錨索拔除施工技術(shù)

王超 張亮 程輝

摘 要：管鉆進(jìn)套取錨索法作為一種拔除預(yù)應(yīng)力錨索的新技術(shù)、新工藝。隨著套管跟進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，本工法在各地區(qū)城市地鐵施工及相關(guān)施工中必將得到越來越多的應(yīng)用，具有廣闊的市場前景

關(guān)鍵詞：錨索、拔除、萬向節(jié)、張拉法、柔性、跟管鉆進(jìn)

Pick to: the pipe drilling show anchor method as a kind of prestressed anchor rope pulling new technologies, new processes. With the continuous development of casing follow-up technology and improvement of this method in various areas in city subway construction and related construction will get more and more application and has broad market prospects

Keywords: anchor rope, pulling, universal joint, rafa, flexible, and drilling

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1000-8772（2013）09-0000-01

一 工程概況

益田站-石廈站區(qū)間設(shè)計為兩條并行的單線盾構(gòu)法隧道，由益田站北端出發(fā)后，向北沿石廈街下穿。根據(jù)設(shè)計和相關(guān)資料，在右線隧道里程YDK4+099-YDK4+166.877,長67.8m的范圍(位于福民路與石廈街交匯處的北側(cè)，石廈街下方)。石廈街西側(cè)的天虹商場地下室圍護(hù)結(jié)構(gòu)錨索侵入右線隧道（圖1-1、1-2），如果不采取措施處理，在盾構(gòu)掘進(jìn)該段時將嚴(yán)重影響盾構(gòu)機(jī)的正常掘進(jìn)，從而增大隧道安全隱患。原設(shè)計方案為從石廈站南端沿著隧道右線采用礦山法施工，將侵入隧道的錨索一一割除。

天虹商場地下室修筑期間采用水泥攪拌樁加工字鋼作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，支撐采用槽鋼腰梁和豎向間距3m，水平間距2m，長度為25m的2根7束直徑15mm錨索。錨索自由段長8米，錨固段長17米。

天虹商場、錨索與隧道關(guān)系和錨索侵入隧道情況見附圖1-1和圖1-2所示。

圖1-2 錨索工作坑及隧道斷面圖

原設(shè)計從石廈站南端沿著隧道右線采用礦山法施工，將侵入隧道的錨索一一割除的方案，因?yàn)楣て谳^長，成本較高，安全隱患較大，故將此方案改為沿石廈北大街西側(cè)，距離天虹商場地下室東側(cè)外邊線1m以外的范圍，沿錨索上方施做一排豎井及暗挖隧道，再采用拔除錨索的方法將錨索拔除。

二 試拔錨索方案分析及改進(jìn)

在豎井施工完成后，采用不同的三種施工工藝對錨索進(jìn)行現(xiàn)場拔除試驗(yàn)，觀察施工效果并確定相關(guān)施工參數(shù)，為最終確定合理的施工方案提供可靠的參考依據(jù)。

(一)張拉法

豎井施工完成后，將錨索周圍的豎井混凝土護(hù)壁鑿除，在錨索左右兩側(cè)各放置一塊30mm*60cm*60cm鋼板，再將YCW150B千斤頂頂置在鋼板上，采用張拉法將錨索直接拔除。

1試拔效果

鋼絞線拉的極限強(qiáng)度為200KN，張拉法拔除的拉力不能大于該極限強(qiáng)度的75%?，F(xiàn)場采用張拉法對3根錨索的拔除過程中，千斤頂施加的張力分別為140KN、130KN、140KN，均未能將錨索拔除。

千斤頂拔除現(xiàn)場

2結(jié)果分析

由于錨固長度較長（17m），直接利用張力將錨索拔除的施工方法的難度與危險性都很大：1）錨索施工過程中灌注錨固砂漿時，難免會出現(xiàn)局部部位鋼絞線與砂漿分離的情況，該部位的錨索由于長期暴露在土層中，一定程度受到腐蝕，鋼絞線拉強(qiáng)度也受到一定程度的影響，該處便成為整段錨索比較脆弱的部位。如果千斤頂施加的張拉過大，錨索可能在該脆弱部位發(fā)生斷裂，一方面將會這對現(xiàn)場施工人員將會產(chǎn)生很大危險，另一方面殘留土體中的錨索將會給后期盾構(gòu)施工帶來一定的困難；2）施加過大的張拉力時，千斤頂通過鋼板傳遞給豎井護(hù)壁的壓力同樣很大，這給整個豎井的基坑安全帶來很大的威脅。因此單獨(dú)采用千斤頂張拉法將錨索拔除的方案是不合適的。

（二）剛性套管跟管鉆進(jìn)套取法

錨索拉拔破壞可能發(fā)生在砂漿與鉆孔周圍巖體的接觸面上，也可能發(fā)生在錨索鋼絞線與砂漿的接觸面上。前者接觸面的強(qiáng)度主要指砂漿與鉆孔周圍巖體的粘結(jié)強(qiáng)度（設(shè)為a），后者主要指鋼絞線與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度（設(shè)為b）。在給錨索施加張力后，同等情況下，承受拉拔力小的接觸面首先發(fā)生破壞。這個拉拔力T取決于a和b中的最小值。如果能夠很大程度的降低a和b其中的一個，即我們需要拔除的力T將大大的減小，這時在利用張拉法就能很容易的將錨索拔除。

因此，我們在第二次試拔中采用YGL-100型多功能鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)套取錨索的方法。加工特制的三翼鉆頭，鉆頭外徑15cm，鉆孔套管直徑約為14.5cm。鉆進(jìn)角度盡量與原錨索一致，并使錨索位于套管的中央。

剛性套管跟管鉆進(jìn)拔除現(xiàn)場

由于使用的是剛性套管，在第二次試拔中，由于套管與錨索角度存在偏差，跟管鉆進(jìn)至10m處時鉆頭便將錨索絞斷。

被鉆頭絞斷的錨索

（三）柔性套管跟管鉆進(jìn)套取法

通過對剛性套管跟管鉆進(jìn)試拔錨索的方法分析獲得一下的經(jīng)驗(yàn)：1）錨索普遍采用麻花鉆施工，角度控制的精度相對較低,并且錨索受地層及重力因素的影響，一般會呈拋物線型態(tài)下垂，所以，采用剛性套管直接跟進(jìn)的方法在鉆進(jìn)過程中很容易因?yàn)樘坠芘c錨索之間存在角度偏差而將鋼絞線切斷，導(dǎo)致錨索殘留在土體中無法清除；2) 三翼鉆頭由于鉆齒較大，容易將鋼絞絲（錨索）絞散，從而將其一束束的絞斷； 3)鉆頭直徑過小，留給跟進(jìn)的套筒沿鋼絞線角度的調(diào)節(jié)空間較小，容易因?yàn)榻嵌绕疃袛噱^索。

針對以上柔性套管跟管鉆進(jìn)套取法的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，在第三次試拔中我們采用了柔性套管跟管鉆進(jìn)套取錨索，成功的將錨索一一的徹底拔除。

三 柔性套管跟管鉆進(jìn)套取錨索施工方法

柔性套管跟管鉆進(jìn)套取錨索處理工藝整個流程為：

機(jī)械設(shè)備加工→鉆機(jī)就位→調(diào)整鉆進(jìn)角度→安裝套管及鉆頭→開鉆→加接套管→調(diào)整角度→繼續(xù)鉆進(jìn)→直至到位→抽拔套管、鉆頭→再拔除錨索鉆芯。

（一）機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備

1 柔性套管: 錨索打設(shè)設(shè)計角度為25°，在具體施工時，它的角度是變化的，由于受地層及重力因素的影響，一般會呈拋物線型態(tài)下垂，加之采用麻花鉆施工，精度相對較低，所以，直接鉆進(jìn)很容易將鋼絞線切斷。為使套管順著錨索的軌跡鉆進(jìn)，不切割鋼絞線，我們采用每節(jié)1m的萬向節(jié)套管，它能包裹錨索，順錨索的彎度而鉆進(jìn)。這樣就使鋼套管有了柔性，能保護(hù)錨索不被切斷，沿錨索一直鉆到錨索錨固頭，破壞錨固頭后，再將其拔除。

圖3-1 萬向節(jié)套管示意圖

2 鉆頭的加工：針對前面對柔性套管跟管鉆進(jìn)套取法的缺點(diǎn)分析中的我們重新特制一個直徑17cm的波浪型小牙鉆頭。一方面波浪形小牙鉆頭因?yàn)殂@齒邊緣為波浪型，比較圓滑，鉆齒起伏也較小，不易絞散并切斷鋼絞線。另一方面，鉆頭直徑17cm比直徑14.5cm的套筒大2.5cm，在套管跟進(jìn)過程中有足夠大的空間進(jìn)行調(diào)節(jié)方向，使套筒始終保持與錨索一直的方向。

圖3-2￠17cm的波浪型小牙鉆頭

3 鉆機(jī)：與前面剛性套管跟管鉆進(jìn)套取法一樣主鉆機(jī)采用YGL-100型履帶式多功能工程鉆機(jī)。根據(jù)豎井的寬度，另外加工一個1.25×2.4m的輔鉆機(jī)在井下操作，輔鉆機(jī)尾端帶有角度調(diào)節(jié)裝置便于安裝時針對錨索的實(shí)際角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

YGL-100型多功能鉆機(jī) 輔鉆機(jī)加工

YGL-100型多功能鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

1）鉆孔深度： 60~150m；

2）鉆孔直徑：?130~250mm；

3）動力頭輸出轉(zhuǎn)速（正反）：40/80rpm；

4）動力頭最大輸出扭矩：6000N.m；

5）動力頭最大起拔力：55kN；

6）動力頭最大給進(jìn)力：40kN；

7）動力配置：電動機(jī)37kw或柴油機(jī)75kw。

（二）安裝鉆機(jī)

工作坑完成后,利用汽車吊將履帶式鉆機(jī)吊入基坑內(nèi),進(jìn)行安裝,鉆機(jī)傾斜度根據(jù)被切割錨索傾斜度確定，錨索的設(shè)計角度為25°，但鉆頭及套管的角度以現(xiàn)場錨索的實(shí)際角度為主。由于以前的錨索普遍采用麻花鉆施工，精度相對較低，為了避免因?yàn)殂@頭及套管與錨索角度偏差過大而使鉆頭過多的磨損或者切割錨索，導(dǎo)致錨索殘留在土體中未能得到徹底清除，而影響后期盾構(gòu)施工。所以開鉆之前角度調(diào)整是必不可少的一個步驟。

（三）鉆進(jìn)、跟管及拔除

輔鉆機(jī)安裝及角度調(diào)整完成后,將錨索穿入帶有鉆頭的第一節(jié)套管內(nèi),直至錨頭。

備好泥漿，開動鉆機(jī)，采用取芯式鉆進(jìn)，利用鉆機(jī)將套管分節(jié)沿錨索鉆入錨固段，邊鉆進(jìn)邊按錨索走向調(diào)整鉆機(jī)角度，直至完全破壞錨索與土層之間的粘結(jié)，在降低錨索抗拔力的情況下，用鉆機(jī)拔除錨索。每拔出一節(jié)（1m），將包裹在錨索上的水泥鑿除，切斷一節(jié)，再拔再切，直至全部拔除。

跟管鉆進(jìn)施工現(xiàn)場 拔除錨索錨頭

（四）孔洞充填

在錨索徹底拔除后，采用注入砂漿的方法對鉆孔進(jìn)行充填。

結(jié)語

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,許多大城市開始修建地鐵,盾構(gòu)隧道技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣,大多隧道都不可避免的下穿、旁穿大型建筑物。由于地鐵規(guī)劃較晚,沿線高大建筑物眾多。特別在沿海地區(qū)，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，錨索施工的運(yùn)用比較頻繁，這很大程度對地鐵的盾構(gòu)隧道的施工帶來不便。而一般錨索的施工工藝，精度相對較低時，采取一般拔除方法可能造成錨索斷裂，殘留在土體中無法清除。跟管鉆進(jìn)套取錨索法作為一種拔除預(yù)應(yīng)力錨索的新技術(shù)、新工藝，不但能夠拔除侵入盾構(gòu)隧道內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨索，而且與其他方式相比具有施工成本較低、能縮短施工準(zhǔn)備周期，同時也大大地降低了施工風(fēng)險。

隨著套管跟進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，本工法在各地區(qū)城市地鐵施工及相關(guān)施工中必將得到越來越多的應(yīng)用，具有廣闊的市場前景。