黃志斌 游 杰

(1.佛山市軌道交通發(fā)展有限公司,528000,佛山; 2.佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司,528000,佛山∥第一作者，工程師)

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軟土地層地鐵盾構(gòu)區(qū)間錨索處理技術(shù)

黃志斌1,2游 杰1,2

(1.佛山市軌道交通發(fā)展有限公司,528000,佛山; 2.佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司,528000,佛山∥第一作者，工程師)

以佛山地鐵1號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間穿越沿線某建筑基坑錨索支護(hù)為背景,介紹了明挖基坑法、暗挖隧道法、套管拔除法和旋挖鉆垂直切索法等4種對(duì)錨索支護(hù)的處理方案。綜合考慮工期、工程造價(jià)、工程風(fēng)險(xiǎn)等因素,最終確定采用旋挖鉆垂直切索法,取得了良好的處理效果?？蔀轭愃棋^索清障工程提供參考。

地鐵; 盾構(gòu)區(qū)間; 錨索處理; 旋挖鉆垂直切索法

First-author′s address Foshan Metro Co.,Ltd.,528000,Foshan,China

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,城市地鐵隧道、地下空間開發(fā)等地下工程項(xiàng)目進(jìn)入了飛速發(fā)展階段,地鐵盾構(gòu)穿越地層障礙物的情況越來越復(fù)雜,地鐵沿線基坑的錨索支護(hù)超出建筑紅線且侵入地鐵盾構(gòu)區(qū)間時(shí)常發(fā)生。如何安全、經(jīng)濟(jì)地解決預(yù)應(yīng)力錨索侵入隧道盾構(gòu)區(qū)間的問題,已成為地鐵盾構(gòu)安全施工、確保施工工期極待解決的難題[1-2]。

目前,處理盾構(gòu)區(qū)間錨索的常見方法有明挖基坑法、暗挖隧道法,及其針對(duì)錨索的具體情況而引伸出來的套管拔除法、人工挖孔清除法等[3-6]。本文結(jié)合佛山地鐵1號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間穿越沿線某建筑基坑錨索支護(hù)的工程實(shí)例,分析比選了處理錨索的各種施工方案,詳細(xì)介紹了旋挖鉆垂直切索法,并分析驗(yàn)證了該施工方案的正確性。

1 工程概況與地質(zhì)概況

佛山地鐵1號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)度為1 208.6 m,為地下雙線隧道,采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)區(qū)間外輪廓直徑為6 m、管片厚度為35 cm、隧道平均埋深約17 m。相鄰地塊建筑基坑采用樁錨支護(hù)體系。地鐵盾構(gòu)區(qū)間與錨索的位置關(guān)系如圖1所示。該建筑基坑約有長(zhǎng)83 m范圍的支護(hù)錨索侵入到地鐵右線的盾構(gòu)區(qū)間內(nèi),影響施工的錨索共計(jì)68根。

建筑基坑樁錨結(jié)構(gòu)中錨索抗拉強(qiáng)度高達(dá)1 860 MPa,且具有較好的韌性。故盾構(gòu)推進(jìn)時(shí),錨索將可能纏繞在盾構(gòu)機(jī)的刀盤上,從而影響盾構(gòu)機(jī)的正常掘進(jìn),嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)⒍軜?gòu)機(jī)的螺旋機(jī)卡死,堵塞盾構(gòu)機(jī)的正常出土。這給工程建設(shè)造成重大的安全隱患,故需在盾構(gòu)施工前排除該區(qū)域錨索的影響。

受錨索侵入的盾構(gòu)區(qū)間主要穿越的土層從上至下依次為淤泥、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、中粗砂及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。該場(chǎng)區(qū)土層具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低,靈敏度高的特點(diǎn),地下水埋藏較淺,地下水較為豐富,砂土容易液化。錨索影響區(qū)域的地鐵盾構(gòu)所在地層的地質(zhì)與水文縱斷面圖見圖2。

在錨索的影響下,盾構(gòu)機(jī)難以保持良好的掘進(jìn)姿態(tài),盾構(gòu)機(jī)若長(zhǎng)時(shí)間停留在該區(qū)域,將會(huì)偏離設(shè)計(jì)軸線而向下沉陷,繼而使管片發(fā)生變形,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生涌水現(xiàn)象,相應(yīng)的地表也會(huì)發(fā)生塌陷。

圖1 地鐵盾構(gòu)區(qū)間與錨索的位置關(guān)系圖

圖2 地層的地質(zhì)與水文縱斷面圖

2 錨索處理方案比選

結(jié)合施工場(chǎng)地周邊情況和工程地質(zhì)條件,提出了以下4種錨索處理方案。

2.1 明挖基坑法

明挖法是一種傳統(tǒng)的施工工藝,工藝較為成熟、可控性較高。其在預(yù)計(jì)錨索存在的地段進(jìn)行明挖基坑,深度約為20 m左右,坑壁采用地下連續(xù)墻支護(hù)。該方案施工風(fēng)險(xiǎn)較小,且可排除其它不明障礙物,徹底清除錨索。但該地段位于市中心繁華區(qū)域,若進(jìn)行圍擋明挖,將嚴(yán)重影響既有主干道的正常交通；同時(shí)較多的地下管線導(dǎo)致遷改非常麻煩；工程造價(jià)增加約為1 400萬元且受管線遷改和征地拆遷制約,工期無法保證。

2.2 暗挖隧道法

為了避免拆遷和改建工作,減少對(duì)地下管線和地面交通的影響,可采用在車站端頭井處做暗挖隧道清除侵入盾構(gòu)區(qū)間的錨索,然后盾構(gòu)機(jī)空推通過該區(qū)域的方案。由于該盾構(gòu)區(qū)間地層為淤泥和淤泥質(zhì)土等自穩(wěn)性較差的軟弱地層,且地下水較豐富,雖對(duì)該區(qū)域采取地面旋噴樁加固和洞內(nèi)前進(jìn)式深孔注漿等地層加固措施,但仍存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。若采用該方法，工程造價(jià)增加約為2 500萬元,施工工期約8個(gè)月。

2.3 套管拔除法

根據(jù)原套管跟進(jìn)鉆取法的施工要求,沿錨索支護(hù)樁外墻施做一個(gè)5 m寬的工作基坑,然后用跟管鉆機(jī)套取錨索。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況(如圖3所示),可采取的主要措施有:①用千斤頂直接拉拔;②采取套管鉆進(jìn)拔除,進(jìn)尺5 m左右位置錨索斷裂;③采取潛孔錘輔助成孔后再用千斤頂拉拔。但由于錨索長(zhǎng)度較長(zhǎng),錨索的實(shí)際角度與設(shè)計(jì)角度存在偏差且無準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持,采取跟管鉆進(jìn)時(shí),套管軸線與錨索軸線極有可能不擬合,造成套管鉆進(jìn)時(shí)極易切斷錨索；采用潛孔錘松動(dòng)土體深度不夠,殘存的錨固段過長(zhǎng),握裹體與圍巖的摩擦力大于鋼絞線最大破斷力,造成該拔除方法無法運(yùn)用。

2.4 旋挖鉆垂直切索法

該方法在隧道上方地面的隧道中線位置處采用旋挖鉆機(jī)將錨索垂直切斷,然后盾構(gòu)機(jī)擠壓推進(jìn)處理錨索。該方法的優(yōu)點(diǎn)是只需占用一個(gè)車道進(jìn)行施工,減少對(duì)交通疏解、管線遷改和征地拆遷的影響,且施工方法簡(jiǎn)單靈活,工程造價(jià)只需增加約800萬元,施工工期約2個(gè)月。該方法的缺點(diǎn)是對(duì)錨索處理不夠徹底,若出現(xiàn)錨索纏住刀盤的情況需開倉處理,存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。為了預(yù)防殘留的錨索對(duì)盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)的影響,根據(jù)錨索分布情況及地面條件等設(shè)置3處土層預(yù)加固區(qū)域,當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)土層預(yù)加固區(qū)域時(shí),給進(jìn)倉處理殘留錨索提供了安全的條件。

綜合考慮交通疏解、管線遷改、征地拆遷、工程費(fèi)用、施工工期及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等多方面因素，經(jīng)對(duì)上述4種方法進(jìn)行比選(如表1所示),本工程采用旋挖鉆垂直切索法對(duì)該盾構(gòu)區(qū)間的錨索進(jìn)行清障處理。

表1 不同錨索處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

3 旋挖鉆垂直切索法的錨索處理情況

3.1 旋挖鉆的布置

根據(jù)錨索與盾構(gòu)區(qū)間的平面關(guān)系,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地面條件，適當(dāng)避讓區(qū)域內(nèi)的管線來確定旋挖鉆處理位置(如圖4所示)。旋挖鉆鉆孔前,為避免鉆斷重要的地下管線,應(yīng)用人工開挖溝槽,溝槽深度為2 m。旋挖鉆機(jī)從地鐵右線的盾構(gòu)區(qū)間上方沿線路中心線方向垂直向下切斷錨索,旋挖鉆機(jī)采用φ0.8 m鉆頭,鉆孔間距為0.6 m,共需鉆孔142個(gè)。旋挖鉆從地表開孔,鉆孔深入至隧道底板下3 m,成孔后采用低標(biāo)號(hào)M5砂漿進(jìn)行回填,回填至距地面2 m高度為止(如圖1b)所示)。

圖4 旋挖鉆處理范圍平面圖

3.2 預(yù)加固區(qū)域的設(shè)置

根據(jù)該建筑基坑錨索的分布情況,考慮避讓地面構(gòu)筑物和區(qū)域內(nèi)的管線,沿地鐵右線盾構(gòu)區(qū)間的前進(jìn)方向,共設(shè)置了3處土層預(yù)加固區(qū)域,如圖5所示。單個(gè)土層預(yù)加固區(qū)域縱向長(zhǎng)度為刀盤前3 m至中盾徑向孔后1 m范圍,加固體寬度與高度為盾體外2.5 m范圍,即單個(gè)土層預(yù)加固區(qū)域尺寸為8 m×11 m×11 m。加固區(qū)域內(nèi)實(shí)樁處理的長(zhǎng)度為11 m,空樁長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際地面標(biāo)高確定。加固體采用三重管高壓旋噴樁,樁徑0.8 m,樁間距0.6 m,咬合0.2 m。

圖5 土層預(yù)加固區(qū)域平面布置圖

3.3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況及處理效果

本工程地下管線探查用了15 d,高壓旋噴樁加固土層和旋挖鉆垂直切除錨索共用了45 d?，F(xiàn)場(chǎng)局部封閉1個(gè)車道作為施工場(chǎng)地,對(duì)交通造成的影響較小,旋挖鉆現(xiàn)場(chǎng)施工情況如圖6所示。盾構(gòu)機(jī)穿越該錨索處理區(qū)域共用了14 d,平均每天掘進(jìn)7 m；盾構(gòu)機(jī)穿越該區(qū)域土層的扭矩為穿越正常土層的1.5～2.0倍。盾構(gòu)機(jī)穿越該區(qū)域時(shí),未發(fā)生盾構(gòu)機(jī)受錨索纏繞刀盤、隧道軸線偏移變形、管片漏水等不良情況。同時(shí)該區(qū)域地面情況良好,地表未發(fā)生過大的隆起或沉降現(xiàn)象,最大地表沉降值約12 mm,均在規(guī)范限值之內(nèi)；同時(shí)地面建筑物并未發(fā)現(xiàn)由此產(chǎn)生的可見裂縫和建筑變形。

圖6 旋挖鉆現(xiàn)場(chǎng)施工情況

3.4 施工注意事項(xiàng)及防范措施

盾構(gòu)機(jī)穿越錨索處理區(qū)域的主要施工注意事項(xiàng)如下:① 要避免錨索纏繞刀盤,減小刀盤實(shí)際開口率,造成扭矩及推力增大,土體不易進(jìn)入土倉,引起地面產(chǎn)生較大隆起; ② 要注意錨索卷入土倉后,易纏繞螺旋輸送機(jī),使之出現(xiàn)拒排現(xiàn)象,甚至無法掘進(jìn); ③ 要注意刀盤對(duì)錨索的拉扯會(huì)造成較大的地層擾動(dòng),從而引起地面及周邊管線沉降。

主要的應(yīng)急防范措施為:① 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在加固區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)不能出土,造成扭矩及推力增大,土體不易進(jìn)入土倉,引起較大地面隆起時(shí),如經(jīng)過檢查確認(rèn)為錨索纏繞刀盤,應(yīng)進(jìn)行開倉處理; ② 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)時(shí),必須對(duì)地面情況加強(qiáng)巡視及監(jiān)測(cè),提高監(jiān)測(cè)頻率,發(fā)現(xiàn)地面變化較大,應(yīng)立即停止盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)。

4 結(jié)語

對(duì)明挖法、暗挖法、套管拔除法和旋挖鉆垂直切索法等4種錨索處理方案進(jìn)行了比選,決定運(yùn)用旋挖鉆垂直切索法處理佛山地鐵1號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間的預(yù)應(yīng)力錨索,取得了良好的處理效果。該方法克服了軟土地層等不良地質(zhì)情況的影響,大大降低了工程造價(jià)、壓縮了工期。在充分考慮地面構(gòu)筑物和既有地下管線的分布情況下,靈活調(diào)整旋挖鉆切索位置,大幅降低了交通疏解的壓力和管線遷改的費(fèi)用。該方法高效、靈活、節(jié)約、可靠,可推廣運(yùn)用于類似錨索清障工程。

[1] 傅春青.區(qū)間盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)的基坑支護(hù)錨索綜合處理技術(shù)[C]∥中國(guó)巖土錨固工程協(xié)會(huì).中國(guó)巖土錨固工程協(xié)會(huì)第十五次全國(guó)巖土錨固工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京:人民交通出版社,2006:379-386.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范:CJJ/T 202—2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] 李廣良.鄭州地鐵1號(hào)線會(huì)—民盾構(gòu)區(qū)間錨索拔除施工技術(shù)[J].隧道建設(shè),2014,34(5):494-498.

[4] 王淼.城市軌道交通盾構(gòu)隧道穿越大廈地下室錨索的處理方案比選[J].城市軌道交通研究,2012(6):104-108.

[5] 林生涼.地鐵盾構(gòu)區(qū)間遇到錨索障礙物的處理方法及技術(shù)控制[J].福建建筑,2013(9):50-51.

[6] 楊石飛,顧國(guó)榮,王福林.深層清障技術(shù)縱論[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2008,4(2):387-391.

Anchor Cable Removing Technique of Metro Shield Tunnel Section in Soft Soil Stratum

HUANG Zhibin, YOU Jie

Based on the tunnel construction project of Foshan metro Line 1,which crosses through the existing deep anchoring cables of a building,4 kinds of anchor cable removing schemes——open excavation method, underground excavation method,casting extraction method and rotary drilling rig method——are introduced.Taking into account of the time limit,project cost and project risks,the rotary drilling rig method is finally adopted to deal with the anchor cable problems,which has achieved good results.This method can provide a reference for similar projects in the future.

metro; shield tunnel section; anchor cable removing; rotary drilling rig method

U 455.43;TU94+3.9

10.16037/j.1007-869x.2017.06.027

2015-09-22)