锚索侵入盾构区间的后续处理方案比选

锚索侵入盾构区间的后续处理方案比选作者：周华来源：《建筑建材装饰》2015年第10期摘要：本文通过石家庄地铁某盾构区间在施工过程中遭遇锚索，导致盾构机刀盘卡住无法脱困的工程实例。

从工期、费用、施工难易程度、安全质量等多个方面，兼顾石家庄地区地质水文、地下管网和道路交通情况，通过对锚索缠绕盾构机刀盘的处理方案、提供锚索拔除作业面的方案、锚索拔除方案的比选，最终选定采用明挖竖井清除缠绕刀盘的锚索；采用暗挖隧道为锚索拔除提供作业面，并采用全回转套管跟进法拔除锚索的方案。

成功的解决了锚索阻碍盾构施工的问题，取得了较好的效果，对类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词：锚索侵入；盾构区间；拔除方案；比选前言随着城市的发展，越来越多的大中型城市逐步开始了地铁工程的建设。

而盾构法施工地铁隧道因为其工法的优越性越来越受到推广应用。

北方地区的房建工程基坑支护设计大多采用桩锚形式，由于规划时间等原因，其设计未考虑到锚索与新建地铁工程的关系。

由于城市建筑物密集，部分地铁区间不可避免的要穿越既有锚索区域，给盾构施工带来了诸多不利。

对于建设年代久远，无法查阅工程档案的建构（筑）物，在未调查清楚基坑支护形式的情况下，在其基坑附近进行盾构施工则极有可能发生盾构遭遇既有锚索导致停机的情况。

对于盾构机在推进过程中遭遇锚索时的解决方案已成为一个新的课题。

1工程介绍1.1工程概况石家庄地铁某盾构区间，全长800.3m，为地下双线，隧道平均埋深15m，盾构管片外轮廓为6m，采用ZTE6280盾构机施工。

盾构在推进至280m～300m区段时，出现盾构推力增大、扭矩增大的情况。

在推进至300.3m位置刀盘彻底卡死，无法转动。

检查盾构施工渣土时发现有疑似锚索注浆的水泥块。

在盾构机前方人工挖孔至地下20m，发现在盾构区间正前方确有锚索侵入区间。

经实测发现锚索共两排，每排锚索均采用3根ø15.2mm钢绞线，钻孔直径约25cm左右，锚索横向间距1.2m。

根据临近地面建筑物的情况推测，锚索区域总长155m，第二排锚索长约26m。

地下测量锚索尺寸、标高及其与盾构机的相对位置关系，详见图1-1。

1.2工程地质及水文地质拟建地铁沿线勘探深度范围内揭露的地层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ML）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）。

岩性主要为黄土状粉质黏土、黏性土、粉土、砂土及碎石土，其地层分布情况，见表1-1。

本次勘测期间地下水水位埋深41.4～42.9m（高程30.18～31.84m）。

盾构机所处地层上部2m为粉质黏土，下部为粉细砂。

侵入隧道的第二排锚索所处地层为粉质粘土，少量粉细砂。

1.3地面交通及锚索分布情况盾构机所处位置正好处于机动车道和机非隔离带上，锚索从人行道位置开始至道路中心位置。

盾构沿中华大街呈南北走向，该道路为石家庄市主干道，交通较为繁忙。

地下锚索主要位于西侧人行道、非机动车道及西侧半幅机动车道上。

锚索与盾构区间平面位置关系详见附图1-2。

1.4地下管线情况盾构机附近管线主要有盾构左线西侧共有以下几种管线，从东至西为：雨水干管、污水、电力隧道、上水管、路灯线、三路通讯排管。

详见表1-2。

管线与盾构区间、锚索的断面相对位置关系见附图1-3。

2盾构刀盘脱困方案盾构刀盘被锚索卡死后，刀盘无法正常转动。

如剩余盾构区间仍维持盾构法施工时，必须将缠绕住刀盘的锚索全部清除干净，并对刀盘和刀具进行彻底检修更换后，方可进行锚索施工。

共两种备选处理方案，详述如下：2.1洞内开仓处理锚索先进行盾构超前小导管注浆作业，超前作业范围为刀盘前5.5m范围，共采用12根注浆孔。

待注浆达到28天后并取芯检测达到设计强度后常压开仓作业。

开仓时，必须清空刀盘内土方和刀盘前1m范围内土方，为检查刀盘、刀具和清除锚索提供作业空间。

2.2刀盘正前方开挖竖井处理锚索在盾构正前方开挖一直径为4m的竖井，圆形检修井与盾构机头搭接1.5m，可以将盾构机竖向全部暴露，横向暴露3.8m宽。

可以在竖井内将缠绕刀盘的锚索切断、清理。

对于未暴露出的剩余部分刀盘，可以在切断锚索确保盾构能转动后，转动刀盘将剩余锚索清除。

待锚索全部清除完毕后，对刀盘和刀具进行检修。

2.3两种方案的安全经济比选2.3.1安全性：一般而言，洞内开仓作业一直被视为风险极高的作业。

国内因盾构开仓发生的亡人事故屡见不鲜，该项工作确实存在较大风险。

盾构机前开挖竖井作为检修井，可以通过增加格栅密度、增加初支厚度和内支撑来提高安全度。

相对而言，竖井更为安全。

2.3.2可操作性：开仓进仓处理锚索施工，空间狭小，作业极为不便。

相对而言，在竖井内作业空间更大，操作更为方便简捷。

同时，如盾构刀具或刀盘磨损或损坏严重需要更换时，在仓内作业则可操作性更小。

2.3.3费用：开仓作业总费用约20万，竖井作业总费用约40万，相对而言，开仓作业价格稍低。

2.3.4工期：开挖21m竖井需要耗时约15天，开仓作业需耗时一个月作业。

开挖竖井更快。

综合比较，采用开挖竖井作为检修井清除锚索并检修刀盘虽然价格略高，但可以有效的节约时间，并确保安全。

在施工生产，安全第一的前提下，采用开挖竖井方案更可靠。

3该区间剩余地铁隧道施工方案比选在盾构遭遇锚索后，区间剩余部分隧道如何施工完成。

提出三种备选方案，分别详述如下：3.1明挖法施工后续区间采用明挖法施工，将有锚索存在区段采用明挖法开挖基坑并清除锚索施工，锚索清除后回填土方至地面，仍维持盾构法施工。

穿过明挖区间在区间两侧施工Φ800mm围护桩，由于区间深度为21m～27m，围护桩桩长27m～34m，基坑宽度7m，开挖深度21m～27m，平面布置如图。

明挖法施工简单，工程风险小，可彻底清除锚索。

但该方案的实施前提是对2200mm×1900mm雨水干管、Φ500污水管、1800mm×2000mm电力隧道进行迁改。

其迁改工程量大，且工期不受控。

明挖法施工围护桩需要占用至少10m宽机动车道，施工围护结构及土方开挖清除锚索的总时间不少于4个月。

管线迁改费用不低于800万，明挖基坑造价不低于600万，总投资不低于1400万元。

但采用明挖法施工时，钻孔灌注桩施工本身就受锚索影响，可能会因为锚索存在钻孔桩无法成孔。

3.2暗挖法施工为减少对地面交通和管线的影响，可采用暗挖法施工存在锚索的区段，暗挖施工完成后盾构空推过暗挖隧道，拼装管片。

如采用暗挖隧道工法可以将工程本身对地面交通、管线影响降到最低，但隧道拱顶覆土为砂层，工程风险大。

暗挖区间断面比较大，造价不低于10万/m，总投资约为1550万。

如设计两个横通道，施工工期约为4～5个月左右。

3.3继续采用盾构法掘进施工采用施工小断面暗挖区间拔除影响盾构施工的锚索方案区间剩余部分若继续采用盾构法掘进施工，前方150m区间的锚索仍是盾构掘进最大障碍，如何采取措施直接将区间影响盾构施工的锚索拔除，使盾构能正常掘进施工，即成为该区间盾构施工的关键。

通过现场调查认真分析研究，提出了一侧暗挖小断面隧道，在隧道内对锚索进行处理的方案。

且暗挖的隧道可以避开地铁区间，对地铁区间不产生任何影响。

查阅相关文献资料，各种拔除锚索方案对隧道净空要求一般为不小于3m×3m，本工程可在不影响交通和管线的位置选择2～3个小断面竖井，进行隧道施工。

详见下图。

如采用该方案作业，不需要大面积的对地表管线进行迁改，也不需要占用机动车道（仅占用2m宽绿化带和4m宽非机动车道即可），对交通影响小。

可在较短时间内投入作业。

工期不受外部条件限制。

根据锚索拔除作业要求，暗挖隧道断面内空为3m×3m即可，且无需施工内衬，初支完成后即可进行锚索拔除作业，锚索清除完成后回填隧道。

盾构施工可按一般区间正常掘进。

暗挖隧道开挖时间2个月左右，锚索拔除2个月左右，总共4个月即可完成锚索作业，恢复盾构施工。

暗挖隧道综合单价约2万/m，总费用310万，拔除锚索2万/根，总费用260万元，累计570万元。

暗挖隧道断面小，拱顶覆土为粘土，相对比较安全。

3.4三种施工方案的技术经济对比以上三种工法均有一定程度的优缺点，应主要从技术可行性、工期、安全、经济、地面交通和管线情况多方面综合比较和评价，选取最合理的方案进行实施。

通过对以上三种方案的综合分析，得出以下结论，详见下表。

从上表中可以明显发现采用暗挖小断面隧道拔除锚索方案实施，具有工期最短、投资最小、对交通管线影响最小的绝对优势。

但是由于暗挖断面小，锚索施工的随意性，可能造成施工的锚索未全部进入暗挖断面内，造成未全部拔除的情况。

或者由于拔除工艺缺陷或者操作失误造成锚索拔断等情况，给后续施工带来不利影响。

但根据锚索施工的间距可以基本推断锚索间距，在开挖过程中可以断定是否有锚索未进入隧道断面，在局部对锚索未进入隧道断面时，可以通过局部扩大断面等方式对特殊地段进行处理，拔除锚索。

对于锚索拔断的可能，可以通过调整工艺，加强操作质量可以解决拔断锚索的问题。

根据以上分析比选，采用暗挖小断面隧道拔除锚索方案最优。

即确定采用。

4锚索拔除方案比选由于锚索施工的特殊性，可能出现锚索钻孔角度的偏差、钻孔线形呈蛇形的情况，且在钻孔过程中会因为地层原因造成塌孔造成具备注浆孔变大形成大包等情况。

且锚索注浆浆液本身具备很大的摩擦力和握裹力，给拔除锚索施工带来一定的难度，在制定锚索拔除方案时仍针对锚索的以上特性制定合理的施工方案。

在实际操作中，可以采用：（1）用千斤顶直接拔除锚索；（2）锚索周边打空剥离锚索周边土体后直接拔除；（3）跟管钻进套取锚索，三种方案进行施工。

4.1直接拔除直接拔除锚索方案实施简单，仅需要采用千斤顶和反力架即可。

但存在如下问题：抗拔反力严重不足，反力平台梁的刚度不足；锚索锚固段在拉拔过程中，土体的塑性变形区增大，对基坑的稳定性非常不利；若先期施工的基坑已回填、周边设施已完成的情况下，二次开挖房建基坑其协调力度也很大。

有拉断钢绞线的可能，而使拉拔工作无法继续。

4.2打设应力释放孔后直接拔除此方案是针对直接拉拔方案中无法解决的两个问题进行设计的。

在拉拔之前，按一定的次序在已有锚索周边进行钻孔（应力解除孔，见图4-1），钻孔直径110～120mm，钻孔的深度根据解除后的锚索的剩余抗拔力进行调整，最深钻至已有锚索锚固端的尾部。

成孔的角度应尽量与拟拔锚索一致。

必要时也可在上部应力解除孔中注入少量水，使其对锚固段周围土体进行软化。

这样做，第一可以阻止锚固段周围土体塑性变形的扩大；第二降低了锚索的抗拔力，防止了钢绞线被拉断的问题。

最后采用水泥砂浆灌注封孔。

该方案需要最小操作空间约3.0m 宽。

4.3套管跟进拔除锚索加工特制的三翼钻头，钻头外径250～300mm，钻孔跟进套管直径约为195mm，孔内采用高压风或循环泥浆进行出渣。