联系我们

福建中天重工机械设备有限公司

电话:0731-89783591

Email:2324467190@qq.com

Q   Q:2324467190

营运中心地址:湖南省长沙市天心区芙蓉南路和庄A1-3110

您当前所在的位置:首页 > 产品中心 > 盾构技术服务 > 盾构技术服务

软弱地层全套管咬合桩拔锚施工技术

摘要:十字门隧道为长条形明挖深基坑隧道,跨江段由盾构连接,在北岸接收井附近遇到锚索群侵入盾构掘进断面,侵入区以滨海软弱地层为主。为解决锚索侵入对盾构掘进断面的问题,并对实际锚索拔除给出处理方案,采用对比分析法对 4 种清锚技术从风险、工期、造价、交通影响及效果方面进行综合比选,并对锚索抗拔段临界力进行理论计算和现场试拔试验,根据锚索所处软弱地层特性确定全套管咬合桩拔锚施工技术。

  现场施工结果表明:在软弱地层采用 φ2 000 mm 全套管大直径钻机切断锚索,利用套筒作保护,人工进入通过连接设备将锚索与地表卷扬机连接进行拔锚在软弱地层该技术是可行的,对类似工程设计和施工具有一定借鉴意义。
  随着我国经济水平和城市建设的迅速发展,地下空间开发密度越来越大。自 20 世纪 90 年代初,预应力锚索在深基坑中得到广泛使用,每年均有数万吨锚索埋于地下用于基坑支护。而要穿越原有锚索区域进行轨道交通建设,必须对遗留锚索进行处理。
  目前,我国在处理地下锚索技术方面有这些研究:文献主要介绍盾构掘进过程中遇到锚索群采用带压进仓清除,但需对刀盘前方土体进行注浆加固,且多次开仓风险较大;针对盾构穿越地下围护结构锚索群的问题进行研究,通过采用人工挖孔、液压千斤顶 + 反力架锚索拔除法,成功将盾构前方锚索全部清除;分别针对郑州轨道交通 L5 及武汉轨道交通 L4 某标段侵入盾构隧道旧锚索的影响,采取人工挖竖井加横导洞的锚索处理方法;采用 PLAXIS 软件模拟车站基坑侧放坡进行锚索拔除对基坑开挖和维护结构变形情况,确定采用放坡处理锚索技术;乔海洪、洪明坚针对盾构区间遇到锚索障碍物的问题进行研究,通过采用全套管回转钻机切索法切断锚索后采用抓斗抓除 ;傅春青采用 TT40 改装定向套管钻机,先用大直径φ200 mm 套管切土,再用小直径 φ138 mm 套管将锚固体与锚索分开,最终将锚索拔除。
  然而,上述拔锚技术均对空间要求较大,在较大空间内设置反力架或跟进钻机;在隧道基坑围护桩施工过程中遇到临近房建基坑锚索侵入盾构截面,且两侧土体均不便扰动,仅利用桩基成孔进行拔锚的情况较少,基于因素比选及软弱地层特性,选定变更70 m 区段围护桩为咬合桩,利用全套管大直径钻机切断锚索,在套筒保护作用下人工进入,将锚索与地表卷扬机连接进行拔锚,较好地解决锚索拔除问题。
1 工程概况
1.1 十字门隧道概况
  十字门隧道南起荣粤道向北敷设,过马骝洲水道后至会展四路,继续北行至南湾大道出地面,其中跨水道段为盾构施工,隧道全长 2 633 m,盾构隧道段长 950 m,江北盾构接收井紧邻会展中心基坑。
1.2 旧锚索概况及与盾构段位置关系
  隧道江北接收井东北侧为地下 2 层、占地面积 26.9 万 m2 的大型会展综合体,其基坑支护结构采用 φ1 200 mm@1 350 mm 钻孔(旋挖)灌注桩+ 预应力锚索支护形式,锚索上、下 4 道,第一道锚索为 4 束 φ15.2 钢绞线,L=43m@1 350 mm(一桩一锚), 设计锁定荷载 250 kN ; 第二道锚索为4束 φ15.2 钢绞线,L=35 m@2 700 mm(两桩一锚),设计锁定荷载 250 kN ;第三道锚索为 4束 φ15.2钢绞线,L=31 m@2 700 mm(两桩一锚),设计锁定荷载 250 kN ;第四道锚索为 4 束 φ15.2 钢绞线,L=30 m@2 700 mm( 两 桩 一 锚 ), 设计锁定荷载200 kN ;设计抗拉强度1860MPa。
  锚索锚头标高 +3.0~-11 m, 锚索底标高 -19.6~-22.7 m ;盾构隧道在此段隧顶标高 -6.6~-10.36 m,隧底标高 -21.8~-25.6 m。经判断,90 根锚索均进入盾构开挖断面,锚索与盾构段位置关系见图1、图 2。
1.3 盾构与锚索相交段地质概况
  锚索段从上至下地层依次为素填土、淤泥、粗砂、砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩。该区域柱状图见图 3,地层特性见表 1。

2 锚索方案处理比选
  由于锚索设计锁定值达 250 kN,具有较好韧性, 影响盾构机的正常掘进。为消除盾构掘进风险,锚索需进行处理,主要提出 4 种锚索处理方案。
2.1 明挖法
  将锚索冲突区盾构隧道改为明挖隧道。考虑到盾构提前接收,明挖与盾构相接处需局部扩大为盾构接收井,锚索冲突区长约 70 m,改明挖后基坑深 27 m,采用 1.5 m 厚地连墙 + 内支撑围护(4 道混撑和 2 道钢撑),由于地下锚索群影响,选择旋喷桩进行坑底被动区抽条和裙边加固,盾构改明挖平面图见图 4。
  该方案需将情侣路辅线单向封闭至少 8 个月,对交通影响大,管线迁改量大。明挖段的工程造价减去该段盾构工法造价,此方案预计增加造价2 116 万。
2.2 满樘切割法
  采用全套管回转钻机在锚索区从地表钻进满樘布置的 φ2 000 mm 钻孔切割锚索。套管钻至隧底标高将本孔内锚索切割提取完毕,用土或砂浆将钻孔回填,同步拔出套管,移机进行下一个孔位施工。锚索清理完毕后,盾构直接推进通过,满樘切割平面布置图见图 5。
  该方案锚索清除彻底,工艺成熟、速度快、安全度高,但占地面积较大,钻孔区管线需迁改。该方案共需钻 298 孔,孔深约 26 m,每钻孔及拔锚费用约 5 万,方案总造价约 1 490 万,工期约 3 个月。
2.3 纵向放坡明挖清锚法
  会展中心地下室侧墙与围护桩间为 2 m 宽空白地带, 采用人工纵向放坡开挖, 坡率1∶1.2。锚索拔除从下向上,下部锚索全部拔完方可拔上部锚索。首先将 70 m 长锚索区一次性纵向放坡开挖 5 m 深,露出前 2 道锚索。然后从 5.0~12.5 m(坑底)深度分两级坡分块、分区开挖。每次只开挖 10 m 长度露出下部 2 道锚索,然后设置型钢腰梁和支撑将围护桩分别与地下室中板和底板顶紧,再将锚索从下至上拔除。纵向放坡明挖平面图、剖面图和侧面图分别见图 6~ 图 8。

  该方案主要为土方开挖、回填与拔锚,不施作额外的围护结构,造价较省。但该方案将会展中心地下室侧墙及储油罐周边土体全部挖除, 使建(构)筑物全部暴露出来,对侧墙结构及储油罐有不利影响 ;在侧墙外土体挖除过程中,易损坏结构外防水层,修补困难,对地下室防水不利 ;同时开挖中利用原有围护桩和锚索发挥围护作用,开挖风险较大,该方案工期约 1.5 个月,总造价约 120 万元。
2.4 全套管咬合桩拔锚法
  采用全套管回转钻机贴盾构隧道临会展中心侧边沿设一排大直径咬合钻孔,将锚索在盾构隧道边沿处切断,然后利用套筒作保护,人工进入将锚索与地表卷扬机连接进行拔锚,全套管咬合桩拔锚钻孔布置图见图 9,拔锚见图 10。

  该方案对地表环境、 管线及周边建筑物影响小,无需交通导改。工艺成熟,施工快(14 m/h),钢套筒护壁,安全性高。不涉及混凝土、钢筋等的大量使用,也可较好控制造价。该方案需钻孔 34 个,钻孔深度 15 m,单孔钻孔及拔锚成本约 3.5 万,总造价约 150 万元,工期约 0.5 个月。
2.5 4 种锚索处理方法技术经济比较
  上述 4 种锚索处理方法均对侵入盾构区的锚索进行处理,在确定方案时,结合本工程周边管线等特点从风险、工期、造价、交通影响及清除效果等方面进行综合比选。各方面的权重系数由项目管理层通过 0~4 评分法确定,即各因素两两对比,若F1 > F2,则 F1 取 4 分,F2取0分;F1 > F2,则 F1 取 3 分,F2取1分;F1=F2,则 F1 取 2 分,F2 取 2 分。权重系数计算见表 2。

  对 4 种锚索处理方法如工期、造价按实际值确定占比,并进行量化 ;对风险、效果、工期影响等不可量化的按一般重要、较重要、重要、特别重要分 1~4 进行打分后确定占比(见表 3,括号内为打分和实际值,括号外为占比),从表 3 中可以看出,全套管咬合桩拔锚法清除效果虽然受锚索腐蚀程度影响,但综合加权合计最低,项目确定采用该方法进行锚索清理。
3 锚索清除
3.1 锚索抗拔力的计算
  锚索拔除有 2 种情况 :一是拉力大于砂浆对锚索的握裹力,将锚索从砂浆中拔出 ;二是拉力大于外包砂浆与土体之间黏结力,将锚索和外包砂浆一起拔出。式(1)为锚索抗拔力计算公式。
P=πDlτ (1)
  式中 :P 为锚索的抗拔力,kN ;D为钻孔或钢筋直径,m; l 为锚固长度,m ; τ 为锚固体与周围介质摩阻力标准值,kPa。
  锚索直径152 mm,钻孔直径D为300 mm,根据JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》表4.7.4,黏结强度标准值:素填土 16~30 kPa,淤泥层 16~20 kPa,砂层35~40 kPa,以最不利于拔除的上层锚索进行计算,长 40 m,自由端 8 m,钢套筒直径 2 m。
  根据类似工程经验,M30 水泥砂浆与土体黏结强度值 τ1=30 kPa,而水泥与锚索黏结强度推荐值 τ2=2.8 MPa,可计算得 :锚索和外包砂浆一起拔出拉力P1=847.8 kN ;锚索从砂浆中拔出拉力 P2=39 564 kN。
  本工程地下锚索单束为 1×7 标准型钢绞线、公称截面积 139 mm2 。4 束一组,强度为 1 860 MPa。单束钢绞线的破断拉力 P= 258.54 kN。则一组锚索可承受最大拉断力为 1 034.2 kN > P1= 847.8 kN。可将锚索和外包砂浆一起拔出,锚索从砂浆中拔出拉力较大,固不考虑。
3.2 全套管咬合桩拔锚
  本工程采用全套管咬合桩拔锚,关键工艺及控制要点如下。
  1)试拔。锚索切断后进行试拔作业,达到锚索最大拉断力 80% 锚索没有位移时,可先释放卷扬机拉力,人工进入采用高压水对锚索周围土体进行切割剥离,再进行拔除。
  2)咬合桩施工。排列方式为一个素混凝土桩(简称 S 桩)和一个钢筋混凝土桩(简称 G 桩)间隔,先施工 S 桩,再施工 G 桩,S 桩采用超缓凝混凝土,要求在 S 桩初凝前完成 G 桩施工。咬合桩桩径 2.0 m,桩中心距离 1.75 m,相邻两桩咬合部分为 0.25 m,按图 11 顺序完成 70 m 锚索段施工,完成该段后,两端设置砂桩,方便与未开工段连接。
  3)全套管机钻进切割。选用 DTR1650H 全套管回转钻机,回转扭矩 1 300 kN·m,根据此次钻孔深度,配置长 15 m、φ2 000 mm 双壁钢套管,并选用钛合金宽口型牙轮。施工过程中,利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度,垂直精度控制在 1/500 内,勤测钢套管钻进深度,切割过程时刻关注设备瞬时扭矩变化。
  4)连接拔锚。切割完成后,利用套筒作保护,人工进入将锚索与地表卷扬机连接进行拔锚,连接采用防回弹锚索连接装置,锚索分束穿入两端限位板,由索夹固定,通过内置连接杆连接,使锚索和连接杆整体受力,见图 12。
  5)拔锚及封孔。观察全套管钻机瞬时扭矩由大变小后,确定已完成切割,利用套筒作保护,人工进入将锚索与地表卷扬机连接进行拔锚,拔除过程需要注意以下几点 :拔除拉力不能大于钢绞线的极限强度 ;必须做到稳固、均匀、缓慢 ;锚索拔除孔洞及时用水泥砂浆封孔。
  6)实施效果。采用钢套管对孔壁进行支撑,遇到锚索后扭矩瞬间增大利用磨牙磨断锚索,对周围土体的扰动较小,不会破坏已施建筑,安全性较高 ;人工进入连接方便, 根据实际施工情况,目前已钻 9个咬合桩,拔除锚索 36 根,其中34 根已完整拔出,2 根拔断并进行记录,拔除效果良好。
4 结语
  1)全套管回转钻机配置宽口牙轮可实现锚索的竖向切割。
  2)在软弱淤泥地层,不扰动围护桩两侧土体的前提下,采用全套管钻机齿状钻头切断锚索、提供工作面,人工进入连接旧锚索,直接由卷扬机在地面进行拔除,可实现坑外拔锚,提高施工效率。
  3)拔锚之前根据地层参数进行理论计算,并进行现场试拔试验。当卷扬机拉力达到锚索最大拉断力 80%、锚索仍没位移时,可先释放卷扬机拉力,人工进入采用高压水对锚索周围土体进行切割剥离,再进行拔除。
  4)拔锚过程中如果出现锚索拔断,必须记录该锚索位置、编号及已拔出长度。
  5)锚索拔除应从风险、工期、造价、交通影响及效果等方面综合考虑,选定最优拔除方案。
售前咨询
技术支持
售后服务