成都地鐵盾構(gòu)區(qū)間錨索拔除試驗(yàn)結(jié)果分析總結(jié)

張曉勇

【摘要】城市地鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工越來(lái)越多，在盾構(gòu)掘進(jìn)中，常會(huì)遇見(jiàn)地下障礙物，在盾構(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)該區(qū)域時(shí)，一般都采用預(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)力錨索障礙物是其中一種，由于錨索本身為高強(qiáng)度鋼絞線，使得盾構(gòu)無(wú)法利用刀盤(pán)上刀具把其切斷，所以錨索一直是盾構(gòu)通過(guò)的難題。本文就針對(duì)成都地鐵5號(hào)線地鐵花牌坊站～撫琴站盾構(gòu)區(qū)間存在鄰近建筑物錨索侵入盾構(gòu)區(qū)間，采用人工挖孔樁內(nèi)進(jìn)行錨索拔除試驗(yàn)施工的總結(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析 ，旨在為日后的類似施工提供簡(jiǎn)單參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)施工；錨索；障礙物；障礙物；技術(shù)研究

【Abstract】In the metro tunnel tunnels， more and more shield tunneling methods are used. During shield tunneling， underground obstacles are often encountered. When the shield machine can not rely on the cutter on its own cutter plate to cut obstacles through the area， it is generally adopted Pre-treatment method to remove obstacles to ensure the smooth passage of the shield. Prestressed anchor is one of the obstacles， because the anchor itself is high-strength steel wire， making the shield can not use the cutter on the cutter to cut it， so the cable has been the shield through the problem. In this paper， Chengdu Metro Line 5 subway station arch flower station - Fuqin station shield tunnel adjacent buildings intruding into the shield interval， the use of artificial digging pile anchor cable pull-out test summary of the summary for the purpose of Similar construction in the future to provide a simple reference.

【Key words】Shield construction；Anchor cable；Obstacle；Obstacle；Technical research

1. 工程概況及34#樁開(kāi)挖實(shí)際情況

1.1工程概況：成都地鐵5號(hào)線花牌坊站～撫琴站盾構(gòu)區(qū)間，左線始發(fā)后在里程ZCK20+397.934～ZCK20+542.659范圍內(nèi)（約135m）下穿西錦國(guó)際基坑錨索區(qū)域，為了盾構(gòu)機(jī)能夠順利掘進(jìn)，需提前對(duì)基坑加固侵入隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖限界的錨索全部拔除。根據(jù)設(shè)計(jì)資料計(jì)算得到，西錦國(guó)際基坑加固區(qū)侵入隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖限界的有51個(gè)截面中的錨索，將不同灌注樁間的錨索所在截面按順序進(jìn)行編號(hào)為1-52#截面（見(jiàn)圖1）。

1.1.1根據(jù)設(shè)計(jì)，34#人工挖挖孔樁從上至下分布四道錨索。（第一道錨索長(zhǎng)22m，設(shè)計(jì)拉力500KN，預(yù)加力300KN，錨固段14m，自由端8m；第二道錨索長(zhǎng)20m，設(shè)計(jì)拉力450KN預(yù)應(yīng)力300KN，錨固段13m，自由端7m；第三道錨索長(zhǎng)15m，設(shè)計(jì)拉力400KN，預(yù)加力250KN，錨固段9m，自由端7m；第四道錨索長(zhǎng)13m，設(shè)計(jì)拉力400KN，預(yù)加力250KN，錨固段8m，自由端5m；錨索采用4束s15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線；錨索孔徑150mm，內(nèi)注0.5：1純水泥漿）。

1.1.2實(shí)際情況：34#樁目前已經(jīng)挖出三道錨索。

第一道深度，7.7～7.8m，錨索偏離樁中心位置約30cm。

第二道深度，10.2～10.3m，錨索偏離樁中心位置約10cm。

第三道深度，12.7～12.8m，錨索偏離樁中心位置約30cm。

1.2地質(zhì)概況：本次進(jìn)行試拔的錨索主要處于<2-9-2>稍密卵石層中（見(jiàn)圖2）。

1.334#樁開(kāi)挖水位情況： 現(xiàn)場(chǎng)布置5口降水井，34#樁第三道錨索拔除作業(yè)空間內(nèi)已無(wú)地下水，水位處于14.5m以下。

2. 人工挖孔樁施工

人工挖孔樁混凝土護(hù)壁施工采用內(nèi)齒承插式以增加抗塌孔能力，每孔采用上口直徑為1.5米，護(hù)壁厚度上口150mm，下口孔徑為上口孔徑加150mm，高度為1000或500mm，第一節(jié)護(hù)壁高出地面15～20cm以上，以便于擋土或定點(diǎn)等。

3. 錨索拔除試驗(yàn)

3.1張拉法施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)的錨索位置圖，下挖至需拔除的錨索，采用先沿錨索方向打入鋼套管，后用千斤頂張拉頂出的方法，為了使護(hù)壁提供能夠承受千斤頂反力，施做一個(gè)高1000mm的素混凝土操作面，素混凝土操作面與錨索垂直，待拔錨區(qū)域混凝土達(dá)到強(qiáng)度時(shí)，鋪一張2cm厚鋼板，在鋼板上錨索周圍焊接4根10#工字鋼，這樣素混凝土、鋼板、工字鋼形成一個(gè)反力架，以承受千斤頂反力。使用100t穿心千斤頂夾住錨索，慢慢張拉拔出錨索，拔出的錨索采用電動(dòng)砂輪分段切割然后吊出孔外，直至錨索拉出。

3.2張拉法施工流程（見(jiàn)圖3）。

3.3拔除試驗(yàn)準(zhǔn)備情況。

準(zhǔn)備主要包括千斤頂油壓標(biāo)定，操作臺(tái)澆筑，千斤頂安裝就位、調(diào)試。

油壓標(biāo)定：根據(jù)西南交通大學(xué)結(jié)構(gòu)工程試驗(yàn)中心標(biāo)定結(jié)果，本次試驗(yàn)用的油頂壓力y（KN）與油表讀數(shù)x（MPa）之間大致滿足--y=28x的函數(shù)關(guān)系。

3.4錨索試驗(yàn)過(guò)程。

3.4.1油泵階段性加壓持續(xù)4小時(shí)58分鐘，在加壓達(dá)到33MPa時(shí)，采取穩(wěn)壓；當(dāng)加壓到37MPa時(shí)約103t，錨索發(fā)出“嘣”的異響。10分鐘減壓后，下井檢查，混凝土承臺(tái)、護(hù)壁未發(fā)現(xiàn)異常，最下面一根錨索其中有兩股鋼絞線發(fā)生斷裂，斷裂位置在錨索砼包裹層外22cm處。

3.4.2再次對(duì)錨索進(jìn)行重新加壓，加壓到28MPa，底下又出現(xiàn)異響，下井檢查，發(fā)現(xiàn)四根錨索已經(jīng)不能同時(shí)受力，只有下面兩根鋼絞線能夠處于受力拉緊狀態(tài)，上面錨索呈松弛狀態(tài)。

3.4.3分析松弛的兩根錨索可能里面已經(jīng)斷裂，為了驗(yàn)證分析，對(duì)松弛的兩根錨索進(jìn)行單獨(dú)加壓，壓力可以加到20MPa（約56t），排除里面斷裂的情況。

3.4.4繼續(xù)對(duì)四根錨索同時(shí)張拉實(shí)驗(yàn)，加壓至18MPa 時(shí)，下井檢查，四根錨索都處于繃緊狀態(tài)，持壓后繼續(xù)加壓，當(dāng)加壓到26MPa ，井下又出現(xiàn)異響。減壓后下井檢查，發(fā)現(xiàn)那根斷裂的錨索其中7股鋼絞線已經(jīng)有4根發(fā)生斷裂。

3.5錨索試驗(yàn)結(jié)果與分析。

3.5.1第四次試驗(yàn)結(jié)束，其中一根錨索有4根鋼絞線發(fā)生斷裂，宣布試驗(yàn)結(jié)束，此次試驗(yàn)結(jié)果失敗。

3.5.2在拉拔試驗(yàn)過(guò)程中，錨索極限抗拉承載力小于錨索及其包裹層在砂卵石地層中的摩擦力，同時(shí)施加的力能使錨索從其包裹層中剝離，導(dǎo)致既不能使錨索單獨(dú)拔出，也不能使錨固體整體被拉出。

3.5.3方案中計(jì)算的錨索的極限抗拉強(qiáng)度：錨索極限抗拉強(qiáng)度計(jì)算 Ru： RuηanSnRm

式中： ηa ——錨索效率系數(shù)，取0.95； n——鋼絞線根數(shù)；Sn ——鋼絞線公稱截面面積；Rm ——鋼絞線抗拉強(qiáng)度。

Ru ηa nSnRm =0.95×4 ×139×1860=982KN （1）

3.5.4當(dāng)不考慮錨具效率系數(shù)時(shí)：

Ru nSnRm = 4 ×139×1860=1034.2KN （2）

3.5.5與試驗(yàn)錨索在103t時(shí)發(fā)生斷裂的結(jié)果相符合。

方案中計(jì)算錨索在砂卵石中的摩擦力：

Rk=πd∑qsikli/γ （3）

式中： N——錨索軸向受拉極限值； γ ——錨索軸向受拉抗力分向系數(shù)，取1.3；

d ——錨固體直徑；qsik ——土體與錨固體的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)基坑地質(zhì)資料，卵石層 取值為190KPa。

3.5.6根據(jù)初步試拔人工挖孔樁平面位置，求得設(shè)計(jì)需拔出錨索長(zhǎng)度為3.8m，考慮樁位置及錨索偏移，錨索需拔除長(zhǎng)度按5m考慮，帶入錨固體直徑 d，求得錨索極限摩阻力：

N=πdql=π ×150×190×7.3=653KN （4）

3.5.7方案中計(jì)算錨索在砂卵石中的摩擦力時(shí)考慮的錨固體直徑150mm與實(shí)際情況不相符，根據(jù)開(kāi)挖的前幾道錨索，錨固體直徑都在300cm以上。

3.5.8進(jìn)行拔除試驗(yàn)的第三道錨索，看到的最外端錨固體直徑為390mm，而且錨固體周圍漿液凝固有大小不一的卵石，錨固體呈現(xiàn)的狀態(tài)是密實(shí)、強(qiáng)度大。

3.5.9分析：試驗(yàn)沒(méi)有對(duì)砂卵石地層中錨固體情況有詳細(xì)了解，是導(dǎo)致此次試驗(yàn)失敗的主要原因。沒(méi)有對(duì)摩擦力有充分的估計(jì)，導(dǎo)致方案設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不符合。

4. 結(jié)語(yǔ)

錨索拔除施工在國(guó)內(nèi)施工實(shí)例不多，大概成功完全拔除率在20%～40%左右，因?yàn)樵阱^索拔除過(guò)程中，容易拔斷，造成錨索殘留。成都地鐵5號(hào)線花牌坊站～撫琴站盾構(gòu)區(qū)間錨索障礙區(qū)經(jīng)上述拔除方法施工，未能成功，導(dǎo)致該區(qū)間由盾構(gòu)法改為暗挖法施工。為以后土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在該類地下障礙物中推進(jìn)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳饋，洪開(kāi)榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù).北京：人民交通出版社，2009.5.

[2]張鳳祥，朱合華，傅得銘.盾構(gòu)隧道.北京：人民交通出版社，2004：92～126，298～308.

[3]錨索力學(xué)參數(shù)拉拔試驗(yàn)研究-《重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)》2007年02期.

[4]《成都地鐵5號(hào)線一、二期工程土建6B標(biāo)段施工招標(biāo)設(shè)計(jì)——西北橋站～花牌坊站～撫琴站～中醫(yī)大省醫(yī)院站區(qū)間》（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）.