昆明地铁盾构施工锚索障碍物拔除技术研究.pdf
最新【精品】范文参考文献专业论文 昆明地铁盾构施工锚索障碍物拔除技术研究 昆明地铁盾构施工锚索障碍物拔除技术研究 摘要：在城市轨道交通的建设中，区间隧道采用盾构法施工越 来越多。在盾构掘过程中， 常会碰到地下障碍物，在盾构无法依靠自 身刀盘上的刀具切碎障碍物通过该区域时，一般都采用预先处理的方 法清除障碍物，保证盾构顺利通过。预应力锚索障碍物是其中一种， 由于锚索本身为高强度钢绞线， 使得盾构无法利用开挖刀盘上的刀具 把其切断，所以预应力锚索一直是盾构通过的难题。本文是以昆明市 轨道交通 3 号线西标段马街站眠山站地下区间中西山城投商务楼 基坑锚索侵入盾构区间限界为工程实例，重点阐述锚索拔除过程及盾 构通过该区域的掘进情况， 为盾构施工在该类地下障碍物的推进提供 一定的参考。 关键词：盾构施工 ;锚索; 障碍物 ; 拔除; 技术研究 Abstract: In the construction of city rail transit, more and more construction by shield method tunnel. In the process of shield tunneling, often encounter the underground obstacle, cannot rely on the tool itself in the shield cutter head chopped barrier through the area, generally by the method of preconditioned to clear the obstacles, to ensure smooth through the shield. This paper is based on the Kunming Rail Transit Line No. 3 West sections Horse Street station to Mian Shan Station Underground interval between Chinese and western mountain city investment and business building foundation pit anchor intrusive shield interval bound as an engineering example, focuses on the extraction process of shield tunneling and the cable through the region, for shield construction in the underground obstacle to provide certain reference. Keywords: shield construction; cable; obstacle; extraction; technology research 最新【精品】范文参考文献专业论文 中图分类号 : C913.32 文献标识码 A 文章编号 1 工程概况 1.1 盾构区间工程概况 马街站眠山站地下区间右线起止里程为YDK6+943.150 YDK8+606.750 ，长 1649.471m（含 14.129m短链） ，左线起止里程为 ZDK6+943.150 ZDK8+606.750 ，长 1669.189m （含 5.589m长链） ，区 间内设两座联络通道。隧道区间的平面最小曲线半经R=350m ，线间 距 13.460m 。 左、 右线纵坡坡度不同，左线纵坡坡度为 - 10-4 -1.86，右线纵坡坡度为 - 10-4-2，最大坡度 10，最 小坡度 1.86，隧道埋深 812.4m。区间采用盾构法施工，盾构机 为德国海瑞克生产的6450复合式土压平衡盾构，该盾构机设计扭 矩大、推力大，适用于各种土层或岩层的掘进工作并且能满足最小曲 线半径为 250m的工作任务。区间隧道管片采用预制钢筋混凝土管片， 每环管片由 6 块组成，包括 1 块封顶块、 2 块相邻块和 3 个标准块， 管片采用高强度螺栓连接，其内径为5500mm ，外径为 6200mm ，长度 为 1200mm ，厚度为 350mm 。 1.2 盾构区间锚索侵入段地质水文情况 盾构区间右线线路上有一商务楼基坑（西山城投商务楼），基坑 的围护结构为桩锚形式， 其锚索侵入我区间右线隧道。 锚索侵入隧道 的里程范围为 YDK7+548.8 YDK7+639 ，该段隧道洞径上部范围的地 层主要为地层、地层、地层、地层、地层、地层、地层、地层，隧道 洞径范围内的主要地层为地层、地层、地层、地层和地层，隧道洞径 以下主要是地层、地层和地层，该段范围的水位线在地面以下1.0 2.0m，隧道埋深约 11.5m。其地层的主要物理力学性能如下表所示： 表 1-1 主要物理力学性能表 1.3 西山城投商务楼基坑锚索侵入情况 西山城投商务楼基坑深度9.5m，基坑支护土层锚索钻孔直径 最新【精品】范文参考文献专业论文 15cm ，采用 15.24 预应力钢绞线， 土层锚索在东西两侧基坑水平按 3m间距布置，侵入区间隧道限界范围内的一侧为西侧，西侧基坑长 71.6m， 布置 27 列锚索。根据城投商务楼基坑支护图与现场实际调查， 商务楼基坑支护锚索侵入我区间隧道右线隧道里程段YDK7+548.8 YDK7+639.0 ，影响盾构掘进长度90.2m。下表为商务楼基坑锚索的现 状以及锚索侵入隧道的情况统计： 表 1-2 锚索侵入隧道情况统计表 注：经过仔细测量确认，影响盾构机的掘进安全，需要拔除总数 量为 52 根。 下图为西山城投商务楼基坑锚索的现场情况： 西山城投商务楼基坑锚索情况 西山城投商务楼基坑支护锚杆与右线隧道关系平面图 最新【精品】范文参考文献专业论文 2 盾构区间范围内锚索处理方案对比 针对西山城投商务楼基坑的锚索侵入盾构隧道的情况，我们对其 进行了认真的方案比选，具体比选情况如下： 方案一：马街眠山区间平面位置调线 优点：直接调整线路平面位置，盾构在平面线路上绕开锚索。 缺点： （1）锚索影响区域离马街眠山区间左线隧道距离太近， 如单纯将右线向锚索影响区域的西边调线会造成左右线间距只有2m ， 影响盾构施工安全。 如将左右线同时向西边调线， 右线就会碰到原来 的大沙沟桥，之前就是因为绕避大沙沟桥，线路才往外绕的，现在碰 到大沙沟桥，由于时间较紧，无法实施，且处理费用更高。（2）如右 线向锚索区域东边调线， 地铁隧道会侵入大片房地产施工区域，且房 地产基坑底已做压入桩处理，线路会进入群桩区。 方案二：马街眠山区间纵断面调线 优点：直接调整线路纵断面，盾构在纵向绕开锚索。 缺点：锚索区域处右线隧道中心标高为1889.4m，最底排锚索侵 入隧道段最低标高为1888m ，隧道要绕过锚索区域，隧道中线将下调 至少 5.2m。如果只将右线隧道下调，由于此区域离1 号联络通道位 置只有十多米，会造成联络通道两边标高相差太大；如果左、右线同 时下调，线路下压后硬岩段会加长，会给施工带来很大的影响，且线 路下压后隧道底板离原来已经探测出的的溶洞更近了，如由于线路下 压，盾构碰到溶洞的话，那处理费用将更高。 方案三：拔除锚索 优点：能尽量减小时间上对盾构机掘进速度的影响，且国内也有 成功案例，工艺要求高，技术含量大 缺点：拔锚索可能会出现锚索被拔断的情况，在这种情况只能采 取盾构机内开仓割除钢绞线， 为保证开仓的安全性， 需要采取旋喷桩 加固的技术措施，为开仓作业提高安全系数，减小施工风险。 经多次对比，方案一、二受外界因素影响为不可行方案。方案三 为最优最可行方案， 比方案一、二更经济，更安全，需要的时间最短， 能将侵入隧道断面内的锚索拔除，盾构机安全通过此区域。 最新【精品】范文参考文献专业论文 3 锚索拔除施工 3.1 拔除锚索基坑安全性分析 在该项目地下室底板施工完成后，采取可靠措施封底， 封底效果 确认后拔除基坑最下一排锚索。为了全面分析基坑的受力及使用状 态，保证拔除锚索后基坑的安全， 需要对基坑从开挖、 支护、封底板、 拔除最后一道锚索整个过程进行模拟、计算。采用理正深基坑辅助 设计软件模拟基坑开挖和回筑全过程， 按增量法原理进行计算与验 算。计算参数参照该项目基坑设计的详勘报告进行取值。基坑的支护 结构的计算采用荷载结构模式，遵守建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-2012）并参照上海市工程建设规范基坑工程技术规范 （DB/TJ08-61-2010、J11577-2010）相关规定及计算原理，采用荷载 增量法进行内力计算。 对于计算荷载取值遵循以下原则：侧向水土压力： 施工阶段按朗 肯主动土压力进行计算， 对粘性土地层采用水土合算， 其余土地层采 用水土分算。计算中计及地面荷载和邻近建筑物以及施工机械等引起 的附加水平侧压力。计算水位：围护结构计算时地下水位按地面下 1m 。施工荷载：一般的施工荷载按5kPa计。水土压力取值原则为： 地下水位以上土体采用天然容重，地下水位以下土体， 对粘性土采用 水土合算，对砂性土采用水土分算， 地层内摩擦角及粘聚力采用三轴 固结不排水剪总应力指标。 通过计算可以看出， 基坑封底后拆除最下一排锚索后，基坑坡顶 水平位移由 11.30mm增加至 11.35mm ，桩内侧弯矩弯矩由221kN.m增 加至 246kN.m ，拆除第二排锚索后基坑坡顶水平位移由11.35mm增加 至 11.43mm ，桩内侧弯矩弯矩由246.5kN.m 减少至 221.2kN.m，拆除 第一排锚索后基坑坡顶水平位移由11.43mm增加至 17.94mm ，桩外侧 弯矩弯矩急剧增加，由220.6kN.m 增加至 914kN.m。基坑的整体稳定 安全系数 Ks = 1.688，抗倾覆安全系数每一计算步均大于1.2 ，满 足规范有关要求。计算中第一排锚索受力528.7 kN 超过原设计 （3F15.2）锚索极限抗拉力，且地面沉降及坡顶水平位移均较大，坡 顶水平位移 17.94mm超过基坑深度的 2，锚索处于不安全状态。为 确保基坑安全， 在第二道锚索下方设一道斜撑，斜撑一端锚固到底板 最新【精品】范文参考文献专业论文 的预埋钢板上，另一端与钢腰梁连接。通过设置一道钢支撑，基坑的 抗侧向的刚度增强了，拆除第一支撑后坡顶水平位移为13.85 ，桩最 大弯矩标准值为 351.9kN.m，基坑附近地面沉降为12mm 。计算结果如 下图所示： 基坑封闭后依次拆除第三排、 第二排、第一排锚索计算结果包络 图 基坑封闭后依次拆除第三排、增设斜撑、拆除第二排、第一排锚 索计算结果包络图 3.2 锚索应力计算（锚固力） 基坑挖到底各层锚索的锚固力设计值计算如下表： 最新【精品】范文参考文献专业论文 锚索拔除后加一道撑后各层锚索的锚固力计算表 连续拔除 3 道锚索的工况各层锚索受力计算表 从表中可以看出， 如果连续拔除两道锚索则第一道锚索的受力急 剧增加，拔除第二道锚索时第一道锚索受力超出设计值。 3.3 支撑加设 根据基坑稳定分析及锚索应力计算结果，在先拔除第三道支撑 后，在第一道支撑及第二道支撑的中点位置加设一道支撑，以保证后 续锚索拔除时基坑的安全。具体拔除顺序为：锚索总体拔除顺序：拔 除第三道锚索安设支撑 （第二道至第三道之间， 即第二道支撑以下 500mm ）拔除第二道锚索拔除第一道锚索。支撑加设情况如下： 3.4 锚索拔除方法 常见的锚索拔除方法是利用套管钻机套管跟进成孔，分离锚索与 周边土体达到减少摩擦力的目的，然后拔除锚索。 由于套管钻机钻进 过程中角度稍微有点偏差， 容易伤到钢绞线， 使得拔除的时候钢绞线 拔断，所以采用此种方法很难保证锚索完全拔除。如果盾构掘进范围 内有钢绞线残留， 以盾构本身的刀具是很难切断的，必将影响盾构正 常施工。经组织专家多次会议研究， 决定在常见的锚索拔除方法中加 以改进，采用以下方法进行施工。 经过详细的方案比选及相关的技术论证后，决定对西山城投商务 楼基坑侵入区间右线隧道的锚索采用直接拔除的方法，即采用 最新【精品】范文参考文献专业论文 MDL-120D1 钻机配合，千斤顶对锚索进行拔除。拔除锚索的具体步骤 如下：场地平整破除锚索位置腰梁（长度80cm ）及四周的混凝土 钻机进场，锚索周边钻4 个孔，孔深超锚索设计长度1m 腰梁位 置安装反力装置 I22b（长度 1.2m）试拔后确定最佳的油压参数 安装油压千斤顶并固定须拔除的锚索锚索拔除并记录拔出锚索的 长度拔出一定锚索长度， 卸力后剪断重新拔除， 直至拔除锚索长度 符合锚索设计长度移开千斤顶后对锚索周边4 个孔洞注浆封堵， 注 满为止腰梁混凝土回填按以上步骤拔除所有锚索后机械材料清 场。 3.4.1 混凝土腰梁及周边混凝土的破除 锚索预应力卸荷后采用人工用风镐对锚索周边的混凝土进行破 除，破除的混凝土腰梁宽为0.75m，高度为 0.6m。 3.4.2 钻孔 在待拔除锚索四周进行钻孔， 钻孔数量 4 个且孔洞均匀布置在锚 索四周。钻孔是拔锚索施工过程中的关键工序，目的是为了减小拔除 锚索时与周边土体的锚固力及摩擦力，从而使锚索能更容易拔除， 钻 孔机械使用 MDL-120D1 履带型钻机进行钻孔。 钻孔前要先调整钻机的 入射角度与原锚索基本一致（大约25°） ，钻孔深度要超出锚索设计 长度 1m左右。钻孔过程中通过钻机本身的气、水系统对锚索周边的 土体进行旋喷切割， 使锚索与周边土体分离， 降低锚索与周边土体的 锚固力与摩擦力。 锚索拔除完成后及时地对钻孔采用水泥砂浆灌注封 孔。下图为钻孔位置示意图： 钻孔位置示意图 3.4.3 安装反力装置 在要拔除的锚索上、 下两侧安装长为 1.2m型号为 22b 的工字钢， 工字钢锚索锚索拔除过程中提供支撑反力的作用。 3.4.4 锚索拔除 最新【精品】范文参考文献专业论文 根据锚索试拔过程的施工参数，开始进行锚索拔除施工， 具体操 作如下： 步骤一：检查各施工机械是否完好，各项指标是否符合标准。 步骤二：装上支架、将千斤顶固定在安装的工字钢上。用夹具将 锚索端头与千斤顶连接牢固后，开始实施锚索拔除工序。 步骤三：锚索拔除过程中，拉拔力须缓慢、逐步地增加，循序渐 进，当锚索有松动的现象时，注意保持拉拔力的平衡，避免发生锚索 断裂的现象。 步骤四：当锚索拔出来时在拔除到一定距离后，切断一段，保证 工作空间。然后再重复以上步骤。 3.4.5 注浆充填 每一根锚索拔除工作完成后，要及时用水泥砂浆对孔洞进行充 填。 充填时先用压缩空气吹干净孔洞里面的泥屑，如果孔洞里面有水， 必须用水泥浆把水置换出来。 注浆时必须把注浆管插入到孔底，直到 水泥浆冒出孔口为止，然后在孔口进行封堵后注浆。 3.5 锚索拔除数据分析 2012 年 8 月 10 日在基坑边选取了1 根锚索进行试拔，试拔一次 成功，千斤顶使用的油压由30Mpa逐级递减（每次减小13Mpa ） ， 每次拔出的锚索长度为1518cm ，直至锚索全部拔出，拔除最后一 节锚索的终压约为2 Mpa 。经过与西山城投商务楼业主协调，于2012 年 9 月 15 日正式进场进行拔除， 于 2012 年 10 月 15 日拔除完成， 总 共拔除 52 根锚索，拔除的锚索实际长度与设计长度基本吻合，千斤 顶油压的控制严格按试拔的参数进行控制与微调。 4 锚索拔除后盾构通过该段掘进情况 4.1 盾构通过该段掘进情况 西山城投商务楼侵入隧道的锚索拔除完成后，盾构机于2012 年 10 月 28 日进入锚索区域，于2012 年 11 月 04 日完成锚索区域的掘 进工作，盾构机在锚索段掘进的期间从其出土（出土位置：螺旋机出 口）的情况来看， 未发现明显的残余钢绞线。盾构机掘进的主要参数 为：推力， 9000KN-11000KN ；刀盘扭矩 1300KN ·M - 1500KN ·M ；刀 盘转速： 1.3r/min-1.5 r/min；刀盘温度： 35-45。盾构掘进的 最新【精品】范文参考文献专业论文 参数基本稳定正常，无突变的现象，掘进过程顺利。 4.2 盾构通过该段监测数据分析 盾构机在掘进过程中地面的监测点沉降最大值为12mm ，水平位 移向基坑以内移动的最大值为8mm ，沉降单日变化速率最大值为 4.6mm ，均未出现预警的情况，地面控制良好。盾构掘进完成后，地 面沉降与掘进过程中的沉降变化基本稳定，安全可控。 5 结语 锚索拔除施工在国内施工实例不多，且成功率不高， 大概成功完 全拔出率在 20%-40% 左右，因为在锚索拔除过程中，容易拔断，造成 锚索残留。昆明轨道交通 3 号线西标段马街站眠山站地下区间锚索 障碍区经上述拔除方法施工， 西山城投商务楼基坑锚索全部一次性拔 除成功，盾构已成功通过该地段，并顺利出洞，路面沉降及成品隧道 （管片）质量均符合规范要求。 为以后土压平衡盾构机在该类地下障 碍物中推进积累了一定的经验。 参考文献： 1 张凤祥 , 朱合华, 傅德铭 . 盾构隧道 . 北京: 人民交通出版 社,2004:92-126 ，298-308. 2 陈馈,洪开荣 , 吴学松. 盾构施工技术 . 北京: 人民交通出版 社,2009.5. 3 龚晓南 深基坑工程设计施工手册中国建筑工业出版社， 2001 年 1 月. 4 锚索力学参数拉拔试验研究-重庆交通学院学报 2007 年 02 期. 5 和佳良 马街站眠山站区间隧道岩土工程勘察报告, 中铁 二院工程集团有限责任公司,2011.04. 6 昆明轨道 3 号线西标段马街站眠山盾构区间平、纵断面 及特殊地段设计 , 中铁二院工程集团有限责任公司,2012.04. 作者简介：谭伟生（ 1979-） ，男，广东肇庆人，工程师，现从事 最新【精品】范文参考文献专业论文 盾构技术管理工作。 -最新【精品】范文
