成都地铁盾构区间锚索拔除试验结果分析总结

张晓勇

【摘要】城市地铁区间隧道采用盾构法施工越来越多，在盾构掘进中，常会遇见地下障碍物，在盾构机无法依靠自身刀盘上的刀具切碎障碍物通过该区域时，一般都采用预先处理的方法清除障碍物，保证盾构顺利通过。预应力锚索障碍物是其中一种，由于锚索本身为高强度钢绞线，使得盾构无法利用刀盘上刀具把其切断，所以锚索一直是盾构通过的难题。本文就针对成都地铁5号线地铁花牌坊站～抚琴站盾构区间存在邻近建筑物锚索侵入盾构区间，采用人工挖孔桩内进行锚索拔除试验施工的总结进行简单分析 ，旨在为日后的类似施工提供简单参考。

【关键词】盾构施工；锚索；障碍物；障碍物；技术研究

【Abstract】In the metro tunnel tunnels， more and more shield tunneling methods are used. During shield tunneling， underground obstacles are often encountered. When the shield machine can not rely on the cutter on its own cutter plate to cut obstacles through the area， it is generally adopted Pre-treatment method to remove obstacles to ensure the smooth passage of the shield. Prestressed anchor is one of the obstacles， because the anchor itself is high-strength steel wire， making the shield can not use the cutter on the cutter to cut it， so the cable has been the shield through the problem. In this paper， Chengdu Metro Line 5 subway station arch flower station - Fuqin station shield tunnel adjacent buildings intruding into the shield interval， the use of artificial digging pile anchor cable pull-out test summary of the summary for the purpose of Similar construction in the future to provide a simple reference.

【Key words】Shield construction；Anchor cable；Obstacle；Obstacle；Technical research

1. 工程概况及34#桩开挖实际情况

1.1工程概况：成都地铁5号线花牌坊站～抚琴站盾构区间，左线始发后在里程ZCK20+397.934～ZCK20+542.659范围内（约135m）下穿西锦国际基坑锚索区域，为了盾构机能够顺利掘进，需提前对基坑加固侵入隧道设计开挖限界的锚索全部拔除。根据设计资料计算得到，西锦国际基坑加固区侵入隧道设计开挖限界的有51个截面中的锚索，将不同灌注桩间的锚索所在截面按顺序进行编号为1-52#截面（见图1）。

1.1.1根据设计，34#人工挖挖孔桩从上至下分布四道锚索。（第一道锚索长22m，设计拉力500KN，预加力300KN，锚固段14m，自由端8m；第二道锚索长20m，设计拉力450KN预应力300KN，锚固段13m，自由端7m；第三道锚索长15m，设计拉力400KN，预加力250KN，锚固段9m，自由端7m；第四道锚索长13m，设计拉力400KN，预加力250KN，锚固段8m，自由端5m；锚索采用4束s15.2预应力钢绞线；锚索孔径150mm，内注0.5：1纯水泥浆）。

1.1.2实际情况：34#桩目前已经挖出三道锚索。

第一道深度，7.7～7.8m，锚索偏离桩中心位置约30cm。

第二道深度，10.2～10.3m，锚索偏离桩中心位置约10cm。

第三道深度，12.7～12.8m，锚索偏离桩中心位置约30cm。

1.2地质概况：本次进行试拔的锚索主要处于<2-9-2>稍密卵石层中（见图2）。

1.334#桩开挖水位情况： 现场布置5口降水井，34#桩第三道锚索拔除作业空间内已无地下水，水位处于14.5m以下。

2. 人工挖孔桩施工

人工挖孔桩混凝土護壁施工采用内齿承插式以增加抗塌孔能力，每孔采用上口直径为1.5米，护壁厚度上口150mm，下口孔径为上口孔径加150mm，高度为1000或500mm，第一节护壁高出地面15～20cm以上，以便于挡土或定点等。

3. 锚索拔除试验

3.1张拉法施工。

根据设计的锚索位置图，下挖至需拔除的锚索，采用先沿锚索方向打入钢套管，后用千斤顶张拉顶出的方法，为了使护壁提供能够承受千斤顶反力，施做一个高1000mm的素混凝土操作面，素混凝土操作面与锚索垂直，待拔锚区域混凝土达到强度时，铺一张2cm厚钢板，在钢板上锚索周围焊接4根10#工字钢，这样素混凝土、钢板、工字钢形成一个反力架，以承受千斤顶反力。使用100t穿心千斤顶夹住锚索，慢慢张拉拔出锚索，拔出的锚索采用电动砂轮分段切割然后吊出孔外，直至锚索拉出。

3.2张拉法施工流程（见图3）。

3.3拔除试验准备情况。

准备主要包括千斤顶油压标定，操作台浇筑，千斤顶安装就位、调试。

油压标定：根据西南交通大学结构工程试验中心标定结果，本次试验用的油顶压力y（KN）与油表读数x（MPa）之间大致满足--y=28x的函数关系。

3.4锚索试验过程。

3.4.1油泵阶段性加压持续4小时58分钟，在加压达到33MPa时，采取稳压；当加压到37MPa时约103t，锚索发出“嘣”的异响。10分钟减压后，下井检查，混凝土承台、护壁未发现异常，最下面一根锚索其中有两股钢绞线发生断裂，断裂位置在锚索砼包裹层外22cm处。

3.4.2再次对锚索进行重新加压，加压到28MPa，底下又出现异响，下井检查，发现四根锚索已经不能同时受力，只有下面两根钢绞线能够处于受力拉紧状态，上面锚索呈松弛状态。

3.4.3分析松弛的两根锚索可能里面已经断裂，为了验证分析，对松弛的两根锚索进行单独加压，压力可以加到20MPa（约56t），排除里面断裂的情况。

3.4.4继续对四根锚索同时张拉实验，加压至18MPa 时，下井检查，四根锚索都处于绷紧状态，持压后继续加压，当加压到26MPa ，井下又出现异响。减压后下井检查，发现那根断裂的锚索其中7股钢绞线已经有4根发生断裂。

3.5锚索试验结果与分析。

3.5.1第四次试验结束，其中一根锚索有4根钢绞线发生断裂，宣布试验结束，此次试验结果失败。

3.5.2在拉拔试验过程中，锚索极限抗拉承载力小于锚索及其包裹层在砂卵石地层中的摩擦力，同时施加的力能使锚索从其包裹层中剥离，导致既不能使锚索单独拔出，也不能使锚固体整体被拉出。

3.5.3方案中计算的锚索的极限抗拉强度：锚索极限抗拉强度计算 Ru： RuηanSnRm

式中： ηa ——锚索效率系数，取0.95； n——钢绞线根数；Sn ——钢绞线公称截面面积；Rm ——钢绞线抗拉强度。

Ru ηa nSnRm =0.95×4 ×139×1860=982KN （1）

3.5.4当不考虑锚具效率系數时：

Ru nSnRm = 4 ×139×1860=1034.2KN （2）

3.5.5与试验锚索在103t时发生断裂的结果相符合。

方案中计算锚索在砂卵石中的摩擦力：

Rk=πd∑qsikli/γ （3）

式中： N——锚索轴向受拉极限值； γ ——锚索轴向受拉抗力分向系数，取1.3；

d ——锚固体直径；qsik ——土体与锚固体的极限摩阻力标准值，根据基坑地质资料，卵石层 取值为190KPa。

3.5.6根据初步试拔人工挖孔桩平面位置，求得设计需拔出锚索长度为3.8m，考虑桩位置及锚索偏移，锚索需拔除长度按5m考虑，带入锚固体直径 d，求得锚索极限摩阻力：

N=πdql=π ×150×190×7.3=653KN （4）

3.5.7方案中计算锚索在砂卵石中的摩擦力时考虑的锚固体直径150mm与实际情况不相符，根据开挖的前几道锚索，锚固体直径都在300cm以上。

3.5.8进行拔除试验的第三道锚索，看到的最外端锚固体直径为390mm，而且锚固体周围浆液凝固有大小不一的卵石，锚固体呈现的状态是密实、强度大。

3.5.9分析：试验没有对砂卵石地层中锚固体情况有详细了解，是导致此次试验失败的主要原因。没有对摩擦力有充分的估计，导致方案设计与实际情况不符合。

4. 结语

锚索拔除施工在国内施工实例不多，大概成功完全拔除率在20%～40%左右，因为在锚索拔除过程中，容易拔断，造成锚索残留。成都地铁5号线花牌坊站～抚琴站盾构区间锚索障碍区经上述拔除方法施工，未能成功，导致该区间由盾构法改为暗挖法施工。为以后土压平衡盾构机在该类地下障碍物中推进积累了一定的经验。

参考文献

[1]陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术.北京：人民交通出版社，2009.5.

[2]张凤祥，朱合华，傅得铭.盾构隧道.北京：人民交通出版社，2004：92～126，298～308.

[3]锚索力学参数拉拔试验研究-《重庆交通学院学报》2007年02期.

[4]《成都地铁5号线一、二期工程土建6B标段施工招标设计——西北桥站～花牌坊站～抚琴站～中医大省医院站区间》（中铁第一勘察设计院集团有限公司）.