软土地层钢套筒中盾构隧道锚索拔除施工技术

于加云

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，300308 天津)

目前，我国地下空间正处在快速发展阶段，但由于部分城市在发展前期未完全落实有序发展的规划[1]，前期工程的遗留障碍物经常给后续工程带来较大的影响。例如，盾构隧道在下穿建筑物时遇到过往工程遗留的锚索就是施工中的典型案例，已有许多专家学者对此进行了研究分析。 李广良[2]和王淼[3]从工期、造价等方面对人工挖孔锚索拔除方案进行了论述；游杰等[4]、张志冰[5]、黄志斌等[6]介绍了采用地面旋挖钻切割处理配合盾构推进的施工技术；乔海洪[7]介绍了明挖竖井及暗挖通道配合全回转套管跟进法拔除锚索的施工方案。

本文结合绍兴地铁1号线区间工程实例，详细介绍了在软土地区采用钢套筒逐节拼装，并在钢套筒内人工拔除锚索的施工技术。该技术相对于人工挖孔桩的施工方法，具有安全性高、地层适应性广泛等优点；且能最大限度地拔除锚索，避免残留锚索对盾构施工的影响，可供类似工程参考。

1 工程概况

1.1 工程简介

绍兴地铁1号线某区间采用盾构法施工，区间隧道掘进后10～60 m遇到周边大厦基坑遗留锚索。锚索长度为23～25 m，使用Ф25 mm钢筋，约有20根侵入右线隧道，侵入长度约2.7 m。隧道上方分布有通信、电力、燃气、污水、给水等管线，管线分布密集。锚索与盾构隧道位置关系平面图如图1所示，锚索与盾构隧道地质剖面图如图2所示。

图1 锚索与盾构隧道位置关系平面图(管径单位：mm)

图2 锚索与盾构隧道地质剖面图

1.2 地质条件

由图2可知，该区间隧道穿越粉质黏土层及粉质黏土夹粉土层，上覆土层为淤泥质黏土，属高含水量、高压缩性、低强度土层。地下水主要赋存于粉土层中，具有微承压性。

2 工程难点分析

当盾构隧道出现数量众多的锚索时，必须在盾构通过前进行处理，否则会对盾构掘进造成以下影响。

(1) 锚索缠绕刀盘，造成扭矩及推力增大、土压波动过大，容易引起较大的地面及管线变形；严重时会使盾构无法掘进。

(2) 锚索缠绕螺旋输送机，导致无法出土，影响盾构施工。

(3) 地面管线较多，迁改困难，场地狭窄，难以进行大范围地面处理。

3 锚索拔除方案比选

3.1 地面全范围清障

在锚索侵入盾构右线隧道范围内实施地面全套筒全回转转机切割，转机直径2 m，间距1.8 m，深度进入隧道底板下3 m，成孔后采用低标号M5砂浆进行回填。全范围清障平面图如图3所示。

图3 全范围清障平面图

地面全范围清障的优点是可完全清除影响盾构推进的锚索。然而，该方案也存在以下缺点：①对管线影响较大，需进行大范围管线迁改；②对交通影响较大，车站施工期间，地面清场需占用两个车道，可使用的仅有双向4车道，交通压力大；③清障及管线迁改整体费用高。

3.2 地面单边清障

在隧道右侧从地面使用单排全套筒全回转转机进行锚索切割，使隧道范围内的锚索形成自由段，后期采用盾构机配合刀具(增加撕裂刀)配置掘进通过。单边清障剖面图如图4所示。

图4 单边清障剖面图

地面单边清障的优点是：施工占地面积较小，且可根据管线位置适当调整机械位置，尽量减小对管线及交通的影响。该方案的缺点如下：①未完全清除盾构通过范围内的全部锚索，将部分施工风险转移至盾构掘进过程中，容易造成锚索缠绕刀盘；②容易造成锚索缠绕螺栓输送机，影响盾构掘进；③刀盘拉动锚索，容易形成水力通道，造成地下水涌出，引起地面沉降及管线变形。

3.3 钢套筒结合人工拔除锚索

为避免单边清障的不利影响，同时降低施工对交通及管线的影响，采用以下施工方法：先施工旋喷桩封堵地下水，然后从地面开挖竖井并逐节下放、安装钢套筒，拼装到指定位置后，人工将隧道影响范围内的锚索全部拔除，最后将钢套筒拆卸吊运，逐孔进行水泥土回填。

该方案能够将侵入隧道的锚索全部拔除，避免残留锚索对后期盾构施工造成影响；且采用钢套筒作为竖井护壁，安全性和施工效率高，可循环利用，避免形成新的地下障碍物。钢套筒清障平面图如图5所示。

图5 钢套筒清障平面图

3.4 方案综合比较

对地面全范围清障、单边清障和钢套筒结合人工拔除锚索3种方案进行比较，方案比较结果如表1所示。

表1 方案比较结果

经过综合比选，最终选定钢套筒结合人工拔除锚索的清障方案。

4 钢套筒结合人工拔除技术

4.1 施工工艺流程

场地清理、设置围挡→测量放线定桩位及高程→地面破除→高压旋喷桩地层止水及加固→开挖第一节竖井土方→清井壁、校核垂直度及孔径→分块安装第一节钢套筒→架设垂直运输架→安装卷扬机→安装吊桶、照明、水泵、通风机等→分块开挖、吊运、安装第二节竖井土方(安装前需清井壁、校核垂直度及孔径，并与第一节钢套筒连接)→逐层往下循环作业→开挖至锚索处→分块安装最后一节钢套筒(安装前将锚索截断，钢套筒对应锚索位置开孔φ30～40 mm，锚索从开孔位置穿出)→竖井验收→安装、固定拔锚千斤顶→拔除锚索→吊运废锚索、千斤顶出竖井→竖井、锚索孔回填(回填同时从最后一节开始逐节拆除钢套筒)。

4.2 旋喷桩施工及竖井开挖

进行管线调查后，开始旋喷桩施工，在钢套筒外侧形成封闭止水环，在旋喷桩达到设计强度后，进行土方开挖。

开挖顺序采用隔一挖一法，待孔内锚索拔除完成、回填密实后开挖下一个孔。开挖进尺700 mm时，进行一次钢套筒护壁，竖井需挖至待拔锚索中心以下500 mm，竖井底采用素混凝土封底。

4.3 钢套筒成井施工

周围土体开挖至可组装单环钢套筒时，停止开挖，通过螺栓将单块钢套筒与上一节钢套筒连接，每节钢套筒(材质为Q235钢)分5块,安装顺序为A1、B1、B2、A2，最后将K块水平插入。环缝通过18根螺栓相连，纵缝通过3根螺栓相连，钢套筒块与块间、节与节间设置遇水膨胀止水条。K块中部设置1个注浆孔(φ25 mm)，可用于护筒背部注浆。钢套筒设计图如图6所示，钢套筒实景图如图7所示。

图6 钢套筒设计图(管径单位：mm)

图7 钢套筒实景图

4.4 护壁施工

成井护壁采用钢套筒，第1节钢套筒安装后需高出原地面300 mm(在高出300 mm与地面的交接面处，钢套筒两侧开孔，用钢筋固定，防止钢套筒随开挖深度增大逐步下沉)，使其成为井口围圈。

钢套筒背部注浆，注浆材料为水泥浆(水灰比1∶1，注浆压力不超过0.1 MPa)。

4.5 锚杆拔除施工

钢套筒安装完成并经过验收确认合格后方可拔除锚索。在竖井内拔除锚索时，应提前试拔，并逐步加大起拔力，直至顺利拔除锚索。根据详细的锚索位置图，开挖至需拔除锚索的位置，采用先沿锚索轴线方向打入套管、然后用千斤顶顶出锚索的方法。顶出锚索后，将其分段切割，吊出孔外，直至锚索被全部拔除。拔除锚索示意如图8所示。

图8 拔除锚索示意

4.6 钢套筒拆除及成井回填

锚索拔除完成后及时对锚索孔及成井进行回填。桩孔回填过程中，同步将钢套筒自下往上地逐步拔除。竖井采用水泥掺量8%的水泥土进行回填。回填示意如图9所示。

图9 回填示意

4.7 效果

后期盾构施工期间，对盾构压力、掘进速度等进行有效控制,加强同步注浆及二次注浆[8]，盾构机掘进参数平稳，地面沉降约12 mm，管线变形小于10 mm，整体安全可控。

5 结论

本文通过绍兴地铁1号线盾构区间锚索拔除的工程实例，提出了一种在软土地区采用钢套筒护壁结合人工拔除的处理方法，解决了软土地区竖井施工安全性、地层适应性差等问题，同时能最大限度地清除锚索。