盾構(gòu)穿越區(qū)既有錨索拔出施工技術(shù)

陳振成

（中鐵十六局北京軌道交通工程有限公司，北京 100101）

0 引言

近年來，城市軌道的不斷發(fā)展，盾構(gòu)施工不可避免地會穿越一些建筑群，其中一些建筑物在施工時采用樁錨體系，使得部分錨索留存在地鐵施工段，對盾構(gòu)施工造成了諸多不便。目前常采用的既有錨索拔除方案有明挖法和直接拔出法，但是這兩種方案都有自身的局限性，適用性不廣，需要針對具體情況進行改進。

采用明挖法施工的案例，例如馬艷衛(wèi)[1]針對深圳北環(huán)電纜隧道Ⅱ標(biāo)盾構(gòu)隧道在一區(qū)間掘進過程中遇到錨索留存的情況，通過對比已有方法，確定了采用人工從地面挖孔樁對錨索切斷后拔出的施工方案。類似直接拔出法的案例，例如李剛[2]以鄭州地鐵某區(qū)間穿越地下車庫原錨索支護區(qū)為背景，采用套管鉆機套取為主，高壓水切割沖擊剝離、千斤頂拔出為輔的方法進行拔出施工。同時也有一些針對錨索進行提前處理的施工案例，例如韓維疇等[3]依托佛山市南海區(qū)新型公共交通系統(tǒng)試驗段夏西站—夏東站盾構(gòu)掘進工程，針對盾構(gòu)穿越錨索區(qū)問題，采用在盾構(gòu)施工前，對錨索區(qū)進行預(yù)處理，先采用高壓旋噴樁加固土體，加固完成后采用旋挖干鉆孔排除錨索的方法。唐金云[4]結(jié)合長沙市地鐵3號線東塘站既有錨索拔出工程實例，采用鋼護筒人工剪除方案拔出地下既有錨索。除以上案例之外，國內(nèi)也有許多針對盾構(gòu)隧道錨索拔出的研究[5-7]。

本文針對莫斯科地鐵盾構(gòu)施工穿越既有地下車站圍護結(jié)構(gòu)的錨索拔出問題，提出了新型既有錨索拔出施工方法，首先在錨索區(qū)域開挖出工作井，然后采用套管跟管鉆進套取錨索[8]，最后將其拔出。通過施工實踐證明，該方法可有效提高圍護結(jié)構(gòu)錨索拔除施工效率，縮短工期，降低施工成本。

1 工程概況

1.1 設(shè)計背景

整體工程西南段盾構(gòu)區(qū)間中，阿米尼站-米丘林站區(qū)間全長1520m，最小轉(zhuǎn)彎半徑330m，最大縱坡坡度為43‰，拱頂埋深15m~30m；維爾納站-米丘林站區(qū)間全長1460m，最小轉(zhuǎn)彎半徑400m，最大縱坡坡度為36‰，拱頂埋深13m~22m。隧道總長9325.4m，維爾納站與米丘林站標(biāo)高差達30m以上。線路最大縱坡坡度為43‰，最小轉(zhuǎn)彎半徑300m。且在盾構(gòu)施工時，不可避免地要經(jīng)過錨索留存區(qū)域。

1.2 工程地質(zhì)條件

自西南段設(shè)計邊界里程處（約ПК225+85）至韋爾納德大街站區(qū)間，在里程約ПК230處(垂直)下穿運營車站維爾納茨基大街站。此處區(qū)間覆土約14m，區(qū)間頂部距現(xiàn)運營車站底板的距離約5m。該既有站年代久遠，圍護結(jié)構(gòu)形式及圍護結(jié)構(gòu)長度未知，需進一步調(diào)查。最不利的情況是，盾構(gòu)機需要破壞原有圍護結(jié)構(gòu)才能掘進。目前可以確定的是，既有車站的圍護結(jié)構(gòu)的錨索處在盾構(gòu)穿越區(qū)，第一層7根錨索及第二層7根錨索共14根錨索。既有車站位于25層（硬塑黏土）中，盾構(gòu)區(qū)間位于25層（硬塑黏土）、31層（硬塑黏土）、41層（粉細砂土）中。具體土層情況見圖1。

圖1 工程水文地質(zhì)剖面圖

1.3 工程難點

（1）莫斯科地鐵地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地層包括黏土、砂土、黏土夾砂等多種地層交錯，上軟下硬。

（2）俄羅斯莫斯科市位于北半球，冬季時長，最低可達零下35℃，對車站及盾構(gòu)施工有很大的影響。

（3）在錨索拔出的實際操作中可能發(fā)生錨索斷裂，引發(fā)彈射現(xiàn)象，對豎井安全造成不良影響。

2 新型既有錨索拔出施工技術(shù)

2.1 輔助工作井施工

2.1.1 輔助工作井位置及尺寸設(shè)計

隧道為雙線隧道，錨索斜插入土內(nèi)，工作井位置選在靠近既有地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)旁，可使開挖深度更小。工作井范圍根據(jù)盾構(gòu)直徑及穿越線路上錨索范圍確定，并能在其隧道范圍外再拔出1~2兩道錨索，留出一定富余量。經(jīng)研究，確定左右線均需拔出第一層7根錨索及第二層7根錨索共14根錨索，據(jù)此確定了輔助工作井開挖范圍為7根錨索，右線工作井長12.35m，左線工作井長11.7m。同時考慮到鉆機安裝及錨索拔出施工空間要求，左線工作井寬度為4.5m，右線工作井為4.825m。工作井開挖深度則根據(jù)錨索傾角（41°）及工作井寬度確定，據(jù)此計算確定拔出第一層錨索開挖的基坑底深度為9.09m，拔出第二層錨索基坑底深度為12.59m，詳見圖2、圖3。

圖2 施工流程圖

2.1.2 工作井圍護結(jié)構(gòu)施工和降水

工作井圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，首先對工作井范圍進行場地平整，選用325mm×8mm及219mm×8mm鋼管作為護筒，預(yù)先埋設(shè)護筒，然后采用鉆機鉆進成孔，當(dāng)鉆孔深度滿足設(shè)計要求后，采用旋挖斗清孔，清孔完成后及時檢測成孔質(zhì)量，最后安裝導(dǎo)管灌注混凝土，灌注完成后拔出護筒。

2.2 第一層錨索拔除

2.2.1 工作井基坑開挖至第一層錨索深度

工作井土方開挖采用機械開挖與人工開挖相結(jié)合，靠近車站圍護結(jié)構(gòu)一側(cè)4m范圍采用抓斗挖掘機進行開挖，為了防止錨索端頭損壞，對后續(xù)施工造成影響，剩余0.5m基坑采用人工開挖。開挖總深度為9.09m，同時設(shè)置三道鋼支撐結(jié)構(gòu)，鋼支撐采用的鋼管尺寸為直徑325mm×8mm，第一道支撐深度為1.9m，第二道支撐深度為4.5m，第三道支撐深度為6.5m。詳情見圖3。

圖3 工作井布置設(shè)計圖

2.2.2 鉆機基座施工及安裝

當(dāng)工作井開挖至第一層錨索處，進行鉆機基座施工，基座平面與錨索相垂直，基座混凝土厚度為0.5m?；┕ね戤吅?，用吊車將立柱式鉆孔機吊入基坑內(nèi)，將鉆機安裝至基座上。為避免套管與錨索角度偏差過大而導(dǎo)致錨索殘留于土體中未能得到徹底清除，進而影響后期盾構(gòu)施工，所以開鉆前角度要進行調(diào)整。鉆機傾斜度根據(jù)現(xiàn)場錨索實際傾斜度確定，同時鉆頭及套管角度也以現(xiàn)場錨索實際角度為主，現(xiàn)場測得錨索傾斜度為41°，具體見圖4。

圖4 鉆機基座示意圖

2.2.3 錨索拔出

錨索外徑132mm，考慮到錨索孔孔位允許偏差為水平方向100mm，垂直方向50mm，因此為了保證能完整拔出錨索，選用鉆孔管直徑為230mm，選用自定中心管道，采用液壓千斤頂將鉆孔管旋鉆入土層，鉆入到錨索錨固段時，鉆頭需更換為金剛石鉆頭，以破除水泥外壁及減少液壓千斤頂壓力，使得錨索與土層徹底分離，減小起拔的阻力。

鉆孔完成后，通過立柱式管道用液壓千斤頂拔出錨索，建議長度不超過20m，左右線工作井分別各需拔出第一層7根錨索，見圖5。

圖5 錨索拔除示意圖

2.2.4 錨索孔回填

錨索拔出后應(yīng)及時對孔洞采用水泥砂漿進行回填，下行方向錨孔可將注漿管插至孔底注漿，待孔口溢出漿后停止注漿，最后補漿直至錨索孔填滿。

2.3 確定是否需拔下一層錨索

第一層錨索拔出完畢后，下一層錨索仍需拔出，則將工作井基坑開挖到141.710m標(biāo)高，即距離第一層錨索基坑底3.5m，同時再設(shè)一道支撐，距基坑底3.09m，然后重復(fù)上述步驟，完成第二層左右線工作井各七根錨索的拔出。如不需再拔下一層，則進行下面的施工步驟，具體見圖6。

圖6 注漿加固區(qū)域示意圖

2.4 回填施工

工作井采用邊拆除支撐體系邊回填土方式進行回填，在隧道的區(qū)域還需進行注漿加固，加固范圍為長14.3m，深12m。

3 施工注意事項

3.1 按照流程完成錨索拔出施工的前期準(zhǔn)備工作

（1）對沿線周邊建筑物進行詳細調(diào)查；

（2）掌握錨索拔出施工影響范圍內(nèi)的建筑物實際情況；

（3）對安裝的鉆機角度進行嚴格校正，保證鉆進過程中的角度準(zhǔn)確。

3.2 施工過程中應(yīng)注意下列事項

（1）操作人員進行安全技術(shù)培訓(xùn)，嚴格執(zhí)行有關(guān)安全操作規(guī)程；

（2）支撐的架設(shè)進度緊跟進行土方開挖的施工進度，且在始發(fā)井位置預(yù)留用于垂直吊裝的支撐縫隙；

（3）采用挖機形成工作井，采用水泥攪拌樁進行圍護，并用鋼支撐進行支護，保證工作井安全穩(wěn)定；

（4）鋼支撐連接要穩(wěn)固，連接螺栓一定要全數(shù)栓接，不能減少數(shù)量，以免影響拼接質(zhì)量；

（5）施工場地按要求統(tǒng)一設(shè)置圍擋并進行圍墻裝飾，圍擋四周并配足交通警示燈、水碼、防撞桶；

（6）圍護結(jié)構(gòu)采用全鋼的支撐，進行架設(shè)鋼支撐，不可用作輔助腳手架等它用，且不允許人行；

（7）對鋼支撐的變形、受力變化等加強監(jiān)測，以便采取措施，確保結(jié)構(gòu)和人員安全；

（8）支撐拆除按設(shè)計工況進行，應(yīng)經(jīng)技術(shù)人員同意，由專人組織拆除，并采取可靠措施；

（9）采用砂土進行回填，并對隧道穿越區(qū)域進行注漿加固。

4 結(jié)束語

綜上所述，詳細介紹了莫斯科地鐵西南段新型盾構(gòu)穿越區(qū)既有錨索拔出施工技術(shù)，通過把豎井通道施工與套筒鉆孔錨索拔出技術(shù)相結(jié)合，整體來說有以下幾個優(yōu)點：

（1）避免了錨索被拉斷導(dǎo)致清除不徹底，同時也不會發(fā)生錨索回彈，安全高效；

（2）豎井施工不用大面積開挖，減少了工程量，縮短了工期，控制了成本；

（3）施工過程安全可靠，避免了施工作業(yè)中的危險源。

同時，針對同類的上軟下硬的地質(zhì)情況，本文新型既有錨索拔出技術(shù)的成功應(yīng)用，可以為其提供可靠的參考借鑒。