鄭州地鐵1號線會—民盾構區(qū)間錨索拔除施工技術

李廣良

(中鐵十六局北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100)

鄭州地鐵1號線會—民盾構區(qū)間錨索拔除施工技術

李廣良

(中鐵十六局北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100)

鄭州市軌道交通1號線會—民區(qū)間盾構下穿建筑物時遇到了大面積深埋錨索。從工期、工程造價等方面對明挖基坑、暗挖隧道和人工挖孔3種錨索拔除方案進行比選，最終確定采用人工挖孔錨索拔除方案。通過在豎井狹小空間內(nèi)利用輕型拔錨機具有效地清除錨索，驗證了實施人工挖孔錨索撥除方案的正確性，解決了大面積深埋錨索對盾構施工的影響，同時也避免了大面積開挖對周邊環(huán)境的影響，可為今后類似工程提供借鑒。

軌道交通；地下空間；錨索拔除；人工挖孔

0 引言

伴隨著國內(nèi)各大城市軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵盾構下穿建筑物的情形越來越復雜[1]。針對盾構隧道在下穿建筑物時遇到錨索的情況，有學者與專家進行了研究和討論。如西安地鐵2號線區(qū)間盾構通過在建的城市廣場錨固區(qū)時，分析了錨索拔除施工過程中的技術難題，并通過實時監(jiān)測手段進行信息化施工[2]。西安地鐵2號線區(qū)間盾構錨索拔除具備大面積開挖的條件，而針對盾構區(qū)間穿過高大建筑物時不具備大面積開挖條件，即地下狹小空間錨索拔除施工技術，可參考借鑒的文獻不多，且相似的研究沒有相應的機具設備作為支撐。

本文結合鄭州市軌道交通1號線一期工程盾構區(qū)間下穿建筑物的工程實例，詳細介紹了錨索拔除施工過程的方案比選及狹小空間內(nèi)清除錨索的施工技術，分析驗證了人工挖孔錨索撥除方案的正確性，利用豎井在狹小空間內(nèi)選用輕型機具設備有效地清除了影響盾構施工的錨索。

1 工程概況

1.1 工程簡介

鄭州市軌道交通1號線一期土建工程會展中心站—民航路站區(qū)間(簡稱會—民區(qū)間)隧道采用盾構法施工，區(qū)間隧道從會展中心站始發(fā)20 m后，遇到藍碼帝王大廈原地下室圍護結構錨索(見圖1)。圍護結構是直徑為800 mm、間距為1 200 mm的鉆孔樁+樁間錨索，會—民區(qū)間左線隧道輪廓線距地下室圍護結構樁邊緣凈距為2.26 m。樁錨結構錨固區(qū)影響盾構隧道通過的錨索約有86根。錨索為φS鋼絞線(1860級)，設置上下2排，傾角15°，水平間距1.2 m，錨孔內(nèi)灌注純水泥漿，每根長26 m(自由段5 m，錨固段21 m)；成孔采用螺旋鉆，成孔直徑不規(guī)則，直線性較差。

圖1 錨索與盾構區(qū)間位置關系(單位：m)

1.2 地質條件

該區(qū)間隧道穿越⑦粉土、⑦-1粉質黏土、⑧粉土、⑨粉質黏土、⑨-1粉土和⑨-2淤泥質粉質黏土(見圖2) 。在勘探深度內(nèi)的含水層分為2層，即上層的潛水和下層的承壓水。地下水主要賦存于32 m以上的粉土、粉質黏土、粉細砂和中砂層中。潛水主要賦存于5.3～9.8 m的粉土和粉質黏土層中，屬弱透水性土層；承壓水主要賦存于16～31.4 m的粉細砂層中，屬強透水性土層，具有微承壓性。承壓水靜止水位埋深在14 m左右，承壓水頭在5 m左右。地面標高為89.5 m，隧道頂標高為80 m，隧道埋深為9.5 m，盾構施工處在潛水中。

圖2 錨索處理區(qū)間地層Fig.2 Geologica conditions

1.3 施工區(qū)間周邊管線情況

盾構隧道上方為鄭州市鄭東新區(qū)商務西八街和外環(huán)路的交匯口，地下主要管線有DN600 mm污水管道、DN426 mm熱力管道、DN200 mm給水管道、DN219 mm燃氣管道、DN300 mm雨水管道和DN500 mm 雨水管道等(見圖3)。另外，還有路燈管線、聯(lián)通網(wǎng)絡管線、網(wǎng)通管線、供電管線等。

圖3 管線與隧道位置關系Fig.3 Relationship between utility pipes and tunnel

2 工程難點及處理措施

2.1 工程難點

盾構區(qū)間出現(xiàn)數(shù)量眾多的錨索必須在盾構通過前進行處理，若不處理會出現(xiàn)以下問題：1)盾構刀盤被錨索纏繞，使盾構無法正常施工，需要進行盾構開倉處理錨索，增大了施工風險；且錨索數(shù)量眾多，要多次開倉取出纏繞的錨索，大大增加了施工成本和施工風險。2)即使盾構剪斷錨索，但由于錨索直徑較大，盾構的螺旋輸送機會被錨索卡死，螺旋輸送器無法出土，從而影響盾構施工。

綜合本工程所處的地理位置和地質條件，采用合理、科學的錨索拔除方案是本工程的重點和難點。

2.2 處理措施

1)詳細調(diào)查錨索周邊環(huán)境，如建筑物、管線、水文地質及交通情況；2)查找錨索處理的資料，并邀請相關專家進行方案討論；3)制定可行性方案，并請設計單位進行驗算，在確保安全的前提下實施錨索拔除方案。

3 錨索拔除方案比選

3.1 施工方案討論

經(jīng)過多次專家會議討論，綜合各種因素，提出3種錨索處理方案：1)在區(qū)間左線隧道上方施作明挖基坑，清除錨索；2)在區(qū)間左線隧道施作110 m的暗挖隧道，清除錨索；3)在區(qū)間左線隧道與地下車庫間施工人工挖孔，處理錨索。

3.2 施工方案分析

3.2.1 明挖基坑

在盾構穿越錨索段隧道兩邊施作圍護樁，通過圍護樁+鋼支撐支護的方式明挖基坑，清除影響盾構左線推進的錨索；在錨索清除后，考慮到現(xiàn)澆該段施工隧道存在盾構重新進出洞的風險，所以需要分層填土，使盾構繼續(xù)推進。明挖基坑寬8 m，長約80 m，基坑深約14 m，圍護樁采用直徑為600 mm、間距為1 000 mm的鉆孔樁。明挖基坑如圖4所示，明挖基坑方案各項指標分析如表1所示。

圖4 明挖基坑Fig.4 Open-cut foundation pit

表1 明挖基坑方案各項指標分析Table 1 Parameters of open-cut foundation pit

明挖基坑的優(yōu)點：基坑內(nèi)可完全清除影響盾構推進的錨索。缺點：1)基坑施工工期約為2個月，而盾構始發(fā)20 m后遇到錨索即停止施工，對整體盾構工期影響較大，也增加了一定風險；2)對明挖基坑內(nèi)管線影響較大；3)基坑占用商務外環(huán)和商務西八街的半幅路面，對地面交通影響較大；4)管線遷改和建筑物保護費用較高，整體工程費用較大。

3.2.2 暗挖隧道

在區(qū)間左線隧道處施作110 m長的暗挖隧道(見圖5)，隧道初期支護為300 mm厚的C25早強混凝土，二次襯砌為500 mm厚的C30鋼筋混凝土，拱頂小導管注漿加固。在暗挖隧道內(nèi)清除錨索，施作永久二次襯砌，暗挖隧道接盾構隧道。暗挖隧道方案各項指標分析如表2所示。

圖5 暗挖隧道Fig.5 Mined tunnel

表2 暗挖隧道方案各項指標分析Table 2 Parameters of mined tunnel

暗挖隧道的優(yōu)點：1)可清除影響盾構推進的全部錨索；2)對地下管線和地面交通基本無影響。缺點：1)施工工期較長；2)工程造價較高；3)施工風險較大。

3.2.3 人工挖孔

為避免影響地面交通和管線改遷，在區(qū)間左線隧道與地下車庫間施工人工挖孔，深約16 m，共計人工挖約54個孔(孔徑為1.8 m)。人工挖孔平面布置如圖6所示，各項指標分析如表3所示。

圖6 人工挖孔平面布置Fig.6 Layout of cut-holes

表3 人工挖孔方案各項指標分析Table 3 Parameters of cut-holes

3.2.4 方案綜合比較

見表4。

表4方案綜合比較
Table 4 Comparison and contrast among different anchoring cable removing technologies

項目 方案明挖基坑暗挖隧道人工挖孔工期影響很大最大較大清除錨索效果可完全清除可完全清除大部分清除管線影響較大無較小地面交通影響較大無較小盾構影響無無較小工程風險很小最大較大工程造價高最高較高

經(jīng)過以上各方案比較，最終確定采用人工挖孔拔錨索方案。

4 施工方案

在確定采用人工挖孔拔錨索方案后，對方案進行綜合分析和完善，最終方案采用工作井和橫通道相結合的形式，提供錨索處理的作業(yè)面，再通過套鉆減少摩阻力的方法拔除錨索。首先，在隧道輪廓外施作工作井(豎井)至錨索處(見圖7)；其次，在工作井開挖至需處理錨索位置下50 cm時澆筑混凝土墊層，封閉井底；最后，利用地下狹小空間輕型拔錨裝置進行錨索拔除工作。工作井(豎井)范圍內(nèi)的錨索拔除工作完成后，及時回填C15混凝土，以便進行下一個豎井施工。如果豎井內(nèi)未見到錨索，需要在錨索位置處施作橫通道(采用小導管超前支護，開挖后架鋼架掛網(wǎng)噴射混凝土，形成支護體系)，為查找和拔除錨索提供作業(yè)空間。

5 施工工藝流程及要點

5.1 施工工藝流程

見圖8。

圖8 錨索拔除工藝流程圖

5.2 錨索拔除施工

錨索拔除施工技術的難點在于錨索所處的地理環(huán)境的復雜性。

5.2.1 錨索拔除

跟管鉆進套取錨索采用地質鉆探套管取芯的工作原理[3-5]，將不規(guī)則的錨固體整體套在套管內(nèi)(見圖9)，再將套管和錨固體一同拔出，每拔出一節(jié)套管，破碎一節(jié)水泥體，同時切斷一節(jié)鋼絞線，再拔再切，直至全部拔除。該方法既解決了鋼絞線被拉斷的可能，又解決了施工量大和成本高的問題。鉆頭外徑為159 mm，鉆孔跟進套管直徑約為195 mm，孔內(nèi)采用高壓風或循環(huán)泥漿進行出渣。鉆進角度盡量與原錨索一致，使擬拔錨索位于鉆具的中央，當鉆至錨桿尾部時，便可輕松取出錨索，最后采用水泥砂漿封孔。

圖9 跟管鉆進套取錨索

5.2.2 狹小空間輕型拔錨索機具研究與制造

5.2.2.1 工作原理

狹小空間輕型拔錨索機具由液壓馬達、鏈條、齒輪、I20工字鋼、液壓泵站、套管和無縫鋼管等構件組成。調(diào)整好鉆進角度，利用鉆機旋轉馬達帶動套管及鉆頭旋切錨固體周圍土層，使鉆機推進提升馬達向前加尺，套取錨索。

5.2.2.2 研制與使用

地下狹小空間錨索拔除機具配置關鍵技術為自制地下狹小空間輕型拔錨裝置(用于錨索拔除的設備，全液壓動力系統(tǒng))、自制錨索導向架(連接在電動葫蘆下面，通過地下狹小空間輕型拔錨裝置減小錨索摩阻力后，用于改變錨索拔除方向和加快錨索拔除進度的一種桁架)、自制卷揚機(用于提供錨索拔除的動力)和自制液壓油泵站(用于提供地下狹小空間輕型拔錨裝置所需的動力)。

首先，將錨索截斷，人工將錨索穿插到套管內(nèi)，將鉆機按錨索入射角度調(diào)好，并將鉆機位置固定好，啟動液壓泵站；然后，使提供套管旋轉的馬達旋轉，利用推進馬達帶動套管進尺，同時開動泥漿泵，泵送泥漿護壁排渣、冷卻套管及潤滑套管，測量計算出鉆進深度，直至將全部長度的錨固體裝入套管中；最后，將套管及錨固體一同拔出。

5.2.3 錨索拔除工藝技術

在施工前，首先進行試拔。試拔的目的：1)確定錨索的準確位置和以前施工的鉆孔精度[6-7]；2)調(diào)試鉆機，確定相應的鉆進參數(shù)；3)收集相應的施工數(shù)據(jù)；4)合理安排后續(xù)工作的開展。

1)套管旋切套取錨固體。采用全液壓套管鉆機，根據(jù)施工現(xiàn)場情況，對鉆機進行改裝，使鉆機更加適合現(xiàn)場施工要求。鉆機有效行程大于1 m，最大整機長度2.4 m，鉆機高度及傾斜度可隨意調(diào)節(jié)。鉆機轉速為0～200 r/min，旋轉扭矩為2 700 N·m，推進扭矩為1 800 N·m，泵站壓力為2.5 MPa。制作長度為1.0 m的φ159 mm套管，將套管安裝在套管鉆機上，把入射角度調(diào)整為原來錨索鋪設的角度(即15°);同時，考慮到套管自身質量，把鉆機角度略微抬高，進行取芯式鉆進，以解除錨索與土層之間的摩擦力。調(diào)整好鉆進角度后，利用鉆機旋轉馬達帶動套管及鉆頭旋切錨固體周圍土層(見圖10)，使鉆機推進提升馬達向前加尺；同時，開動泥漿泵，泵送泥漿護壁排渣，測量計算出鉆進深度，直至將全部長度的錨固體裝入套管中，然后將套管及錨固體一同拔出[8]。

圖10 鉆機拔除錨索示意圖Fig.10 Anchoring cable removing by means of drilling rig

2)套管及錨固體的拔除。套管拔除前，在套管四周安放承壓鋼板，避免在液壓拔取套管時破壞護壁，影響井內(nèi)安全。利用專用拔管機具套在套管上，鎖緊套管鎖片，開動液壓泵站，給拔管機提供足夠的動力，觀察套管、拔管機具及泵站壓力；套管松動后，注意觀察套管拔出過程中周圍支護結構及地面變化情況，在確定安全的情況下方可繼續(xù)施工。在拔出一節(jié)套管后，將其卸掉，用電鎬或風鎬將水泥體破碎，切斷鋼絞線，然后進行下一環(huán)節(jié)的拔取，直至全部拔出[9]。

3)施工過程中，應注意泥漿的沉淀、循環(huán)利用及泥漿對井下安全的影響等問題。在井下應挖排漿溝，排漿溝連接沉淀坑。要及時對沉淀坑進行清渣，防止在循環(huán)利用泥漿過程中渣土含量過大造成抱鉆或無法排渣，還應注意泥漿在井中對土層的浸泡，必要時在坑中鋪設一層塑料膜，防止泥漿中的水分浸濕土層，擾動地層的穩(wěn)定，造成安全問題。

4)拔除工作完成后，應及時用水泥漿對錨索孔進行填充封堵。灌注水泥漿時應將注漿管插入孔底，防止孔內(nèi)塌孔或渣土形成的封堵造成灌漿不實。

5)為了防止套鉆過程中錨索套斷的情況發(fā)生，應注意以下事項：①開始套鉆的角度要略微抬高；②要選用優(yōu)質泥漿，觀察返漿的含渣量；③套鉆過程中時刻觀察鉆桿變化，如果鉆進很輕松，說明鉆機套到了沒有錨固體的錨索，需及時停機觀察。

6 結論與體會

通過鄭州市軌道交通1號線一期土建工程區(qū)間錨索拔除的工程實例，解決了在狹小空間內(nèi)拔除大面積深埋錨索的工程難題。本文所報道的狹小空間的錨索拔除技術揭示了在狹小空間內(nèi)拔除錨索的工作原理，提出了豎井與橫通道相結合的錨索拔除方法及工藝，成功地解決了地面因交通及管線影響而無法大面積開挖清除錨索的難題，對今后錨索拔除技術的應用和發(fā)展有參考借鑒作用。

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AnchoringCableRemovingTechnologyCaseStudyonHui-MinShield-boredTunnelonLine1ofZhengzhouMetro

LI Guangliang

(BeijingMetroEngineeringConstructionCo.,Ltd.,ChinaRailway16thBureauGroup,Beijing101100,China)

There are lots of existing deep anchoring cables in the scope of Hui-Min shield-bored tunnel on Line 1 of Zhengzhou Metro.These anchoring cables should be removed before shield arrives,otherwise they may have severe impact on the shield boring.In the paper,comparison and contrast is made among three anchoring cable removing technologies,i.e.,removing the anchoring cables from open-cut foundation pit,removing the anchoring cables from mined tunnel and removing the anchoring cables from cut holes,in terms of construction period and cost.In the end,the technology of removing the anchoring cables from cut holes is adopted.The details of the technology of removing the anchoring cables from cut holes are presented.

rail transit; underground space; anchoring cable removing; cut-hole

2014-01-20;

2014-03-05

李廣良(1982—)，男，河南鄭州人，2007年畢業(yè)于新疆農(nóng)業(yè)大學，城市生態(tài)專業(yè)，碩士，工程師，主要從事地下工程施工及項目管理工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.05.016

U 45

B

1672-741X(2014)05-0494-05