錨索拔除施工技術

王超 張亮 程輝

摘 要：管鉆進套取錨索法作為一種拔除預應力錨索的新技術、新工藝。隨著套管跟進技術的不斷發展和完善，本工法在各地區城市地鐵施工及相關施工中必將得到越來越多的應用，具有廣闊的市場前景

關鍵詞：錨索、拔除、萬向節、張拉法、柔性、跟管鉆進

Pick to: the pipe drilling show anchor method as a kind of prestressed anchor rope pulling new technologies, new processes. With the continuous development of casing follow-up technology and improvement of this method in various areas in city subway construction and related construction will get more and more application and has broad market prospects

Keywords: anchor rope, pulling, universal joint, rafa, flexible, and drilling

中圖分類號：TU74 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772（2013）09-0000-01

一 工程概況

益田站-石廈站區間設計為兩條并行的單線盾構法隧道，由益田站北端出發后，向北沿石廈街下穿。根據設計和相關資料，在右線隧道里程YDK4+099-YDK4+166.877,長67.8m的范圍(位于福民路與石廈街交匯處的北側，石廈街下方)。石廈街西側的天虹商場地下室圍護結構錨索侵入右線隧道（圖1-1、1-2），如果不采取措施處理，在盾構掘進該段時將嚴重影響盾構機的正常掘進，從而增大隧道安全隱患。原設計方案為從石廈站南端沿著隧道右線采用礦山法施工，將侵入隧道的錨索一一割除。

天虹商場地下室修筑期間采用水泥攪拌樁加工字鋼作為圍護結構，支撐采用槽鋼腰梁和豎向間距3m，水平間距2m，長度為25m的2根7束直徑15mm錨索。錨索自由段長8米，錨固段長17米。

天虹商場、錨索與隧道關系和錨索侵入隧道情況見附圖1-1和圖1-2所示。

圖1-2 錨索工作坑及隧道斷面圖

原設計從石廈站南端沿著隧道右線采用礦山法施工，將侵入隧道的錨索一一割除的方案，因為工期較長，成本較高，安全隱患較大，故將此方案改為沿石廈北大街西側，距離天虹商場地下室東側外邊線1m以外的范圍，沿錨索上方施做一排豎井及暗挖隧道，再采用拔除錨索的方法將錨索拔除。

二 試拔錨索方案分析及改進

在豎井施工完成后，采用不同的三種施工工藝對錨索進行現場拔除試驗，觀察施工效果并確定相關施工參數，為最終確定合理的施工方案提供可靠的參考依據。

(一)張拉法

豎井施工完成后，將錨索周圍的豎井混凝土護壁鑿除，在錨索左右兩側各放置一塊30mm*60cm*60cm鋼板，再將YCW150B千斤頂頂置在鋼板上，采用張拉法將錨索直接拔除。

1試拔效果

鋼絞線拉的極限強度為200KN，張拉法拔除的拉力不能大于該極限強度的75%?，F場采用張拉法對3根錨索的拔除過程中，千斤頂施加的張力分別為140KN、130KN、140KN，均未能將錨索拔除。

千斤頂拔除現場

2結果分析

由于錨固長度較長（17m），直接利用張力將錨索拔除的施工方法的難度與危險性都很大：1）錨索施工過程中灌注錨固砂漿時，難免會出現局部部位鋼絞線與砂漿分離的情況，該部位的錨索由于長期暴露在土層中，一定程度受到腐蝕，鋼絞線拉強度也受到一定程度的影響，該處便成為整段錨索比較脆弱的部位。如果千斤頂施加的張拉過大，錨索可能在該脆弱部位發生斷裂，一方面將會這對現場施工人員將會產生很大危險，另一方面殘留土體中的錨索將會給后期盾構施工帶來一定的困難；2）施加過大的張拉力時，千斤頂通過鋼板傳遞給豎井護壁的壓力同樣很大，這給整個豎井的基坑安全帶來很大的威脅。因此單獨采用千斤頂張拉法將錨索拔除的方案是不合適的。

（二）剛性套管跟管鉆進套取法

錨索拉拔破壞可能發生在砂漿與鉆孔周圍巖體的接觸面上，也可能發生在錨索鋼絞線與砂漿的接觸面上。前者接觸面的強度主要指砂漿與鉆孔周圍巖體的粘結強度（設為a），后者主要指鋼絞線與砂漿的粘結強度（設為b）。在給錨索施加張力后，同等情況下，承受拉拔力小的接觸面首先發生破壞。這個拉拔力T取決于a和b中的最小值。如果能夠很大程度的降低a和b其中的一個，即我們需要拔除的力T將大大的減小，這時在利用張拉法就能很容易的將錨索拔除。

因此，我們在第二次試拔中采用YGL-100型多功能鉆機跟管鉆進套取錨索的方法。加工特制的三翼鉆頭，鉆頭外徑15cm，鉆孔套管直徑約為14.5cm。鉆進角度盡量與原錨索一致，并使錨索位于套管的中央。

剛性套管跟管鉆進拔除現場

由于使用的是剛性套管，在第二次試拔中，由于套管與錨索角度存在偏差，跟管鉆進至10m處時鉆頭便將錨索絞斷。

被鉆頭絞斷的錨索

（三）柔性套管跟管鉆進套取法

通過對剛性套管跟管鉆進試拔錨索的方法分析獲得一下的經驗：1）錨索普遍采用麻花鉆施工，角度控制的精度相對較低,并且錨索受地層及重力因素的影響，一般會呈拋物線型態下垂，所以，采用剛性套管直接跟進的方法在鉆進過程中很容易因為套管與錨索之間存在角度偏差而將鋼絞線切斷，導致錨索殘留在土體中無法清除；2) 三翼鉆頭由于鉆齒較大，容易將鋼絞絲（錨索）絞散，從而將其一束束的絞斷； 3)鉆頭直徑過小，留給跟進的套筒沿鋼絞線角度的調節空間較小，容易因為角度偏差而切斷錨索。

針對以上柔性套管跟管鉆進套取法的缺點進行改進，在第三次試拔中我們采用了柔性套管跟管鉆進套取錨索，成功的將錨索一一的徹底拔除。

三 柔性套管跟管鉆進套取錨索施工方法

柔性套管跟管鉆進套取錨索處理工藝整個流程為：

機械設備加工→鉆機就位→調整鉆進角度→安裝套管及鉆頭→開鉆→加接套管→調整角度→繼續鉆進→直至到位→抽拔套管、鉆頭→再拔除錨索鉆芯。

（一）機械設備的準備

1 柔性套管: 錨索打設設計角度為25°，在具體施工時，它的角度是變化的，由于受地層及重力因素的影響，一般會呈拋物線型態下垂，加之采用麻花鉆施工，精度相對較低，所以，直接鉆進很容易將鋼絞線切斷。為使套管順著錨索的軌跡鉆進，不切割鋼絞線，我們采用每節1m的萬向節套管，它能包裹錨索，順錨索的彎度而鉆進。這樣就使鋼套管有了柔性，能保護錨索不被切斷，沿錨索一直鉆到錨索錨固頭，破壞錨固頭后，再將其拔除。

圖3-1 萬向節套管示意圖

2 鉆頭的加工：針對前面對柔性套管跟管鉆進套取法的缺點分析中的我們重新特制一個直徑17cm的波浪型小牙鉆頭。一方面波浪形小牙鉆頭因為鉆齒邊緣為波浪型，比較圓滑，鉆齒起伏也較小，不易絞散并切斷鋼絞線。另一方面，鉆頭直徑17cm比直徑14.5cm的套筒大2.5cm，在套管跟進過程中有足夠大的空間進行調節方向，使套筒始終保持與錨索一直的方向。

圖3-2￠17cm的波浪型小牙鉆頭

3 鉆機：與前面剛性套管跟管鉆進套取法一樣主鉆機采用YGL-100型履帶式多功能工程鉆機。根據豎井的寬度，另外加工一個1.25×2.4m的輔鉆機在井下操作，輔鉆機尾端帶有角度調節裝置便于安裝時針對錨索的實際角度進行調節。

YGL-100型多功能鉆機 輔鉆機加工

YGL-100型多功能鉆機主要技術參數：

1）鉆孔深度： 60~150m；

2）鉆孔直徑：?130~250mm；

3）動力頭輸出轉速（正反）：40/80rpm；

4）動力頭最大輸出扭矩：6000N.m；

5）動力頭最大起拔力：55kN；

6）動力頭最大給進力：40kN；

7）動力配置：電動機37kw或柴油機75kw。

（二）安裝鉆機

工作坑完成后,利用汽車吊將履帶式鉆機吊入基坑內,進行安裝,鉆機傾斜度根據被切割錨索傾斜度確定，錨索的設計角度為25°，但鉆頭及套管的角度以現場錨索的實際角度為主。由于以前的錨索普遍采用麻花鉆施工，精度相對較低，為了避免因為鉆頭及套管與錨索角度偏差過大而使鉆頭過多的磨損或者切割錨索，導致錨索殘留在土體中未能得到徹底清除，而影響后期盾構施工。所以開鉆之前角度調整是必不可少的一個步驟。

（三）鉆進、跟管及拔除

輔鉆機安裝及角度調整完成后,將錨索穿入帶有鉆頭的第一節套管內,直至錨頭。

備好泥漿，開動鉆機，采用取芯式鉆進，利用鉆機將套管分節沿錨索鉆入錨固段，邊鉆進邊按錨索走向調整鉆機角度，直至完全破壞錨索與土層之間的粘結，在降低錨索抗拔力的情況下，用鉆機拔除錨索。每拔出一節（1m），將包裹在錨索上的水泥鑿除，切斷一節，再拔再切，直至全部拔除。

跟管鉆進施工現場 拔除錨索錨頭

（四）孔洞充填

在錨索徹底拔除后，采用注入砂漿的方法對鉆孔進行充填。

結語

隨著城市建設的發展,許多大城市開始修建地鐵,盾構隧道技術的應用也越來越廣,大多隧道都不可避免的下穿、旁穿大型建筑物。由于地鐵規劃較晚,沿線高大建筑物眾多。特別在沿海地區，地質情況較為復雜，錨索施工的運用比較頻繁，這很大程度對地鐵的盾構隧道的施工帶來不便。而一般錨索的施工工藝，精度相對較低時，采取一般拔除方法可能造成錨索斷裂，殘留在土體中無法清除。跟管鉆進套取錨索法作為一種拔除預應力錨索的新技術、新工藝，不但能夠拔除侵入盾構隧道內的預應力錨索，而且與其他方式相比具有施工成本較低、能縮短施工準備周期，同時也大大地降低了施工風險。

隨著套管跟進技術的不斷發展和完善，本工法在各地區城市地鐵施工及相關施工中必將得到越來越多的應用，具有廣闊的市場前景。