地鐵建設中應對既有廢棄錨索方法與評價

摘" 要：地鐵建設中遇到地下既有廢棄錨索的情況屢見不鮮，該文結合工程設計經驗，提出工程中避免廢棄錨索產生或避讓廢棄錨索的建議。地鐵盾構法施工結合實際廢棄錨索侵入區間位置、長度、數量等因素應對廢棄錨索方法選擇，有盾構機強行推過錨索區，旋挖鉆或全套管全回轉鉆提前進行地面預處理錨索方法比選；地鐵明挖法施工結合實際地質水文條件應對廢棄錨索方法選擇，有旋挖鉆孔灌注樁、旋挖鉆孔灌注樁+旋噴樁止水、全套管全回轉咬合樁、地下連續墻工藝應對廢棄錨索的綜合經濟比選分析與評價。

關鍵詞：廢棄錨索；盾構法；明挖法；旋挖鉆機；全套管全回轉鉆機；地下連續墻

中圖分類號：U455.4" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0123-06

Abstract： It is common to encounter abandoned anchor cables in the construction of subway. Based on the author's engineering design experience， this paper puts forward some suggestions to avoid the generation or avoidance of abandoned anchor cables in the project. In the construction of subway shield method， the selection of abandoned anchor cable method should be combined with the actual location， length， quantity and other factors of abandoned anchor cable intrusion interval. The shield machine is forced to push through the anchor cable area， and the ground pretreatment anchor cable method is compared and selected in advance by rotary drilling or full casing rotary drilling. The construction of subway open-cut method should be combined with the actual geological and hydrological conditions to deal with the selection of abandoned anchor cable methods. There are comprehensive economic comparison and evaluation of rotary drilling bored piles， rotary drilling bored piles plus rotary jet grouting piles， full-sleeve full-rotation interlocking piles， and underground continuous wall processes to deal with abandoned anchor cables.

Keywords： abandoned anchor cable; shield method; open excavation method; rotary drilling rig; full-sleeve full-rotation drilling rig; underground diaphragm wall

目前，我國的地鐵基本均修建于300萬人口以上的中大或特大城市，地鐵沿線周邊建（構）筑物情形多樣，尤其近20年來新建的高層建筑物基本均設有地下室，對于地下層數較多且不規則的基坑，一般會選擇樁錨支護形式。而民建基坑的支護結構多數為臨時性構件，其中錨索隨著支護功能失效而殘留在建筑紅線外，形成地下垃圾，廢棄錨索殘留于道路下時則出現對相鄰地鐵建設造成嚴重影響的情況。

本文結合太原地鐵1、2號線建設中的實際工程案例，對地鐵盾構法施工和明挖法施工應對既有廢棄錨索方法選擇進行了總結，為后期類似工程提供借鑒與參考。

1" 工程案例

1.1" 案例一

太原地鐵1號線小井峪站-下元站區間及下元站臨近公園時代城，本綜合體裙樓為地上5層，地下4層，建成后大量廢棄錨索殘留于地下，由于地鐵線路受西側古槐和東側下元站站位等邊界條件的制約，小井峪站-下元站區間無法完全避開此建筑物臨迎澤西大街側殘留的廢棄錨索，地鐵結構輪廓與廢棄錨索的位置關系如圖1所示。

結合地鐵結構輪廓與建筑物的原支護結構設計資料分析，雖然二者之間在平面位置上約300 m范圍內存在上下重疊，經進一步分析兩者的剖面關系，原支護結構的第2、3道錨索侵入地鐵盾構區間，但侵入長度較小，圖2為兩者典型剖面位置關系圖。

施工過程中考慮此范圍廢棄錨索已臨近盾構機接收（下元站預留小井峪站-下元站盾構區間的接收條件）區域，且從空間位置關系判別只有局部錨索侵入盾構區間范圍（錨索侵入盾構刀盤范圍長度不大于1.5 m），盾構機掘進過程中有可能將錨索推擠至盾構機輪廓外，同時考慮錨索在打設過程中錨索實際長度、角度也存在一定偏差，如果提前由地面采取預處理，未必會取得滿意的效果，且處理費用昂貴，最終選擇適當加強盾構機刀盤的方式，盾構機自行調整直接推進并順利貫通。

下元站及其部分附屬結構同樣受此地塊廢棄錨索影響，由于場區范圍地下水位較高，且無坑外降水條件，下元站主體基坑（深度約20 m）采用地下連續墻支護結構，附屬基坑（深度約11 m）采用鉆孔灌注樁+三重管高壓旋噴樁止水的支護形式。地下連續墻成槽過程中依靠對成槽機抓斗采取鈦合金加強，將錨索切斷，施工過程中適當控制泥漿配比，防止拉扯錨索過程中槽段出現大范圍塌槽，經實地巡查基坑開挖過程中，在基坑內側地連墻未發現有明顯質量問題，如圖3、圖4所示。太原地區類似地層中地下連續墻施工遭遇廢棄錨索情況，采取對成槽抓斗進行加強，解決地層中錨索問題，在山西汾酒文化商務中心基坑工程中做過相關總結[1]。

1.2" 案例二

太原地鐵1號線柳巷南口站-五一廣場站區間及柳巷南口站臨近晉商銀行大樓，大樓地下有3層，原地下室基坑施工中采用樁錨支護形式，工后臨迎澤大街地下殘留大量廢棄錨索，柳巷南口站受站位影響設置于路南側，導致大量廢棄錨索侵入柳巷南口站明挖基坑及柳巷南口站-五一廣場站區間，地鐵結構輪廓與廢棄錨索的位置關系如圖5所示。

結合地鐵結構輪廓與原地下室基坑支護設計資料分析，晉商銀行大樓原基坑支護的豎向2道錨索有較長段（且貫通盾構區間斷面）已侵入柳巷南口站-五一廣場站區間的右線盾構掘進范圍和柳巷南口站明挖基坑。經評估，錨索纏繞卡死盾構機可能性較大，有必要提前對廢棄錨索進行預處理。二者剖面位置關系如圖6所示。

最初方案考慮柳巷南口站附屬基坑若能早于盾構區間施工，借助開挖附屬基坑過程中由明挖基坑內側將影響盾構掘進范圍內的錨索拔除，可達到既經濟又可靠的效果。但建設過程中因全線區間“洞通”時間節點的影響，未能實現原方案，最終選擇由地面采取旋挖鉆預處理盾構輪廓內的錨索。沿盾構結構輪廓布置2排Φ2 000 mm@1 700 mm的旋挖鉆孔，對旋挖鉆頭進行鈦合金加強，靠大功率旋挖鉆頭將錨索攪斷拔出，并采用三七灰土回填、夯實鉆孔，雖可能殘留部分短節錨索，但殘留錨索一般長度不大于1.5 m，基本可通過盾構螺旋輸送機隨渣土一并帶出，不影響盾構機的正常掘進，如圖7所示。

柳巷南口站主體基坑（深度約18 m）采用地下連續墻支護結構，附屬部分基坑（深度約10 m）采用鉆孔灌注樁+三重管高壓旋噴樁止水的支護形式，基本均可應對地下廢棄錨索的影響。

1.3" 案例三

太原地鐵2號線輯虎營站-北大街站區間，側穿臨近萬達廣場綜合體時遭遇大范圍廢棄錨索群，豎向2道廢棄錨索侵入盾構左線隧道，縱向影響范圍約190 m，共計300余束。錨索與區間兩者的典型剖面位置關系如圖8所示。

案例三中錨索與區間的位置關系與案例二基本類似，本工程錨索處理方案由地面采取全回轉套管鉆機靠區間輪廓內側垂直施工咬合樁孔，將錨索攪出區間范圍，然后采用三七灰土進行回填。

施工主要設備為全回轉鉆機+鋼套管+沖抓斗+十字沖錘等，主要設備如圖9所示。全回轉鉆機為提供動力的設備，為鋼套管提供扭矩和壓入力且定位孔位。鋼套管底端配置鈦合金刀頭，具有強大的切削能力，可將地下孤石、地下殘留廢舊鋼筋混凝土樁、錨索等障礙物清除。另一方面，在鉆進的過程中起到支護孔壁，防止孔壁坍塌的作用。十字沖錘為輔助將套管內錨索沖斷的設備。沖抓斗是套管鉆進后進行管內土體和障礙物清理的設備部件[2]。

其控制要點與案例二基本一致，為沿盾構輪廓施工2排Φ2 000 mm@1 700 mm的咬合樁孔，確保套管鉆孔將錨索截斷為不大于1.5 m的長短節，盾構掘進時要避免刀盤受錨索纏繞而出現卡機事故。

操作要點為全回轉套管鉆機帶動套管鉆進后，通過沖抓斗將套管內渣土抓出，抓取土過程中，遇到錨索卡管無法抓出時，更換十字沖錘，將錨索沖斷，然后采用沖抓斗將錨索節抓出。盾構區間范圍的錨索被清除后，對鋼套管內采用三七灰土回填，套管拔出后，及時對回填土體采用跟蹤注漿加固。

本工程的難點是周邊管線較多，施工場地需要占用萬達廣場門前場地及部分市政道路，協調難度較大，導致錨索處理工程（施工圍擋、管線改遷、綠化遷移、套管鉆施工和場地恢復）工期較長且處理費用較高。

2" 應對既有廢棄錨索方法總結

2.1" 工程中避免廢棄錨索產生或避讓廢棄錨索

地下殘留的廢棄錨索極可能對后期地鐵建設造成嚴重影響，市政公用工程有關部門有必要提前對城市建設規劃進行前期統籌管理，先施工地塊應考慮后續的規劃地鐵建設條件。地鐵建設方有必要對臨近地塊建設去函提出相關要求，周邊地塊新建項目基坑工程臨規劃地鐵側的支護形式不得采用錨索結構，避免工后廢棄錨索侵入遠期地鐵范圍，降低后期地鐵建設難度。

然而，樁錨由于支護形式低造價、便于施工、工藝成熟的特點，成為城市地下工程中常選工藝。為避免廢棄錨索產生，建議城市建筑工程進一步研究、推廣使用可回收式錨索，工后及時回收臨時錨索，可避免對后續相鄰工程造成影響，從源頭規避地下垃圾產生[3]。

但近幾十年城市基建大發展過后，各市政道路下已殘留大量廢棄錨索，廢棄錨索為地下障礙物，尤其對地鐵盾構法施工區間影響較大。若采取提前預處理錨索方案，勢必要消耗大量額外的人力、財力、設備去清障。既然如此，前期地鐵初步設計中應結合周邊建（構）筑物的基礎資料分析判斷廢棄錨索與地鐵結構的空間位置關系，必要時比選地鐵線路避讓廢棄錨索的方案。當然，此過程需協調多個專業進行配合，如線路專業評估避讓地下廢棄錨索后地鐵運營行車平順性，車站結構、建筑專業分析避讓錨索后對相鄰車站埋深或車站及其附屬布置的影響等，以上情況可能引起地鐵功能或投資變化。建議在功能、投資、可實施性等方面均衡的前提下優先考慮地鐵建設（尤其盾構區間）避讓廢棄錨索群的方案。

2.2" 地鐵盾構法施工應對廢棄錨索方法選擇

首先，分析廢棄錨索侵入地鐵盾構區間位置、長度、數量，評估廢棄錨索對盾構區間施工影響程度，選擇應對方法。

2.2.1" 廢棄錨索侵入盾構區間長度較短或數量較少時

如工程案例一的小井峪站-下元站區間，當侵入盾構機刀盤長度不大于1.5 m，且廢棄錨索接近于盾構接收區域，不存在盾構機因推過錨索區域后仍需要長距離掘進的工況，可結合工程實際情況采取依靠盾構機自身性能推過錨索區域的方案。

在盾構機強大的頂推力下，有可能將局部進入刀盤范圍的錨索推壓至盾構機外圍的地層中。此外，盾構機刀盤本身具備切削堅硬物的能力，盾構機強勁的扭力足以將刀盤正前方范圍一定數量的錨索攪斷，或纏繞在刀盤上，或進入螺旋輸送機與渣土一并帶出。臨近盾構接收端，即便出現卡機開倉的最不利工況，盾構接收時對地層的預加固可兼顧開倉條件。楊立濤等[4]在研究深圳地鐵9號線西延線盾構穿越錨索群處置技術中同樣證實未采取地面預處理廢棄錨索，盾構機刀盤可以把錨索絞斷強行推過的工況。

2.2.2" 廢棄錨索侵入盾構區間較長（橫向貫通盾構區間斷面）且數量較多時

對于遭遇沿地鐵線路縱向大范圍廢棄錨索群且錨索橫向貫通盾構掘進斷面，同時，錨索群處于非盾構接收段，盾構機穿越錨索區后仍有較長距離的區間需要掘進，此工況如冒進采用盾構機強行推過錨索區的做法，極可能出現盾構卡機或對刀盤有較大的磨損后仍需長距離“帶病”掘進，存在較大的安全隱患。此工況建議采取對盾構機掘進輪廓范圍內的錨索進行預處理方案。眾多學者針對盾構區間遇到廢棄錨索做了較多嘗試與研究，基本可總結為人工挖孔拔除錨索、明挖基坑清除錨索、暗挖隧道清除錨索、加固地層后盾構開倉切除錨索、全套管全回轉鉆機垂直切錨索、旋挖鉆機回旋切割錨索及多種工藝組合清除錨索等[4-5]，相關文獻對以上工藝做了對比分析，其中有些工藝適用性較差，施工現場操作不靈活且投資巨大。筆者經工程實踐和相關調研，推薦2種實用性較強的處理方式：旋挖鉆機和全套管全回轉鉆機進行處理錨索。實踐證明，大功率旋挖鉆機可將旋轉范圍內的錨索攪斷帶出地面，全套管全回轉鉆機為公認清除地下孤石、地下殘留廢舊鋼筋混凝土樁、廢棄錨索的利器。兩者工藝相比，全套管全回轉鉆機具備更強大的清障能力，但施工造價較高，成孔造價約為旋挖鉆成孔的2.2倍，從處理廢棄錨索效果和造價上考慮，建議優先采用旋挖鉆機處理廢棄錨索。

2.3" 地鐵明挖法施工應對廢棄錨索方法選擇

一般情況，地鐵明挖基坑深度不小于10 m，其支護形式結合基坑地質水文條件和基坑深度常選擇樁、墻支護結構。現以存在地下廢棄錨索影響為前提，則考慮可應對地下廢棄錨索的設備。經工程實踐總結，旋挖鉆機、全套管全回轉鉆機、地連墻成槽機均具備處理廢棄錨索的能力。

對于無水環境或可坑外降水的基坑，旋挖鉆孔灌注樁的支護結構的造價最低，其約為地下連續墻的70%，旋挖鉆機成孔的灌注樁為首選支護方案。

對于需降水且不具備坑外降水的基坑情況，旋挖鉆孔灌注樁+止水帷幕、全套管全回轉鉆機成孔的咬合樁和地下連續墻可作為比選方案。

因地下廢棄錨索的影響，攪拌樁難以實施。此時與灌注樁匹配的止水帷幕一般選擇三重管高壓旋噴樁，但三重管高壓旋噴樁的造價遠高于攪拌樁，即便采用灌注樁+其樁間旋噴樁，也只是與地下連續墻的造價基本持平；若因止水效果不佳，外側設置完整的封閉式旋噴樁止水帷幕則造價更高，況且旋噴樁工藝受土特性影響明顯，尤其在粒徑較大的砂卵石層，止水效果不穩定[6]，而地下連續墻的止水可靠性優于灌注樁+旋噴樁止水帷幕。全套管全回轉鉆機可以施作咬合樁，兼顧止水作用，但全套管咬合樁（隔1根樁為低標號素砼樁）比地下連續墻造價高出約60%。基于以上綜合對比分析，地鐵常規明挖且需坑內降水的基坑在遭遇地下廢棄錨索影響時建議選擇地下連續墻工藝。

3" 結束語

1）地下廢棄錨索對城市的長遠規劃及可持續發展造成了嚴重影響，建議建筑行業大力提倡采用可回收式錨索，在項目建設結束后及時回收廢棄錨索，從源頭上避免產生地下垃圾。

2）工程實踐證實，地鐵建設中常用的機械中旋挖鉆機、全套管全回轉鉆機及地下連續墻成槽機，對其鉆頭、抓斗進行鈦合金加強后，可作為由地面進行處理廢棄錨索的有效、實用設備，工程中可結合地鐵建造實際情況和工法進行選擇。

3）對于盾構區間遭遇廢棄錨索時，應結合既有基礎資料認真分析廢棄錨索侵入地鐵盾構區間位置、長度、數量，評估后采取線路避讓、盾構強行掘進或地面預處理錨索方案。文中提及的錨索侵入地鐵范圍的長度或數量均為定性分析，工程師應結合專業技術經驗作出合理評估。如需考慮地面預處理錨索方案，推薦采用經濟、有效的旋挖鉆處理廢棄錨索工藝。

4）地面預處理廢棄錨索不僅費用高，而且可能引起處理范圍內市政管線遷改、綠化遷移、施工圍擋占路和場地恢復等額外的工程，造成地鐵建設投資增大，建議在不降低地鐵運營功能的前提下合理比選地鐵避讓地下廢棄錨索的可行性方案。

5）對于地鐵明挖基坑遇到廢棄錨索，應結合基坑深度及地質水文條件選擇實施性、適用性強且造價合理的工藝。

參考文獻：

[1] 李衛平.多種地下障礙物地層中地下連續墻施工技術[J].施工技術，2018，47（18）：111-113.

[2] 宋志彬，馮起贈，和國磊，等.全回轉套管鉆機和全套管施工工藝的研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2013，40（9）：29-36.

[3] 張鑫鑫，符貴軍，劉海康，等.可回收錨桿（索）技術研究現狀及展望[J].公路，2017，62（11）：1-8.

[4] 楊立濤，鄧峰，石紅兵，等.盾構穿越錨索群處置技術研究——以深圳地鐵9號線西延線盾構區間為例[J].隧道建設（中英文），2021，41（S2）：494-502.

[5] 游杰，顏岳.軟弱地層中地鐵盾構區間隧道穿越周邊基坑錨索的施工技術[J].現代隧道技術，2017，54（5）：229-235.

[6] 建筑與市政工程地下水控制技術規范：JGJ 111—2016[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.