郑州地铁1号线会—民盾构区间锚索拔除施工技术

李广良

(中铁十六局北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100)

郑州地铁1号线会—民盾构区间锚索拔除施工技术

李广良

(中铁十六局北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100)

郑州市轨道交通1号线会—民区间盾构下穿建筑物时遇到了大面积深埋锚索。从工期、工程造价等方面对明挖基坑、暗挖隧道和人工挖孔3种锚索拔除方案进行比选，最终确定采用人工挖孔锚索拔除方案。通过在竖井狭小空间内利用轻型拔锚机具有效地清除锚索，验证了实施人工挖孔锚索拨除方案的正确性，解决了大面积深埋锚索对盾构施工的影响，同时也避免了大面积开挖对周边环境的影响，可为今后类似工程提供借鉴。

轨道交通；地下空间；锚索拔除；人工挖孔

0 引言

伴随着国内各大城市轨道交通的迅速发展，地铁盾构下穿建筑物的情形越来越复杂[1]。针对盾构隧道在下穿建筑物时遇到锚索的情况，有学者与专家进行了研究和讨论。如西安地铁2号线区间盾构通过在建的城市广场锚固区时，分析了锚索拔除施工过程中的技术难题，并通过实时监测手段进行信息化施工[2]。西安地铁2号线区间盾构锚索拔除具备大面积开挖的条件，而针对盾构区间穿过高大建筑物时不具备大面积开挖条件，即地下狭小空间锚索拔除施工技术，可参考借鉴的文献不多，且相似的研究没有相应的机具设备作为支撑。

本文结合郑州市轨道交通1号线一期工程盾构区间下穿建筑物的工程实例，详细介绍了锚索拔除施工过程的方案比选及狭小空间内清除锚索的施工技术，分析验证了人工挖孔锚索拨除方案的正确性，利用竖井在狭小空间内选用轻型机具设备有效地清除了影响盾构施工的锚索。

1 工程概况

1.1 工程简介

郑州市轨道交通1号线一期土建工程会展中心站—民航路站区间(简称会—民区间)隧道采用盾构法施工，区间隧道从会展中心站始发20 m后，遇到蓝码帝王大厦原地下室围护结构锚索(见图1)。围护结构是直径为800 mm、间距为1 200 mm的钻孔桩+桩间锚索，会—民区间左线隧道轮廓线距地下室围护结构桩边缘净距为2.26 m。桩锚结构锚固区影响盾构隧道通过的锚索约有86根。锚索为φS钢绞线(1860级)，设置上下2排，倾角15°，水平间距1.2 m，锚孔内灌注纯水泥浆，每根长26 m(自由段5 m，锚固段21 m)；成孔采用螺旋钻，成孔直径不规则，直线性较差。

图1 锚索与盾构区间位置关系(单位：m)

1.2 地质条件

该区间隧道穿越⑦粉土、⑦-1粉质黏土、⑧粉土、⑨粉质黏土、⑨-1粉土和⑨-2淤泥质粉质黏土(见图2) 。在勘探深度内的含水层分为2层，即上层的潜水和下层的承压水。地下水主要赋存于32 m以上的粉土、粉质黏土、粉细砂和中砂层中。潜水主要赋存于5.3～9.8 m的粉土和粉质黏土层中，属弱透水性土层；承压水主要赋存于16～31.4 m的粉细砂层中，属强透水性土层，具有微承压性。承压水静止水位埋深在14 m左右，承压水头在5 m左右。地面标高为89.5 m，隧道顶标高为80 m，隧道埋深为9.5 m，盾构施工处在潜水中。

图2 锚索处理区间地层Fig.2 Geologica conditions

1.3 施工区间周边管线情况

盾构隧道上方为郑州市郑东新区商务西八街和外环路的交汇口，地下主要管线有DN600 mm污水管道、DN426 mm热力管道、DN200 mm给水管道、DN219 mm燃气管道、DN300 mm雨水管道和DN500 mm 雨水管道等(见图3)。另外，还有路灯管线、联通网络管线、网通管线、供电管线等。

图3 管线与隧道位置关系Fig.3 Relationship between utility pipes and tunnel

2 工程难点及处理措施

2.1 工程难点

盾构区间出现数量众多的锚索必须在盾构通过前进行处理，若不处理会出现以下问题：1)盾构刀盘被锚索缠绕，使盾构无法正常施工，需要进行盾构开仓处理锚索，增大了施工风险；且锚索数量众多，要多次开仓取出缠绕的锚索，大大增加了施工成本和施工风险。2)即使盾构剪断锚索，但由于锚索直径较大，盾构的螺旋输送机会被锚索卡死，螺旋输送器无法出土，从而影响盾构施工。

综合本工程所处的地理位置和地质条件，采用合理、科学的锚索拔除方案是本工程的重点和难点。

2.2 处理措施

1)详细调查锚索周边环境，如建筑物、管线、水文地质及交通情况；2)查找锚索处理的资料，并邀请相关专家进行方案讨论；3)制定可行性方案，并请设计单位进行验算，在确保安全的前提下实施锚索拔除方案。

3 锚索拔除方案比选

3.1 施工方案讨论

经过多次专家会议讨论，综合各种因素，提出3种锚索处理方案：1)在区间左线隧道上方施作明挖基坑，清除锚索；2)在区间左线隧道施作110 m的暗挖隧道，清除锚索；3)在区间左线隧道与地下车库间施工人工挖孔，处理锚索。

3.2 施工方案分析

3.2.1 明挖基坑

在盾构穿越锚索段隧道两边施作围护桩，通过围护桩+钢支撑支护的方式明挖基坑，清除影响盾构左线推进的锚索；在锚索清除后，考虑到现浇该段施工隧道存在盾构重新进出洞的风险，所以需要分层填土，使盾构继续推进。明挖基坑宽8 m，长约80 m，基坑深约14 m，围护桩采用直径为600 mm、间距为1 000 mm的钻孔桩。明挖基坑如图4所示，明挖基坑方案各项指标分析如表1所示。

图4 明挖基坑Fig.4 Open-cut foundation pit

表1 明挖基坑方案各项指标分析Table 1 Parameters of open-cut foundation pit

明挖基坑的优点：基坑内可完全清除影响盾构推进的锚索。缺点：1)基坑施工工期约为2个月，而盾构始发20 m后遇到锚索即停止施工，对整体盾构工期影响较大，也增加了一定风险；2)对明挖基坑内管线影响较大；3)基坑占用商务外环和商务西八街的半幅路面，对地面交通影响较大；4)管线迁改和建筑物保护费用较高，整体工程费用较大。

3.2.2 暗挖隧道

在区间左线隧道处施作110 m长的暗挖隧道(见图5)，隧道初期支护为300 mm厚的C25早强混凝土，二次衬砌为500 mm厚的C30钢筋混凝土，拱顶小导管注浆加固。在暗挖隧道内清除锚索，施作永久二次衬砌，暗挖隧道接盾构隧道。暗挖隧道方案各项指标分析如表2所示。

图5 暗挖隧道Fig.5 Mined tunnel

表2 暗挖隧道方案各项指标分析Table 2 Parameters of mined tunnel

暗挖隧道的优点：1)可清除影响盾构推进的全部锚索；2)对地下管线和地面交通基本无影响。缺点：1)施工工期较长；2)工程造价较高；3)施工风险较大。

3.2.3 人工挖孔

为避免影响地面交通和管线改迁，在区间左线隧道与地下车库间施工人工挖孔，深约16 m，共计人工挖约54个孔(孔径为1.8 m)。人工挖孔平面布置如图6所示，各项指标分析如表3所示。

图6 人工挖孔平面布置Fig.6 Layout of cut-holes

表3 人工挖孔方案各项指标分析Table 3 Parameters of cut-holes

3.2.4 方案综合比较

见表4。

表4方案综合比较
Table 4 Comparison and contrast among different anchoring cable removing technologies

项目 方案明挖基坑暗挖隧道人工挖孔工期影响很大最大较大清除锚索效果可完全清除可完全清除大部分清除管线影响较大无较小地面交通影响较大无较小盾构影响无无较小工程风险很小最大较大工程造价高最高较高

经过以上各方案比较，最终确定采用人工挖孔拔锚索方案。

4 施工方案

在确定采用人工挖孔拔锚索方案后，对方案进行综合分析和完善，最终方案采用工作井和横通道相结合的形式，提供锚索处理的作业面，再通过套钻减少摩阻力的方法拔除锚索。首先，在隧道轮廓外施作工作井(竖井)至锚索处(见图7)；其次，在工作井开挖至需处理锚索位置下50 cm时浇筑混凝土垫层，封闭井底；最后，利用地下狭小空间轻型拔锚装置进行锚索拔除工作。工作井(竖井)范围内的锚索拔除工作完成后，及时回填C15混凝土，以便进行下一个竖井施工。如果竖井内未见到锚索，需要在锚索位置处施作横通道(采用小导管超前支护，开挖后架钢架挂网喷射混凝土，形成支护体系)，为查找和拔除锚索提供作业空间。

5 施工工艺流程及要点

5.1 施工工艺流程

见图8。

图8 锚索拔除工艺流程图

5.2 锚索拔除施工

锚索拔除施工技术的难点在于锚索所处的地理环境的复杂性。

5.2.1 锚索拔除

跟管钻进套取锚索采用地质钻探套管取芯的工作原理[3-5]，将不规则的锚固体整体套在套管内(见图9)，再将套管和锚固体一同拔出，每拔出一节套管，破碎一节水泥体，同时切断一节钢绞线，再拔再切，直至全部拔除。该方法既解决了钢绞线被拉断的可能，又解决了施工量大和成本高的问题。钻头外径为159 mm，钻孔跟进套管直径约为195 mm，孔内采用高压风或循环泥浆进行出渣。钻进角度尽量与原锚索一致，使拟拔锚索位于钻具的中央，当钻至锚杆尾部时，便可轻松取出锚索，最后采用水泥砂浆封孔。

图9 跟管钻进套取锚索

5.2.2 狭小空间轻型拔锚索机具研究与制造

5.2.2.1 工作原理

狭小空间轻型拔锚索机具由液压马达、链条、齿轮、I20工字钢、液压泵站、套管和无缝钢管等构件组成。调整好钻进角度，利用钻机旋转马达带动套管及钻头旋切锚固体周围土层，使钻机推进提升马达向前加尺，套取锚索。

5.2.2.2 研制与使用

地下狭小空间锚索拔除机具配置关键技术为自制地下狭小空间轻型拔锚装置(用于锚索拔除的设备，全液压动力系统)、自制锚索导向架(连接在电动葫芦下面，通过地下狭小空间轻型拔锚装置减小锚索摩阻力后，用于改变锚索拔除方向和加快锚索拔除进度的一种桁架)、自制卷扬机(用于提供锚索拔除的动力)和自制液压油泵站(用于提供地下狭小空间轻型拔锚装置所需的动力)。

首先，将锚索截断，人工将锚索穿插到套管内，将钻机按锚索入射角度调好，并将钻机位置固定好，启动液压泵站；然后，使提供套管旋转的马达旋转，利用推进马达带动套管进尺，同时开动泥浆泵，泵送泥浆护壁排渣、冷却套管及润滑套管，测量计算出钻进深度，直至将全部长度的锚固体装入套管中；最后，将套管及锚固体一同拔出。

5.2.3 锚索拔除工艺技术

在施工前，首先进行试拔。试拔的目的：1)确定锚索的准确位置和以前施工的钻孔精度[6-7]；2)调试钻机，确定相应的钻进参数；3)收集相应的施工数据；4)合理安排后续工作的开展。

1)套管旋切套取锚固体。采用全液压套管钻机，根据施工现场情况，对钻机进行改装，使钻机更加适合现场施工要求。钻机有效行程大于1 m，最大整机长度2.4 m，钻机高度及倾斜度可随意调节。钻机转速为0～200 r/min，旋转扭矩为2 700 N·m，推进扭矩为1 800 N·m，泵站压力为2.5 MPa。制作长度为1.0 m的φ159 mm套管，将套管安装在套管钻机上，把入射角度调整为原来锚索铺设的角度(即15°);同时，考虑到套管自身质量，把钻机角度略微抬高，进行取芯式钻进，以解除锚索与土层之间的摩擦力。调整好钻进角度后，利用钻机旋转马达带动套管及钻头旋切锚固体周围土层(见图10)，使钻机推进提升马达向前加尺；同时，开动泥浆泵，泵送泥浆护壁排渣，测量计算出钻进深度，直至将全部长度的锚固体装入套管中，然后将套管及锚固体一同拔出[8]。

图10 钻机拔除锚索示意图Fig.10 Anchoring cable removing by means of drilling rig

2)套管及锚固体的拔除。套管拔除前，在套管四周安放承压钢板，避免在液压拔取套管时破坏护壁，影响井内安全。利用专用拔管机具套在套管上，锁紧套管锁片，开动液压泵站，给拔管机提供足够的动力，观察套管、拔管机具及泵站压力；套管松动后，注意观察套管拔出过程中周围支护结构及地面变化情况，在确定安全的情况下方可继续施工。在拔出一节套管后，将其卸掉，用电镐或风镐将水泥体破碎，切断钢绞线，然后进行下一环节的拔取，直至全部拔出[9]。

3)施工过程中，应注意泥浆的沉淀、循环利用及泥浆对井下安全的影响等问题。在井下应挖排浆沟，排浆沟连接沉淀坑。要及时对沉淀坑进行清渣，防止在循环利用泥浆过程中渣土含量过大造成抱钻或无法排渣，还应注意泥浆在井中对土层的浸泡，必要时在坑中铺设一层塑料膜，防止泥浆中的水分浸湿土层，扰动地层的稳定，造成安全问题。

4)拔除工作完成后，应及时用水泥浆对锚索孔进行填充封堵。灌注水泥浆时应将注浆管插入孔底，防止孔内塌孔或渣土形成的封堵造成灌浆不实。

5)为了防止套钻过程中锚索套断的情况发生，应注意以下事项：①开始套钻的角度要略微抬高；②要选用优质泥浆，观察返浆的含渣量；③套钻过程中时刻观察钻杆变化，如果钻进很轻松，说明钻机套到了没有锚固体的锚索，需及时停机观察。

6 结论与体会

通过郑州市轨道交通1号线一期土建工程区间锚索拔除的工程实例，解决了在狭小空间内拔除大面积深埋锚索的工程难题。本文所报道的狭小空间的锚索拔除技术揭示了在狭小空间内拔除锚索的工作原理，提出了竖井与横通道相结合的锚索拔除方法及工艺，成功地解决了地面因交通及管线影响而无法大面积开挖清除锚索的难题，对今后锚索拔除技术的应用和发展有参考借鉴作用。

[1]张文正.盾构下穿北京地铁13号线望京西站站房基础变形及数值分析[J].隧道建设，2014，34(3):1-11.(ZHANG Wenzheng.Deformation of and numerical analysis on foundation of Wangjingxi station on line 13 of Beijing Metro caused by shield tunneling below[J].Tunnel Cons-truction,2014，34(3):1-11.(in Chinese))

[2]吴亮.西安地铁2号线洲际广场锚索拔除方案比选[J].广东建材，2008(10)：127-128.

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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

李广良(1982—)，男，河南郑州人，2007年毕业于新疆农业大学，城市生态专业，硕士，工程师，主要从事地下工程施工及项目管理工作。

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

U 45

B

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