李棟

摘要：隨著盾構(gòu)施工技術(shù)的日益成熟，盾構(gòu)區(qū)間施工時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到地下障礙物，而盾構(gòu)機(jī)無(wú)法依靠自身刀盤(pán)上的刀具切碎障礙物通過(guò)時(shí)，一般都需要采用預(yù)先處理的方法清除障礙物，保證盾構(gòu)順利通過(guò)。預(yù)應(yīng)力錨索由于錨索本身為高強(qiáng)度鋼絞線，使得盾構(gòu)無(wú)法利用開(kāi)挖刀盤(pán)上的刀具將其切斷，所以預(yù)應(yīng)力錨索一直是盾構(gòu)通過(guò)的難題。本文結(jié)合工程實(shí)踐主要探討電解原理在預(yù)應(yīng)力錨索拔除過(guò)程中的應(yīng)用，旨在為類(lèi)似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：電解原理；盾構(gòu)區(qū)間；錨索拔除；應(yīng)用

1 工程概況

1.1盾構(gòu)區(qū)間工程概況

廣佛線二期工程土建施工一標(biāo)段，包括一個(gè)車(chē)站一個(gè)區(qū)間，即新城東站、新城東站至東平站區(qū)間。區(qū)間里程范圍為YCK-6-126.197～YCK-4-918.512m，總長(zhǎng)約1207.658m，線路埋置深度約現(xiàn)地面下20至30m，左右線間距約15至25m，區(qū)間隧道穿越地層主要為軟土<2-1A>、<2-1B>及砂層<2-2>、<2-3>，局部地段穿越粉質(zhì)粘土層<2-4>，地下水為潛水，水位埋深3.5m左右，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。

區(qū)間周邊建筑物保利1#地塊基坑采用錨索支護(hù)形式，其中AB段部分錨索侵入?yún)^(qū)間右線隧道，根據(jù)現(xiàn)狀分為六個(gè)區(qū)段。錨索侵入?yún)^(qū)域有φ500mm、φ300mm、φ150mm3根自來(lái)水鋼管，4根10kv高壓電纜橫穿區(qū)間，與高壓電纜溝并行還有通信光纜，5根φ110mm鋼套管套路燈線，平行線路方向有φ1000污水管1根，各管線地面埋深1～2m左右，相互關(guān)系具體見(jiàn)圖1。

1.2基坑錨索侵入情況

基坑深度11.2m，錨索侵入?yún)^(qū)域地質(zhì)情況主要為淤泥<2-1A>，粉細(xì)砂<2-2>，淤泥質(zhì)土<2-1B>，基坑支護(hù)土層錨索鉆孔直徑20cm，采用2*7φ5預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度32m，其中錨固段長(zhǎng)27m，打設(shè)角度為向下25度，張拉力300KN，達(dá)鋼絞線極限破斷拉力的40%，錨索在基坑南側(cè)沿東西向水平間距2.4m布置侵入?yún)^(qū)間隧道限界范圍內(nèi)，上下共布置3道。根據(jù)基坑支護(hù)圖與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查，基坑支護(hù)錨索侵入我區(qū)間為三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)和六區(qū)，需拔除的錨索與區(qū)間隧道關(guān)系見(jiàn)表1。

第二道6根，

第三道5根。

2電力腐蝕法應(yīng)用

2.1電力腐蝕法原理

電力腐蝕是利用電解原理，通過(guò)外接直流電源與需要拔除的兩根錨索連接，兩根錨索作為陰、陽(yáng)電極，地下水作為電解質(zhì)溶液，形成一個(gè)電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程。電解池陰極與電源的負(fù)極相連，發(fā)生還原反應(yīng)；陽(yáng)極與電源的正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)。

錨索的主要化學(xué)元素是Fe，F(xiàn)e作為電極材料屬活性電極，活性電極（金屬電極）作陽(yáng)極，反應(yīng)總是金屬電極發(fā)生失電子反應(yīng)即氧化反應(yīng)，而活性電極作為陰極時(shí)一般不反應(yīng)。

Fe作為陽(yáng)極的時(shí)候本身參加反應(yīng)：Fe-2e——Fe2+ 又因?yàn)槭菈A性介質(zhì)，F(xiàn)e2+能和OH-繼續(xù)反應(yīng)生成Fe（OH）2。由于Fe（OH）2極易被氧化，和氧氣、水繼續(xù)反應(yīng)最終生成Fe（OH）3，F(xiàn)e（OH）2變成Fe（OH）3的現(xiàn)象就是先變成綠色，最后變成紅色。

鐵做陰極的時(shí)候自身不反應(yīng)，是水電離的氫離子反應(yīng)：2H++2e——H2

陽(yáng)極：Fe+2OH- -2e === Fe（OH）2

陰極：2H+ + 2e— === H2

總反應(yīng)：Fe+2H2O === Fe（OH）2 + H2

如果考慮Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的話(huà) 反應(yīng)是這樣的：4Fe（OH）2 + O2 + 2H2O === 4Fe（OH）3。

2.2電力腐蝕法試驗(yàn)

本工程主要針對(duì)前期選定第四區(qū)編號(hào)為1-11、1-12兩根錨索進(jìn)行了電力腐蝕試驗(yàn)。

2.2.1試驗(yàn)過(guò)程

（1）施工部署

通電前需清除錨頭，先去除墊板和錨具，以待消除錨為陽(yáng)極，以不需要消除錨或第2批次待消除錨為陰極，陽(yáng)極、陰極間距控制在1.5m～2.5m之間。

除錨裝置接入380V交流電壓，通過(guò)除錨電機(jī)轉(zhuǎn)換為低壓直流電，輸出電壓控制在60～70V之間。將直流電源正極連接在1-11、1-12號(hào)錨，作為陽(yáng)極；直流電源負(fù)極連接在2-12號(hào)錨，作為陰極。

（2）通電施工

直流電源與陽(yáng)極錨索、地下水、陰極錨索間形成一個(gè)天然電解池。通電過(guò)程記錄電流數(shù)值，當(dāng)電流變小，達(dá)到最大值的60%左右時(shí)，確定錨桿腐蝕已完成。

下圖為通電期間陰、陽(yáng)兩極錨索間電流及電壓變化曲線圖，圖中電壓變化比較穩(wěn)定，基本在60～70V之間；而電流全程經(jīng)歷了由小變大和由大變小并趁于平穩(wěn)的過(guò)程，從圖中可判斷其中的1-12號(hào)錨于3月31日完成試驗(yàn)，1-11號(hào)錨4月22日完成試驗(yàn)，兩錨索電流呈大體相同的變化規(guī)律。

（3）試驗(yàn)效果檢測(cè)

為檢驗(yàn)試驗(yàn)效果，2013年4月22日～25日采用旋挖鉆機(jī)在隧道范圍內(nèi)進(jìn)行鉆孔取樣，共鉆3個(gè)孔，直徑為?1200mm，在地面以下14.8m處見(jiàn)水泥塊及紅色銹跡（Fe（OH）3），未見(jiàn)鋼絞線，繼續(xù)下鉆至16.8m見(jiàn)少量水泥塊和完整鋼絞線，此為第二排錨索，鉆孔探測(cè)后用M5水泥砂漿回填鉆孔。

4月26日使用2臺(tái)32t千斤頂從自由端頭將1-12號(hào)錨索錨頭部位拔出，拔除長(zhǎng)度約3.65m（不計(jì)外露0.3m），呈針狀，通過(guò)對(duì)拔除錨頭部分進(jìn)行分析，可明顯看出1-12號(hào)錨索是通過(guò)電流進(jìn)行腐蝕的，如圖3所示。

從圖片可以看出，錨索處于地下水位以下已被消溶，地下水位以上不消溶。

從拔除錨索可以看出，錨索已基本電蝕完畢，少量殘余鋼絞線不會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)產(chǎn)生影響。試驗(yàn)過(guò)程中扣除中間邊坡塌方3天，1-11號(hào)錨索試驗(yàn)用時(shí)43天，1-12號(hào)錨索試驗(yàn)時(shí)間為22天，兩根錨清除時(shí)間相差約1倍，經(jīng)分析與水泥漿的包裹以及間距的誤差有關(guān)系，后期施工應(yīng)按40～50天考慮。

（4）試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)采用電力腐蝕方法對(duì)錨索進(jìn)行拔除施工，從清除的結(jié)果可以看出，本項(xiàng)目使用電力除錨工藝是可行的，現(xiàn)有條件下消溶周期為50天。

3結(jié)束語(yǔ)

目前電力腐蝕法錨索拔除在項(xiàng)目施工中的應(yīng)用并不多，它具有：工效高，一臺(tái)電力除錨裝置可同時(shí)接8～10根錨索，工作面需求簡(jiǎn)單，只需找出錨頭即可，無(wú)需對(duì)工作面進(jìn)行特殊處理，在通電期間適當(dāng)調(diào)整電壓的同時(shí)向除錨區(qū)深處滴灌低濃度鹽水，可增加導(dǎo)電率，降低電阻，有效提高電熔質(zhì)量及節(jié)省施工周期時(shí)間，不過(guò)此工藝受地下水特征影響明顯，無(wú)地下水或地下水位較低范圍不適用，本工程通過(guò)對(duì)電力腐蝕工藝的驗(yàn)證，僅為類(lèi)似工程提供參考與借鑒。

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