盾构穿越区既有锚索拔出施工技术

陈振成

（中铁十六局北京轨道交通工程有限公司，北京 100101）

0 引言

近年来，城市轨道的不断发展，盾构施工不可避免地会穿越一些建筑群，其中一些建筑物在施工时采用桩锚体系，使得部分锚索留存在地铁施工段，对盾构施工造成了诸多不便。目前常采用的既有锚索拔除方案有明挖法和直接拔出法，但是这两种方案都有自身的局限性，适用性不广，需要针对具体情况进行改进。

采用明挖法施工的案例，例如马艳卫[1]针对深圳北环电缆隧道Ⅱ标盾构隧道在一区间掘进过程中遇到锚索留存的情况，通过对比已有方法，确定了采用人工从地面挖孔桩对锚索切断后拔出的施工方案。类似直接拔出法的案例，例如李刚[2]以郑州地铁某区间穿越地下车库原锚索支护区为背景，采用套管钻机套取为主，高压水切割冲击剥离、千斤顶拔出为辅的方法进行拔出施工。同时也有一些针对锚索进行提前处理的施工案例，例如韩维畴等[3]依托佛山市南海区新型公共交通系统试验段夏西站—夏东站盾构掘进工程，针对盾构穿越锚索区问题，采用在盾构施工前，对锚索区进行预处理，先采用高压旋喷桩加固土体，加固完成后采用旋挖干钻孔排除锚索的方法。唐金云[4]结合长沙市地铁3号线东塘站既有锚索拔出工程实例，采用钢护筒人工剪除方案拔出地下既有锚索。除以上案例之外，国内也有许多针对盾构隧道锚索拔出的研究[5-7]。

本文针对莫斯科地铁盾构施工穿越既有地下车站围护结构的锚索拔出问题，提出了新型既有锚索拔出施工方法，首先在锚索区域开挖出工作井，然后采用套管跟管钻进套取锚索[8]，最后将其拔出。通过施工实践证明，该方法可有效提高围护结构锚索拔除施工效率，缩短工期，降低施工成本。

1 工程概况

1.1 设计背景

整体工程西南段盾构区间中，阿米尼站-米丘林站区间全长1520m，最小转弯半径330m，最大纵坡坡度为43‰，拱顶埋深15m~30m；维尔纳站-米丘林站区间全长1460m，最小转弯半径400m，最大纵坡坡度为36‰，拱顶埋深13m~22m。隧道总长9325.4m，维尔纳站与米丘林站标高差达30m以上。线路最大纵坡坡度为43‰，最小转弯半径300m。且在盾构施工时，不可避免地要经过锚索留存区域。

1.2 工程地质条件

自西南段设计边界里程处（约ПК225+85）至韦尔纳德大街站区间，在里程约ПК230处(垂直)下穿运营车站维尔纳茨基大街站。此处区间覆土约14m，区间顶部距现运营车站底板的距离约5m。该既有站年代久远，围护结构形式及围护结构长度未知，需进一步调查。最不利的情况是，盾构机需要破坏原有围护结构才能掘进。目前可以确定的是，既有车站的围护结构的锚索处在盾构穿越区，第一层7根锚索及第二层7根锚索共14根锚索。既有车站位于25层（硬塑黏土）中，盾构区间位于25层（硬塑黏土）、31层（硬塑黏土）、41层（粉细砂土）中。具体土层情况见图1。

图1 工程水文地质剖面图

1.3 工程难点

（1）莫斯科地铁地质条件复杂多变，地层包括黏土、砂土、黏土夹砂等多种地层交错，上软下硬。

（2）俄罗斯莫斯科市位于北半球，冬季时长，最低可达零下35℃，对车站及盾构施工有很大的影响。

（3）在锚索拔出的实际操作中可能发生锚索断裂，引发弹射现象，对竖井安全造成不良影响。

2 新型既有锚索拔出施工技术

2.1 辅助工作井施工

2.1.1 辅助工作井位置及尺寸设计

隧道为双线隧道，锚索斜插入土内，工作井位置选在靠近既有地铁车站围护结构旁，可使开挖深度更小。工作井范围根据盾构直径及穿越线路上锚索范围确定，并能在其隧道范围外再拔出1~2两道锚索，留出一定富余量。经研究，确定左右线均需拔出第一层7根锚索及第二层7根锚索共14根锚索，据此确定了辅助工作井开挖范围为7根锚索，右线工作井长12.35m，左线工作井长11.7m。同时考虑到钻机安装及锚索拔出施工空间要求，左线工作井宽度为4.5m，右线工作井为4.825m。工作井开挖深度则根据锚索倾角（41°）及工作井宽度确定，据此计算确定拔出第一层锚索开挖的基坑底深度为9.09m，拔出第二层锚索基坑底深度为12.59m，详见图2、图3。

图2 施工流程图

2.1.2 工作井围护结构施工和降水

工作井围护结构采用钻孔灌注桩，首先对工作井范围进行场地平整，选用325mm×8mm及219mm×8mm钢管作为护筒，预先埋设护筒，然后采用钻机钻进成孔，当钻孔深度满足设计要求后，采用旋挖斗清孔，清孔完成后及时检测成孔质量，最后安装导管灌注混凝土，灌注完成后拔出护筒。

2.2 第一层锚索拔除

2.2.1 工作井基坑开挖至第一层锚索深度

工作井土方开挖采用机械开挖与人工开挖相结合，靠近车站围护结构一侧4m范围采用抓斗挖掘机进行开挖，为了防止锚索端头损坏，对后续施工造成影响，剩余0.5m基坑采用人工开挖。开挖总深度为9.09m，同时设置三道钢支撑结构，钢支撑采用的钢管尺寸为直径325mm×8mm，第一道支撑深度为1.9m，第二道支撑深度为4.5m，第三道支撑深度为6.5m。详情见图3。

图3 工作井布置设计图

2.2.2 钻机基座施工及安装

当工作井开挖至第一层锚索处，进行钻机基座施工，基座平面与锚索相垂直，基座混凝土厚度为0.5m。基座施工完毕后，用吊车将立柱式钻孔机吊入基坑内，将钻机安装至基座上。为避免套管与锚索角度偏差过大而导致锚索残留于土体中未能得到彻底清除，进而影响后期盾构施工，所以开钻前角度要进行调整。钻机倾斜度根据现场锚索实际倾斜度确定，同时钻头及套管角度也以现场锚索实际角度为主，现场测得锚索倾斜度为41°，具体见图4。

图4 钻机基座示意图

2.2.3 锚索拔出

锚索外径132mm，考虑到锚索孔孔位允许偏差为水平方向100mm，垂直方向50mm，因此为了保证能完整拔出锚索，选用钻孔管直径为230mm，选用自定中心管道，采用液压千斤顶将钻孔管旋钻入土层，钻入到锚索锚固段时，钻头需更换为金刚石钻头，以破除水泥外壁及减少液压千斤顶压力，使得锚索与土层彻底分离，减小起拔的阻力。

钻孔完成后，通过立柱式管道用液压千斤顶拔出锚索，建议长度不超过20m，左右线工作井分别各需拔出第一层7根锚索，见图5。

图5 锚索拔除示意图

2.2.4 锚索孔回填

锚索拔出后应及时对孔洞采用水泥砂浆进行回填，下行方向锚孔可将注浆管插至孔底注浆，待孔口溢出浆后停止注浆，最后补浆直至锚索孔填满。

2.3 确定是否需拔下一层锚索

第一层锚索拔出完毕后，下一层锚索仍需拔出，则将工作井基坑开挖到141.710m标高，即距离第一层锚索基坑底3.5m，同时再设一道支撑，距基坑底3.09m，然后重复上述步骤，完成第二层左右线工作井各七根锚索的拔出。如不需再拔下一层，则进行下面的施工步骤，具体见图6。

图6 注浆加固区域示意图

2.4 回填施工

工作井采用边拆除支撑体系边回填土方式进行回填，在隧道的区域还需进行注浆加固，加固范围为长14.3m，深12m。

3 施工注意事项

3.1 按照流程完成锚索拔出施工的前期准备工作

（1）对沿线周边建筑物进行详细调查；

（2）掌握锚索拔出施工影响范围内的建筑物实际情况；

（3）对安装的钻机角度进行严格校正，保证钻进过程中的角度准确。

3.2 施工过程中应注意下列事项

（1）操作人员进行安全技术培训，严格执行有关安全操作规程；

（2）支撑的架设进度紧跟进行土方开挖的施工进度，且在始发井位置预留用于垂直吊装的支撑缝隙；

（3）采用挖机形成工作井，采用水泥搅拌桩进行围护，并用钢支撑进行支护，保证工作井安全稳定；

（4）钢支撑连接要稳固，连接螺栓一定要全数栓接，不能减少数量，以免影响拼接质量；

（5）施工场地按要求统一设置围挡并进行围墙装饰，围挡四周并配足交通警示灯、水码、防撞桶；

（6）围护结构采用全钢的支撑，进行架设钢支撑，不可用作辅助脚手架等它用，且不允许人行；

（7）对钢支撑的变形、受力变化等加强监测，以便采取措施，确保结构和人员安全；

（8）支撑拆除按设计工况进行，应经技术人员同意，由专人组织拆除，并采取可靠措施；

（9）采用砂土进行回填，并对隧道穿越区域进行注浆加固。

4 结束语

综上所述，详细介绍了莫斯科地铁西南段新型盾构穿越区既有锚索拔出施工技术，通过把竖井通道施工与套筒钻孔锚索拔出技术相结合，整体来说有以下几个优点：

（1）避免了锚索被拉断导致清除不彻底，同时也不会发生锚索回弹，安全高效；

（2）竖井施工不用大面积开挖，减少了工程量，缩短了工期，控制了成本；

（3）施工过程安全可靠，避免了施工作业中的危险源。

同时，针对同类的上软下硬的地质情况，本文新型既有锚索拔出技术的成功应用，可以为其提供可靠的参考借鉴。