复杂地质环境下地铁盾构既有锚索处理技术

王起飞

(1.中铁十六局北京轨道交通工程建设有限公司, 北京 101100；2.西南交通大学地质工程系, 四川成都 610031)

城市化进程需要更加便捷的公共交通系统，而地铁已成为公共交通重要组成部分。盾构法施工技术的大力发展，从一定程度上推动了地铁行业发展，但由于城市内大多高层建筑采用桩锚体系，盾构掘进过程不可避免的会进入锚索区域，如果处理不当，极易造成刀盘结泥饼和螺旋机卡死现象，影响施工进度。因此，急需寻找一种快速、经济、高效的锚索处理方案。王淼[1]在郑州地铁1号线区间穿越高层地下室锚索时，比较了明挖基坑清除、暗挖隧道清除、人工挖孔拔除等方案，确定了人工挖孔结合锚索拔除的锚索处理方案；朱川鄂[2]在郑州地铁5号线盾构区间采用暗挖横通道法处理锚索；叶家强[3]分别采用了开挖竖井后用千斤顶拔除、先将锚索用冲击钻冲断再用旋挖钻机拔除的方法，将残留锚索清除；游杰，颜岳[4]提出了地面旋挖钻切割处理配合盾构推进的锚索处理施工方案，期间对跟管钻进套取法、人工挖孔桩分段拔除法、全套管钻机切割法、明挖处理法、暗挖处理法、电力腐蚀法、盾构开舱切索法逐一进行了论述。

本文以昆明地铁五号线白云路站-穿金路站盾构区间锚索处理为例，并综合先期锚索处理的各种方案和项目实际情况，通过对工期、工程成本、处理效果多方面考虑，最终探索出明挖法+咬合桩+搅拌桩配合盾构推进的锚索处理技术，使该盾构区间顺利掘进并安全下穿既有成型隧道，该施工技术可为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程简介

昆明市轨道交通5号线白云路站-穿金路站区间隧道初步设计里程为右白穿区间起始里程为CK02+664.044～CK03+597.673，区间长931.508 m，采用盾构法施工。该区间白云路站～穿金路站盾构区间南侧3.42 m处为霖岚国际广场两栋31层楼房，该楼房施工时采用桩锚支护形式，锚索呈每排4股(4s15.2钢绞线)布置，排距为2.8 m。共计约153 m锚索侵入隧道范围，约220股，如图1和图2为地铁隧洞与霖岚国际广场锚索的平面和断面相对位置。

由图2可知白云路站-穿金路站区间侧穿霖岚国际广场范围内土体以粉质黏土、粉砂、圆砾土为主。白云路站-穿金路站区间在锚索影响区距离高层建筑霖岚国际广场仅3.42 m，在右侧又有最小净距仅为1.76 m的既有地铁四号线隧道，受锚索、高层建筑、既有地铁隧道多重影响。霖岚国际广场已于2013年完工，该基坑围护与主体结构间空隙已回填，不具备从该处拔除条件，且锚索已在土体中较长时间，部分已经锈蚀，易拔断。盾构机掘进过程遇有残留锚索，极易造成刀盘结泥饼和螺旋机卡死等现象。锚索位于白云路站-穿金路站区间始发段，无试验段条件；若拔出措施及相应的加固措施不合理，易导致4号线成型隧道隆起或下沉，管片错台、开裂等，危及成型隧道结构安全。可见，在处理锚索过程中既要确保处理效果，还应确保盾构施工段的土体加固效果。

图1 轨道交通5号线白云路站-穿金路站区间隧道与霖岚国际广场锚索平面示意

图2 轨道交通5号线白云路站-穿金路站区间隧道与霖岚国际广场锚索横断面示意

2 锚索拔除措施

通过对本工程锚索数量及埋深进行调查，提出将部分锚索通过单渡线调整移至车站明挖段进行处理，此类锚索处理工艺效果最佳，虽然不可避免有残留锚索，但此时锚索预应力已损失殆尽，可采用切断能力适中的机械设备进行处理，减少后期处理过程的经济损失，具体为：将设置在白云路站处单渡线调整至穿金路站，穿金路站从原设计155 m增加至290 m，通过明挖方式处理部分锚索约180根，如图1所示A区；为避免明挖基坑范围外锚索残留，根据三轴搅拌桩机机械功率分析，在已切断锚索、且埋深20 m范围内采用搅拌桩清除(图1B区)；在埋深超过20 m范围以及未切断区域，采用素咬合桩进行加固及清除(图1C区)。

2.1 明挖法处理锚索

区间与车站范围调整，车站起点里程(盾构区间终点里程)由原来K03+597.673，调整为左DK3+453.211、右DK3+512.211。通过地下连续墙切断、明挖法挖出的方式清理锚索，降低盾构施工风险，如图1车站轮廓线所示。

2.2 搅拌桩处理锚索

针对图1所示B区范围，采用φ850@600搅拌桩进行地面加固，加固里程为右DK3+431～右DK3+476.5～右DK3+507。右DK3+431～右DK3+476.5段，加固范围为4号线隧道底部以下至5号线隧道顶部以下0.5 m，以及隧道左右外轮廓3m范围；右DK3+476.5～右DK3+507段，加固范围为4号线隧道中心线以下至5号线中心线以上，以及4号线隧道右线外轮廓3 m范围。搅拌桩实桩部分水泥掺量建议18 %～25 %，空桩部分不小于7 %。施工纵剖面如图3所示。

2.3 旋挖钻处理锚索

旋挖钻相比三轴搅拌桩而言，切断能力较大，适应性更强，可用于埋深大于20 m的穿金路站端头位置的锚索处理，采用素咬合桩地面加固方式处理锚索，直接利用旋挖钻对端头井位置锚索进行拔出，既保证地层加固效果，又确保白云路站-穿金路站区间顺利始发。采用旋挖钻施做φ1 000 mm@800 mm的素咬合桩，施工过程采用“隔三跳一”的打孔方式。钻机就位后，钻头中心采用桩定位器对准桩位，为保证钻孔的垂直度，在钻进过程中，设置钻机导向装置，利用双向调节标尺或线坠调整钻杆垂直。在钻进过程中根据地质条件结合试验测定确定泥浆各项指标。钻具入孔后，先进行泥浆循环，然后慢下至孔底，轻压慢转数分钟后，逐步增大转速钻压进入正常钻进，期间根据锚索埋深测量计算出钻进深度，在锚索区域适量加大转速，直至清除侵入隧道范围的锚索，然后将开挖土体与锚索一同拔出，图4为旋挖钻施工纵剖面示意。

针对锚索情况盾构机刀盘刀具增加部分高强度撕裂刀，在掘进中可将锚索进行破坏，通过盾构刀盘开口进入土仓，且可经过螺旋输送机排出，结合地层情况，本工程刀盘开口率控制在35 %。主要盾构参数包括，推力1000～1400 T、刀盘扭矩100～120 bar、推进速度45～50 mm/min、土仓压力1.7～1.9 bar、注浆压力1.23～1.3 MPa、注浆量4.5～5.0 m3。

图3 三轴搅拌桩施工纵剖面示意

图4 旋挖钻施工纵剖面示意

3 施工效果监测

白云路站-穿金路站区间盾构下穿既有4号线、穿越锚索施工期间，施工监测内容主要包括周边建构筑物及地表沉降，监测过程采用先进电子水准仪，以人工监测和自动化监测相结合的监测方法并严格按照规定的监测频率进行。在地表、4号线隧道内、霖岚国际广场(A、B栋)、机电小区、云南化工机械厂住宅小区等周边建筑物布置了监测点，通过对监测数据的采集和分析，发现建筑物轨道站台的JGC34-8点位沉降量最大，累计沉降达到-4.56 mm；沉降速率为0.41 mm/d；地表范围内五号线右线隧道43环DBC3460-4沉降量最大，累计沉降达到-21.58 mm；沉降速率为-0.62 mm/d。目前规范要求地表沉降值控制值为30mm、隆起控制值为10 mm；机电小区，要求房屋倾斜控制值为4 ‰；霖岚国际广场房屋倾斜控制值为2 ‰。可见，与控制值相比，沉降的累计值和变化速率均在控制范围内。

4 结论

(1)侵入地铁盾构隧道的锚索拔除，需结合工程实际、地质条件、周边环境及锚索分布情况等，分区设计方案，针对各区特点提出针对性拔除措施。

(2)可在盾构机刀盘增加部分高强度撕裂刀，以在掘进中将可能残留的锚索破坏，并使其通过盾构刀盘开口进入土仓，经过螺旋输送机排出，与本文类似地质条件可将刀盘开口率控制在35 %。

(3)可采用明挖法、咬合桩、搅拌桩配合盾构推进技术处理锚索，在昆明地铁五号线白云路站-穿金路站区间取得了明显效果。

(4)锚索拔除期间应进行地表隆起或沉降、锚索基础建筑物变形等方面的适时监测，及时评估拔除措施对周边安全的影响。