据详细的锚索位置图，下挖至需拔除的锚索，人工开挖至锚索以下40cm位置，预留拔锚索工作长度，剩余锚索采用电动砂轮分段切割，再做一个素混凝土操作面，待拔锚区域混凝土达到强度时，在锚索两边混凝土上垫上4根工字钢，用钢板连接做一个反力架以承受千斤顶反力，使用穿心千斤顶夹住锚索，拔锚操作人员空间两侧各有40cm操作空间用于千斤顶拔锚施工，千斤顶慢慢顶出，拔出锚索采用电动砂轮分段切割，吊出孔外，直至锚索端头离隧道边线1m外。

当护壁不能承受千斤顶反力，需在孔中加一个直径180mm的钢套管，用钢板连接做一个反力架以承受千斤顶反力，使用穿心千斤顶夹住锚索，慢慢顶出，拔出锚索采用分段切割，吊出孔外，直至锚索端头离隧道边线1m外。拔锚过程中一定要加强防护，控制好油压，防止对人员造成伤害；同时在拔锚施工中，做好拔断和拔除统计，进行对比，总结拔锚参数。

为了防止锚索被拔断，按照锚索破断拉力312kN的85%设置安全阀的开启压力，此时开启压力为：

式中：F为油缸张拉力；S为油缸有效作用面积。

4 总 结

计算发现，将锚固体与钢绞线一起拔除，可拔除长度限制为10.52m，若有更长的锚索，需配合水钻切割锚固体周边土体。通过对预应力锚索处理技术的研究，及时总结施工参数，经科学合理组织施工，施工工期满足总体筹划的要求，锚索处理彻底，同时确保了地面建筑物的安全。因此，采取旋挖钻结合人工开挖竖井和竖井下人工拔除锚索的方案能解决盾构施工中的问题，获得了良好效果，为今后类似工程的处理提供了参考。

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