地铁盾构隧道穿越锚管群施工技术

摘要：近年来，我国城市地铁建设发展迅猛，盾构法是目前应用最为广泛的地铁施工方法。地铁施工中如果遇到地下障碍物，尤其是盾构隧道遇到障碍物会影响盾构正常施工，甚至带来安全隐患，必须提前处理。当地下存在大直径、高强度的锚管群侵入隧道限界时，如何利用盾构快速、经济、高效地穿越锚管群影响区域成为盾构施工面临的一个亟待解决的问题。本文结合实际案例，介绍了一种利用旋挖钻机清除大直径、高强度锚管群的施工方法，为相关施工提供参考。

Abstract： In recent years， China's urban subway construction has developed rapidly， and the shield method is currently the most widely used subway construction method. If encounter underground obstacles during subway construction， especially when the shield tunnel encounters obstacles， it will affect the normal construction of the shield and even bring potential safety hazards， so it must be dealt with in advance. When a large-diameter and high-strength anchor pipe group invades the tunnel boundary， how to use the shield to quickly， economically and efficiently pass through the affected area of the anchor pipe group has become an urgent problem for shield construction. Based on actual cases， this article introduces a construction method of using a rotary drilling rig to remove large-diameter and high-strength anchor pipe groups， to provide reference for related construction.

关键词：盾构;穿越;锚管群

Key words： shield;crossing;anchor pipe group

中圖分类号：TM75                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0117-02

1  工程概况

哈尔滨市轨道交通2号线一期工程土建工程中央大街站～尚志大街站区间为双单洞单线隧道，全长719.98m。区间采用盾构法施工，左、右线均为6m外径圆断面隧道。

经纬360大厦基坑按照1：0.20进行放坡开挖，采用4层锚管垂直开挖面与水平方向成15°进行支护，锚管按照间距2.5m梅花形布置，起始位置第一层埋深3.5m，第二层埋深6m，第三层埋深8.5m，第四层埋深11m。每层锚管长度均为18m，直径75mm，壁厚5.5mm，经检测材质为Q345B钢管。

从第440环位置开始，盾构机刀盘进入第四层锚管区域，隧道顶部覆土深度为13.3m;从508环位置开始，盾构机刀盘同时进入第三层与第四层锚管区域，隧道顶部覆土深度为11.4m;直至549环，盾构机刀盘脱离锚管区域，隧道顶部覆土深度为10.5m，影响范围约130m。侵入左线隧道范围的第四层锚管共计53根，第三层锚管共计23根，合计76根。

2  施工方法

首先采用旋挖钻机在隧道中线对应地表位置纵向钻孔探测，钻孔按照Φ800@750咬合布置，以确定侵入隧道范围的锚管具体位置，然后利用大功率并配备合金钻头的旋挖钻，通过钻头的反复切削、旋转将锚管切、扭断并压入隧道限界以下，然后采用M5低标号砂浆对钻孔进行回填，确保地层回填密实。完成后钻机移位，依次类推直至全部完成，达到清除隧道限界内锚管群的目的。清除完成后，盾构机正常掘进通过该区域。

2.1 施工准备

2.1.1 物探、走访调查  ①聘请具有专业资质的物探单位对本工程地下锚管进行详细探查;②采用地质钻机进行现场钻探，钻探深度以达到隧道底部为准，探孔间距根据锚管设计间距而定;③要深入与建筑物原设计和施工单位负责人对接，主要了解建筑物的建筑年代、基坑支护形式、锚管材质、布设间距等。

2.1.2 管线迁改、交通导改  ①利用人工探坑方式探明锚管区域的地下管线走向和埋深，与管线产权单位确定管线迁改方案和迁改时间;②向交通管理部门上报施工围蔽范围示意图，确定交通改行方案和时间，向建设主管部门申领施工许可证。

2.1.3 施工围蔽、设备进场  ①按照经批准的施工围蔽方案进行围蔽，安排专人配合交通管理部门疏导路面交通，悬挂临时交通导行方案公示牌;②按照施工先后顺序有序组织设备进场，临时用电和用水接入施工现场。

2.1.4 钻孔设计  首先在隧道中线位置纵向布置单排咬合钻孔，孔位按照Φ800@750咬合布置，防止遗漏锚管并确定锚管具体位置，然后按照纵向确定的锚管具体位置，横向以Φ800@1000原则布置清障孔。

2.2 旋挖钻钻孔施工

2.2.1 测量放线  钻孔施工前，应首先做好管线探测和交通疏解工作，地表以下3m范围内严禁采用机械开挖，以保护不明管线。施工放线时，根据设计放出隧道中线、边线，按照清障钻孔设计图放出相应孔位，以确保清障范围满足盾构掘进要求。

2.2.2 成孔顺序  為防止旋挖钻施工时相邻两孔施工距离太近或间隔时间太短，造成塌孔，采取分批跳孔施作，纵向旋挖钻清障施工时按四系成孔，成孔顺序为 1→5→9，2→6→10，依次循环，如图1所示。

2.2.3 泥浆制备  采用膨润土泥浆护壁。泥浆比重应控制在1.1～1.3，胶体率不低于95%。含砂率不大于5%。

2.2.4 埋设护筒  护筒采用板的厚度为4～6mm左右的钢板焊接，直径1.0m，护筒长度1.8～2.0m，埋深大于1.5m，且高出原地面30cm。人工开挖，挖坑的直径要比护筒大0.2～0.4m，坑底的深度与护筒底一样高且平整。护筒上设2个溢水口。护筒埋设时，护筒中心与成孔中心重合在一起，其偏差要小于20mm。并且严格保持护筒的垂直度偏差小于1%，与此同时它的顶部应高出地面0.3m。

2.2.5 钻进成孔  成孔直径为0.8m，钻进得时候，需要一边钻进一边注入泥浆护壁，并且保持泥浆面从始至终不低于护筒顶下0.5m，在钻进的过程中要随时检测垂直度，并要随时调整。成孔后泥浆比重控制在1.25以内，成孔时需要做好记录。

2.2.6 锚管清除  利用大功率并配备合金钻头的旋挖钻，通过钻头的反复切削、旋转将锚管切、扭断，由于锚管刚度大，无法缠绕在旋挖钻钻头上，旋挖钻机直接取出难度大，利用旋挖钻机将切断后的短截锚管压入隧道底部以下。

2.2.7 回填砂浆  将障碍物清除后，采用M5砂浆回填，并加入早强剂，回填时需注意以下几点：①导管壁厚最好不要小于8mm，直径为273mm，直径制作偏差最好不要超过2mm，采用无缝钢管制作。导管的长度需要按工艺要求确定，两管之间需用法兰接头，底管长度大于6m。②回填前储料斗内必须有足以将导管的底端一次性埋入砂浆中1.5m以上深度的砂浆储存量。③随着砂浆的上升，要在适当的时候提升和拆卸导管，导管底端埋入砂浆面以下一般保持2～4m，不宜大于6m，并不得小于1.5m。④在砂浆回填的过程中，需要有专人测量导管埋深，并且需要填写好砂浆回填记录表。⑤砂浆回填需要连续进行，不得中断。因此，回填前应有严密的施工组织设计和辅助设施，一旦发生机具故障或停水停电以及导管堵塞进水等事故时，应立即采取有效措施，并同时作好记录。⑥回填完成后，钻机移位，继续施工。

2.3 场地恢复

清障施工完成后，必须及时对桩孔进行回填处理，所用材料为M5砂浆。再平整、压实基面，最后铺筑沥青恢复道路交通。

2.4 盾构机通过

锚管区域地面清障工作完成后，盾构机正常掘进通过该区域。

①在穿越范围内应该强化施工管理，这其中包括施工参数的控制、盾构设备的维修保养、应急材料的准备以及相关人员的配备等。

②掘进模式选择。采用土压平衡模式，利用土仓内的土压来平衡开挖面的土压及地下水压力，以避免掌子面坍塌、失稳。

③掘进参数选择。

1）刀盘转速设定为1.0～1.3rpm。

2）掘进速度应控制在15～30mm/min之间，掘进过程中应结合土仓压力及出碴情况适当控制掘进速度，以减小对土体的扰动。

3）刀盘扭矩不超过2000kN·m。

4）总推力不大于1500T。

5）顶部土仓压力保持稳定，并随着隧道埋深减少而降低。

④在盾构穿越过程中严格控制出土量，避免超挖。盾构掘进每环理论出土量=π×R2×L，砂层地段每环理论出土量乘上松散系数（1.05～1.10）。出土量由盾构操作手、渣土管理员、龙门吊司机三个不同岗位的人员共同控制。施工中将出土量控制在98～100%，保证不超挖。

⑤严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。根据隧道所处地层，注浆压力应控制在0.3～0.5MPa，注浆量应为理论注浆量的140～180%。

⑥根据地面监测情况，必要时进行二次注浆，浆液为双液浆。根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，从而使地层变形量减至最小。

⑦掘进过程中，若盾构机刀盘绞入未清除彻底的锚管，造成刀具磨损严重，掘进参数异常，甚至无法正常掘进，则编制《开仓作业专项施工方案》，进行开仓作业，将绞入刀盘的锚管取出，并将磨损严重的刀具进行更换，完成后，盾构机恢复掘进。

3  结语

本施工技术解决了土压平衡盾构机穿越超厚富水砂层锚管群安全风险高、施工难度大等诸多难题，减少了明挖法大量管线迁改、交通导改和土方开挖对周边环境的影响，降低了盾构直接穿越锚管群刀盘刀具磨损严重，带压开仓换刀、割取锚管所带来的安全风险，避免了盾构直接掘进导致锚管缠绕盾构刀盘引起土体扰动，导致地面塌陷、建筑物破坏等重大事故的发生，具有十分广泛的推广应用前景。

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作者简介：刘长迪（1979-），男，满族，辽宁大连人，本科，工程师，中国电建集团铁路建设有限公司哈尔滨地铁2号线工程指挥部市场部主任，研究方向为工程技术。