地铁明挖基坑施工中大直径自进式锚杆的应用

蒋 斌

（中铁十九局集团第六工程有限公司，江苏无锡 214000）

0 引言

现代工程建设中，大直径锚杆施工技术为典型的支护形式，因其具有施工周期短、支护效果可靠等特点而获得广泛的应用。为充分发挥出该项施工技术的应用优势，需要立足于实际情况，按特定的思路有序施工，加强质量控制，构筑安全可靠的支护结构体系。

1 工程概况

某地铁明挖车站工程，基坑长约130.35 m，标准段宽22.8 m，开挖深度约19.5 m。通过桩撑和桩锚相结合的方式，共同组成完整的围护结构。地铁车站施工现场以第4 系素填土居多，易失稳；地表下方含粉质黏土、砂砾、花岗岩（有强、中、弱风化3 种状态）等多重地质。

在基坑施工中，使用到Φ800@1200 mm 灌注桩，支护结构含两部分，其中第1 道为钢筋混凝土支撑，除此之外的其他部分均为锚杆（索）支护结构。土层加固中，使用到73/59 mm 自进式锚杆，长度视现场情况而定（18～24）m，水平、竖向的间距分别为2.4 m、2.5 m，外插角15°；岩层加固中，则将预应力锚索作为关键的加固材料。

2 大直径自进式锚杆的应用优势分析

项目施工受现状建（构）筑物、断面形式等多重因素的制约，采取的是可控性更佳的明挖法。围护结构形式方面，以桩锚支护为宜，原因在于其具有受力条件良好、施工便捷、成本低等多重应用优势。此外，纵观行业发展趋势，在地铁明挖车站深度持续加大的背景下，锚杆的应用优势也逐步显现，所用锚杆的长度及直径可以根据实际情况灵活增加，适用范围更广[1]。

锚杆支护结构与围岩共同作用，可构成完整的结构体系，用于解决围岩易失稳的问题，从而提高基坑的整体稳定性。根据最大水平应力理论分析，受最大水平应力的影响，围岩的状态受扰，伴有层间错动现象，进而作用于基坑，导致基坑呈现出不同程度的变形。应用锚杆，可以约束沿轴向岩层剪切错动，阻止其发展趋势。在工程中，应用锚桩支护的优势主要有以下4 点：

（1）充分发挥出桩及大直径锚杆在强度、刚度方面的优势，从而优化受力条件。

（2）锚杆支护的施工较便捷，可在短时间内高效完成相关工作，给后续施工争取更充足的时间。

（3）自进式锚杆的工艺先进，即便在软弱地层中也依然具有可行性。

（4）基坑内部结构的完整性较好，可提供充足的空间来规避因倒换支撑而导致安全隐患剧增的问题。

3 大直径自进式锚杆的构造

大直径自进式锚杆含自进式杆体、合金钻头、锚固端头等多个部分。杆体外表全长，可根据需求用套筒连接加长，施工具有灵活性；极限拉力达到700 kN，可有效优化受力条件。

4 施工工艺

（1）贯彻“时空效应”理论，按照“纵向分段、竖向分层”的方法有序施工，采取先撑后挖的理念，从而保证施工的安全性以及结构的稳定性。

（2）纵向5 段、竖向9 层，按顺序依次开挖土石方。

（3）各层土方开挖施工期间，每到达锚杆以下50 cm 处时，随即组织锚杆钻进、注浆等相关工作。

4.1 工艺流程

工艺流程为：测量放样→钻机就位→钻进→连接杆体→检查（具体考虑的是锚杆的尺寸、形态等指标）→安装止浆塞和垫板→制浆→注浆→封口→清理→端头锚固。

4.2 施工方法

4.2.1 锚杆参数

选用的是无缝钢管，于杆体上按照（100～150）mm 的间距依次布孔，作为注浆孔而使用。施工期间，高压细流喷射浆液的作用力较强，易导致深基坑围护结构受损，因此需加强对锚固端头3 m 以内杆体的防护，即该处不设置注浆孔。

从受力的角度来看，锚杆需承受大量的拉力，为充分发挥出锚杆在力学方面的应用优势，需密切关注锚杆形成的固体桩的强度，待该值提升至设计值的80%后，及时组织对锚杆端头的封口固定作业。

4.2.2 测量放线

全面的准备能够给正式施工创设良好的条件。以设计图纸为准，由专员测量放线，并于关键点位处设置标识，作为后续施工的参照基准。锚杆定位时，水平向、垂直向的误差分别不超过±10 cm、±5 cm。钻孔至指定深度后，需持续转动（1～2）min，且相较于设计深度而言，实际钻孔深度宜增加（50～100）cm。

4.2.3 正式钻进

根据现场环境以及施工要求合理选择钻机型号以及钻进方法。在施工条件均一致的前提下，相比于常规锚杆而言，锚杆钻机输出的动力约大2 倍。常规的锚杆钻机运行性能有限，即便在最大扭矩状态下，其能够达到的钻进深度也仅为10 m 左右，且钻进效率偏低，难以满足质量和效率的双重要求。对此，项目配备的是综合性能更佳的多功能全液压履带钻机，并为之适配高压柴油静音空压机，形成联合作业的模式，此时的钻进深度普遍可达到30 m 左右。

按流程需有序完成钻进作业：①取用Ф50 mm 螺旋钻杆，利用该装置初钻引孔；②在此基础上，通过反钻的方式退出螺旋钻杆；③再转为大直径自进式锚杆，以便进入正式钻进环节；④随钻进作业的持续开展，钻进到位后压浆，通过浆液的凝固作用有效加固地层以及土体，形成共同受力的综合结构体系。

4.2.4 锚杆连接

锚杆分段，单个节段长度取3 m，钻进期间适时停钻，根据要求接长锚杆。杆体连接选用的是正反丝套筒，内径73 mm、长100 mm，期间加强检测与控制，保证杆体接长后轴线可重合。钻进工作落实到位后，杆体外露量以（50～60）cm 为宜，以便后续可顺利安装注浆帽，并更为便捷地采取锚固措施。

4.2.5 注浆施工

注浆覆盖范围为杆体以及该结构周边的锚固体，为保证注浆施工质量，采用的是二次压力补偿注浆的方法。首次注浆施工中，按照水灰比为0.38～0.45 的标准拌制水泥砂浆，强度30 MPa。加固现场的地层类型以粗砂和砂砾层居多，根据其地质特点，采取的是渗入式注浆法，注浆压力（0.5～1）MPa，在压力作用下使浆液有效填充至待加固的区域。

二次注浆施工可采用劈裂注浆法，材料为超细纯水泥浆，水灰比0.45～0.55。二次注浆施工全流程中，共有2 次压力峰值，在经过劈裂操作后，压力有大幅度下降的变化趋势，而随着浆液的持续注入，锚杆周边范围达到相对饱和的状态，压力反弹，有大幅度的增加。注浆存在一定的扰动性影响，因此需加强对周边现状建（构）筑物的监测，利用监测数据指导施工，以免在注浆期间出现地面隆起或建筑受损等问题。

4.2.6 锚固

经过锚固体注浆作业后，及时监测浆液的状态，在其尚未达到设计强度前需加强安全管理，不可出现随意敲击、振动等现象，待强度达到24 MPa 后，将钢腰梁安装到位。对于自进式锚杆力而言，其存在“围护结构→钢腰梁→锚固端头→锚杆及加固体”的传力路径，因此需充分考虑各传力点和传力面的实际情况，如接触面需具有完整性与密实性、受力方向具有合理性等。

4.2.7 杆体内力监测

在锚杆施工范围内选取3 处具有代表性的典型断面，分别对其展开锚杆内力监测工作。结果表明，在基坑开挖进程持续推进之下，锚杆内应力有波动增加的变化趋势，各阶段的内应力值不尽相同，其中以基坑开挖见底后3 d 左右最为显著，内应力达到峰值，而在逐步施工结构底板时，该内应力趋于稳定。关于某断面第1 道锚杆的内应力监测结果，如图1 所示。

图1 第1 道锚杆内力波动性增加监测值

5 结语

在地铁明挖基坑施工中，通过大直径锚杆的应用，可在短时间内形成完整的支护体系，其具有较好的支护效果，能够创造安全的施工环境。重点对大直径自进式锚杆的应用要点展开分析，希望所提的内容可作为类似工程的参考。