软土地层地铁盾构区间锚索处理技术

黄志斌 游 杰

(1.佛山市轨道交通发展有限公司,528000,佛山; 2.佛山市铁路投资建设集团有限公司,528000,佛山∥第一作者，工程师)



软土地层地铁盾构区间锚索处理技术

黄志斌1,2游 杰1,2

(1.佛山市轨道交通发展有限公司,528000,佛山; 2.佛山市铁路投资建设集团有限公司,528000,佛山∥第一作者，工程师)

以佛山地铁1号线某盾构区间穿越沿线某建筑基坑锚索支护为背景,介绍了明挖基坑法、暗挖隧道法、套管拔除法和旋挖钻垂直切索法等4种对锚索支护的处理方案。综合考虑工期、工程造价、工程风险等因素,最终确定采用旋挖钻垂直切索法,取得了良好的处理效果。可为类似锚索清障工程提供参考。

地铁; 盾构区间; 锚索处理; 旋挖钻垂直切索法

First-author′s address Foshan Metro Co.,Ltd.,528000,Foshan,China

近年来,随着经济建设的快速发展,城市地铁隧道、地下空间开发等地下工程项目进入了飞速发展阶段,地铁盾构穿越地层障碍物的情况越来越复杂,地铁沿线基坑的锚索支护超出建筑红线且侵入地铁盾构区间时常发生。如何安全、经济地解决预应力锚索侵入隧道盾构区间的问题,已成为地铁盾构安全施工、确保施工工期极待解决的难题[1-2]。

目前,处理盾构区间锚索的常见方法有明挖基坑法、暗挖隧道法,及其针对锚索的具体情况而引伸出来的套管拔除法、人工挖孔清除法等[3-6]。本文结合佛山地铁1号线某盾构区间穿越沿线某建筑基坑锚索支护的工程实例,分析比选了处理锚索的各种施工方案,详细介绍了旋挖钻垂直切索法,并分析验证了该施工方案的正确性。

1 工程概况与地质概况

佛山地铁1号线某盾构区间长度为1 208.6 m,为地下双线隧道,采用盾构法施工。盾构区间外轮廓直径为6 m、管片厚度为35 cm、隧道平均埋深约17 m。相邻地块建筑基坑采用桩锚支护体系。地铁盾构区间与锚索的位置关系如图1所示。该建筑基坑约有长83 m范围的支护锚索侵入到地铁右线的盾构区间内,影响施工的锚索共计68根。

建筑基坑桩锚结构中锚索抗拉强度高达1 860 MPa,且具有较好的韧性。故盾构推进时,锚索将可能缠绕在盾构机的刀盘上,从而影响盾构机的正常掘进,严重时甚至会将盾构机的螺旋机卡死,堵塞盾构机的正常出土。这给工程建设造成重大的安全隐患,故需在盾构施工前排除该区域锚索的影响。

受锚索侵入的盾构区间主要穿越的土层从上至下依次为淤泥、淤泥质土、粉细砂、中粗砂及强风化泥质粉砂岩。该场区土层具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低,灵敏度高的特点,地下水埋藏较浅,地下水较为丰富,砂土容易液化。锚索影响区域的地铁盾构所在地层的地质与水文纵断面图见图2。

在锚索的影响下,盾构机难以保持良好的掘进姿态,盾构机若长时间停留在该区域,将会偏离设计轴线而向下沉陷,继而使管片发生变形,严重时会发生涌水现象,相应的地表也会发生塌陷。

图1 地铁盾构区间与锚索的位置关系图

图2 地层的地质与水文纵断面图

2 锚索处理方案比选

结合施工场地周边情况和工程地质条件,提出了以下4种锚索处理方案。

2.1 明挖基坑法

明挖法是一种传统的施工工艺,工艺较为成熟、可控性较高。其在预计锚索存在的地段进行明挖基坑,深度约为20 m左右,坑壁采用地下连续墙支护。该方案施工风险较小,且可排除其它不明障碍物,彻底清除锚索。但该地段位于市中心繁华区域,若进行围挡明挖,将严重影响既有主干道的正常交通；同时较多的地下管线导致迁改非常麻烦；工程造价增加约为1 400万元且受管线迁改和征地拆迁制约,工期无法保证。

2.2 暗挖隧道法

为了避免拆迁和改建工作,减少对地下管线和地面交通的影响,可采用在车站端头井处做暗挖隧道清除侵入盾构区间的锚索,然后盾构机空推通过该区域的方案。由于该盾构区间地层为淤泥和淤泥质土等自稳性较差的软弱地层,且地下水较丰富,虽对该区域采取地面旋喷桩加固和洞内前进式深孔注浆等地层加固措施,但仍存在较大的施工风险。若采用该方法，工程造价增加约为2 500万元,施工工期约8个月。

2.3 套管拔除法

根据原套管跟进钻取法的施工要求,沿锚索支护桩外墙施做一个5 m宽的工作基坑,然后用跟管钻机套取锚索。根据现场施工情况(如图3所示),可采取的主要措施有:①用千斤顶直接拉拔;②采取套管钻进拔除,进尺5 m左右位置锚索断裂;③采取潜孔锤辅助成孔后再用千斤顶拉拔。但由于锚索长度较长,锚索的实际角度与设计角度存在偏差且无准确数据支持,采取跟管钻进时,套管轴线与锚索轴线极有可能不拟合,造成套管钻进时极易切断锚索；采用潜孔锤松动土体深度不够,残存的锚固段过长,握裹体与围岩的摩擦力大于钢绞线最大破断力,造成该拔除方法无法运用。

2.4 旋挖钻垂直切索法

该方法在隧道上方地面的隧道中线位置处采用旋挖钻机将锚索垂直切断,然后盾构机挤压推进处理锚索。该方法的优点是只需占用一个车道进行施工,减少对交通疏解、管线迁改和征地拆迁的影响,且施工方法简单灵活,工程造价只需增加约800万元,施工工期约2个月。该方法的缺点是对锚索处理不够彻底,若出现锚索缠住刀盘的情况需开仓处理,存在一定的施工风险。为了预防残留的锚索对盾构机正常掘进的影响,根据锚索分布情况及地面条件等设置3处土层预加固区域,当盾构机到达土层预加固区域时,给进仓处理残留锚索提供了安全的条件。

综合考虑交通疏解、管线迁改、征地拆迁、工程费用、施工工期及现场试验等多方面因素，经对上述4种方法进行比选(如表1所示),本工程采用旋挖钻垂直切索法对该盾构区间的锚索进行清障处理。

表1 不同锚索处理方案技术经济比选

3 旋挖钻垂直切索法的锚索处理情况

3.1 旋挖钻的布置

根据锚索与盾构区间的平面关系,结合现场地面条件，适当避让区域内的管线来确定旋挖钻处理位置(如图4所示)。旋挖钻钻孔前,为避免钻断重要的地下管线,应用人工开挖沟槽,沟槽深度为2 m。旋挖钻机从地铁右线的盾构区间上方沿线路中心线方向垂直向下切断锚索,旋挖钻机采用φ0.8 m钻头,钻孔间距为0.6 m,共需钻孔142个。旋挖钻从地表开孔,钻孔深入至隧道底板下3 m,成孔后采用低标号M5砂浆进行回填,回填至距地面2 m高度为止(如图1b)所示)。

图4 旋挖钻处理范围平面图

3.2 预加固区域的设置

根据该建筑基坑锚索的分布情况,考虑避让地面构筑物和区域内的管线,沿地铁右线盾构区间的前进方向,共设置了3处土层预加固区域,如图5所示。单个土层预加固区域纵向长度为刀盘前3 m至中盾径向孔后1 m范围,加固体宽度与高度为盾体外2.5 m范围,即单个土层预加固区域尺寸为8 m×11 m×11 m。加固区域内实桩处理的长度为11 m,空桩长度根据实际地面标高确定。加固体采用三重管高压旋喷桩,桩径0.8 m,桩间距0.6 m,咬合0.2 m。

图5 土层预加固区域平面布置图

3.3 现场施工情况及处理效果

本工程地下管线探查用了15 d,高压旋喷桩加固土层和旋挖钻垂直切除锚索共用了45 d。现场局部封闭1个车道作为施工场地,对交通造成的影响较小,旋挖钻现场施工情况如图6所示。盾构机穿越该锚索处理区域共用了14 d,平均每天掘进7 m；盾构机穿越该区域土层的扭矩为穿越正常土层的1.5～2.0倍。盾构机穿越该区域时,未发生盾构机受锚索缠绕刀盘、隧道轴线偏移变形、管片漏水等不良情况。同时该区域地面情况良好,地表未发生过大的隆起或沉降现象,最大地表沉降值约12 mm,均在规范限值之内；同时地面建筑物并未发现由此产生的可见裂缝和建筑变形。

图6 旋挖钻现场施工情况

3.4 施工注意事项及防范措施

盾构机穿越锚索处理区域的主要施工注意事项如下:① 要避免锚索缠绕刀盘,减小刀盘实际开口率,造成扭矩及推力增大,土体不易进入土仓,引起地面产生较大隆起; ② 要注意锚索卷入土仓后,易缠绕螺旋输送机,使之出现拒排现象,甚至无法掘进; ③ 要注意刀盘对锚索的拉扯会造成较大的地层扰动,从而引起地面及周边管线沉降。

主要的应急防范措施为:① 当盾构机在加固区域内出现不能出土,造成扭矩及推力增大,土体不易进入土仓,引起较大地面隆起时,如经过检查确认为锚索缠绕刀盘,应进行开仓处理; ② 当盾构机向前掘进时,必须对地面情况加强巡视及监测,提高监测频率,发现地面变化较大,应立即停止盾构机推进。

4 结语

对明挖法、暗挖法、套管拔除法和旋挖钻垂直切索法等4种锚索处理方案进行了比选,决定运用旋挖钻垂直切索法处理佛山地铁1号线某盾构区间的预应力锚索,取得了良好的处理效果。该方法克服了软土地层等不良地质情况的影响,大大降低了工程造价、压缩了工期。在充分考虑地面构筑物和既有地下管线的分布情况下,灵活调整旋挖钻切索位置,大幅降低了交通疏解的压力和管线迁改的费用。该方法高效、灵活、节约、可靠,可推广运用于类似锚索清障工程。

[1] 傅春青.区间盾构隧道范围内的基坑支护锚索综合处理技术[C]∥中国岩土锚固工程协会.中国岩土锚固工程协会第十五次全国岩土锚固工程学术研讨会论文集.北京:人民交通出版社,2006:379-386.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市轨道交通结构安全保护技术规范:CJJ/T 202—2013[S].北京：中国建筑工业出版社,2013.

[3] 李广良.郑州地铁1号线会—民盾构区间锚索拔除施工技术[J].隧道建设,2014,34(5):494-498.

[4] 王淼.城市轨道交通盾构隧道穿越大厦地下室锚索的处理方案比选[J].城市轨道交通研究,2012(6):104-108.

[5] 林生凉.地铁盾构区间遇到锚索障碍物的处理方法及技术控制[J].福建建筑,2013(9):50-51.

[6] 杨石飞,顾国荣,王福林.深层清障技术纵论[J].地下空间与工程学报,2008,4(2):387-391.

Anchor Cable Removing Technique of Metro Shield Tunnel Section in Soft Soil Stratum

HUANG Zhibin, YOU Jie

Based on the tunnel construction project of Foshan metro Line 1,which crosses through the existing deep anchoring cables of a building,4 kinds of anchor cable removing schemes——open excavation method, underground excavation method,casting extraction method and rotary drilling rig method——are introduced.Taking into account of the time limit,project cost and project risks,the rotary drilling rig method is finally adopted to deal with the anchor cable problems,which has achieved good results.This method can provide a reference for similar projects in the future.

metro; shield tunnel section; anchor cable removing; rotary drilling rig method

U 455.43;TU94+3.9

10.16037/j.1007-869x.2017.06.027

2015-09-22)