復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下地鐵盾構(gòu)既有錨索處理技術(shù)

王起飛

(1.中鐵十六局北京軌道交通工程建設(shè)有限公司, 北京 101100；2.西南交通大學(xué)地質(zhì)工程系, 四川成都 610031)

城市化進程需要更加便捷的公共交通系統(tǒng)，而地鐵已成為公共交通重要組成部分。盾構(gòu)法施工技術(shù)的大力發(fā)展，從一定程度上推動了地鐵行業(yè)發(fā)展，但由于城市內(nèi)大多高層建筑采用樁錨體系，盾構(gòu)掘進過程不可避免的會進入錨索區(qū)域，如果處理不當(dāng)，極易造成刀盤結(jié)泥餅和螺旋機卡死現(xiàn)象，影響施工進度。因此，急需尋找一種快速、經(jīng)濟、高效的錨索處理方案。王淼[1]在鄭州地鐵1號線區(qū)間穿越高層地下室錨索時，比較了明挖基坑清除、暗挖隧道清除、人工挖孔拔除等方案，確定了人工挖孔結(jié)合錨索拔除的錨索處理方案；朱川鄂[2]在鄭州地鐵5號線盾構(gòu)區(qū)間采用暗挖橫通道法處理錨索；葉家強[3]分別采用了開挖豎井后用千斤頂拔除、先將錨索用沖擊鉆沖斷再用旋挖鉆機拔除的方法，將殘留錨索清除；游杰，顏岳[4]提出了地面旋挖鉆切割處理配合盾構(gòu)推進的錨索處理施工方案，期間對跟管鉆進套取法、人工挖孔樁分段拔除法、全套管鉆機切割法、明挖處理法、暗挖處理法、電力腐蝕法、盾構(gòu)開艙切索法逐一進行了論述。

本文以昆明地鐵五號線白云路站-穿金路站盾構(gòu)區(qū)間錨索處理為例，并綜合先期錨索處理的各種方案和項目實際情況，通過對工期、工程成本、處理效果多方面考慮，最終探索出明挖法+咬合樁+攪拌樁配合盾構(gòu)推進的錨索處理技術(shù)，使該盾構(gòu)區(qū)間順利掘進并安全下穿既有成型隧道，該施工技術(shù)可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

昆明市軌道交通5號線白云路站-穿金路站區(qū)間隧道初步設(shè)計里程為右白穿區(qū)間起始里程為CK02+664.044～CK03+597.673，區(qū)間長931.508 m，采用盾構(gòu)法施工。該區(qū)間白云路站～穿金路站盾構(gòu)區(qū)間南側(cè)3.42 m處為霖嵐國際廣場兩棟31層樓房，該樓房施工時采用樁錨支護形式，錨索呈每排4股(4s15.2鋼絞線)布置，排距為2.8 m。共計約153 m錨索侵入隧道范圍，約220股，如圖1和圖2為地鐵隧洞與霖嵐國際廣場錨索的平面和斷面相對位置。

由圖2可知白云路站-穿金路站區(qū)間側(cè)穿霖嵐國際廣場范圍內(nèi)土體以粉質(zhì)黏土、粉砂、圓礫土為主。白云路站-穿金路站區(qū)間在錨索影響區(qū)距離高層建筑霖嵐國際廣場僅3.42 m，在右側(cè)又有最小凈距僅為1.76 m的既有地鐵四號線隧道，受錨索、高層建筑、既有地鐵隧道多重影響。霖嵐國際廣場已于2013年完工，該基坑圍護與主體結(jié)構(gòu)間空隙已回填，不具備從該處拔除條件，且錨索已在土體中較長時間，部分已經(jīng)銹蝕，易拔斷。盾構(gòu)機掘進過程遇有殘留錨索，極易造成刀盤結(jié)泥餅和螺旋機卡死等現(xiàn)象。錨索位于白云路站-穿金路站區(qū)間始發(fā)段，無試驗段條件；若拔出措施及相應(yīng)的加固措施不合理，易導(dǎo)致4號線成型隧道隆起或下沉，管片錯臺、開裂等，危及成型隧道結(jié)構(gòu)安全。可見，在處理錨索過程中既要確保處理效果，還應(yīng)確保盾構(gòu)施工段的土體加固效果。

圖1 軌道交通5號線白云路站-穿金路站區(qū)間隧道與霖嵐國際廣場錨索平面示意

圖2 軌道交通5號線白云路站-穿金路站區(qū)間隧道與霖嵐國際廣場錨索橫斷面示意

2 錨索拔除措施

通過對本工程錨索數(shù)量及埋深進行調(diào)查，提出將部分錨索通過單渡線調(diào)整移至車站明挖段進行處理，此類錨索處理工藝效果最佳，雖然不可避免有殘留錨索，但此時錨索預(yù)應(yīng)力已損失殆盡，可采用切斷能力適中的機械設(shè)備進行處理，減少后期處理過程的經(jīng)濟損失，具體為：將設(shè)置在白云路站處單渡線調(diào)整至穿金路站，穿金路站從原設(shè)計155 m增加至290 m，通過明挖方式處理部分錨索約180根，如圖1所示A區(qū)；為避免明挖基坑范圍外錨索殘留，根據(jù)三軸攪拌樁機機械功率分析，在已切斷錨索、且埋深20 m范圍內(nèi)采用攪拌樁清除(圖1B區(qū))；在埋深超過20 m范圍以及未切斷區(qū)域，采用素咬合樁進行加固及清除(圖1C區(qū))。

2.1 明挖法處理錨索

區(qū)間與車站范圍調(diào)整，車站起點里程(盾構(gòu)區(qū)間終點里程)由原來K03+597.673，調(diào)整為左DK3+453.211、右DK3+512.211。通過地下連續(xù)墻切斷、明挖法挖出的方式清理錨索，降低盾構(gòu)施工風(fēng)險，如圖1車站輪廓線所示。

2.2 攪拌樁處理錨索

針對圖1所示B區(qū)范圍，采用φ850@600攪拌樁進行地面加固，加固里程為右DK3+431～右DK3+476.5～右DK3+507。右DK3+431～右DK3+476.5段，加固范圍為4號線隧道底部以下至5號線隧道頂部以下0.5 m，以及隧道左右外輪廓3m范圍；右DK3+476.5～右DK3+507段，加固范圍為4號線隧道中心線以下至5號線中心線以上，以及4號線隧道右線外輪廓3 m范圍。攪拌樁實樁部分水泥摻量建議18 %～25 %，空樁部分不小于7 %。施工縱剖面如圖3所示。

2.3 旋挖鉆處理錨索

旋挖鉆相比三軸攪拌樁而言，切斷能力較大，適應(yīng)性更強，可用于埋深大于20 m的穿金路站端頭位置的錨索處理，采用素咬合樁地面加固方式處理錨索，直接利用旋挖鉆對端頭井位置錨索進行拔出，既保證地層加固效果，又確保白云路站-穿金路站區(qū)間順利始發(fā)。采用旋挖鉆施做φ1 000 mm@800 mm的素咬合樁，施工過程采用“隔三跳一”的打孔方式。鉆機就位后，鉆頭中心采用樁定位器對準(zhǔn)樁位，為保證鉆孔的垂直度，在鉆進過程中，設(shè)置鉆機導(dǎo)向裝置，利用雙向調(diào)節(jié)標(biāo)尺或線墜調(diào)整鉆桿垂直。在鉆進過程中根據(jù)地質(zhì)條件結(jié)合試驗測定確定泥漿各項指標(biāo)。鉆具入孔后，先進行泥漿循環(huán)，然后慢下至孔底，輕壓慢轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后，逐步增大轉(zhuǎn)速鉆壓進入正常鉆進，期間根據(jù)錨索埋深測量計算出鉆進深度，在錨索區(qū)域適量加大轉(zhuǎn)速，直至清除侵入隧道范圍的錨索，然后將開挖土體與錨索一同拔出，圖4為旋挖鉆施工縱剖面示意。

針對錨索情況盾構(gòu)機刀盤刀具增加部分高強度撕裂刀，在掘進中可將錨索進行破壞，通過盾構(gòu)刀盤開口進入土倉，且可經(jīng)過螺旋輸送機排出，結(jié)合地層情況，本工程刀盤開口率控制在35 %。主要盾構(gòu)參數(shù)包括，推力1000～1400 T、刀盤扭矩100～120 bar、推進速度45～50 mm/min、土倉壓力1.7～1.9 bar、注漿壓力1.23～1.3 MPa、注漿量4.5～5.0 m3。

圖3 三軸攪拌樁施工縱剖面示意

圖4 旋挖鉆施工縱剖面示意

3 施工效果監(jiān)測

白云路站-穿金路站區(qū)間盾構(gòu)下穿既有4號線、穿越錨索施工期間，施工監(jiān)測內(nèi)容主要包括周邊建構(gòu)筑物及地表沉降，監(jiān)測過程采用先進電子水準(zhǔn)儀，以人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測相結(jié)合的監(jiān)測方法并嚴(yán)格按照規(guī)定的監(jiān)測頻率進行。在地表、4號線隧道內(nèi)、霖嵐國際廣場(A、B棟)、機電小區(qū)、云南化工機械廠住宅小區(qū)等周邊建筑物布置了監(jiān)測點，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析，發(fā)現(xiàn)建筑物軌道站臺的JGC34-8點位沉降量最大，累計沉降達到-4.56 mm；沉降速率為0.41 mm/d；地表范圍內(nèi)五號線右線隧道43環(huán)DBC3460-4沉降量最大，累計沉降達到-21.58 mm；沉降速率為-0.62 mm/d。目前規(guī)范要求地表沉降值控制值為30mm、隆起控制值為10 mm；機電小區(qū)，要求房屋傾斜控制值為4 ‰；霖嵐國際廣場房屋傾斜控制值為2 ‰?？梢?，與控制值相比，沉降的累計值和變化速率均在控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

(1)侵入地鐵盾構(gòu)隧道的錨索拔除，需結(jié)合工程實際、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及錨索分布情況等，分區(qū)設(shè)計方案，針對各區(qū)特點提出針對性拔除措施。

(2)可在盾構(gòu)機刀盤增加部分高強度撕裂刀，以在掘進中將可能殘留的錨索破壞，并使其通過盾構(gòu)刀盤開口進入土倉，經(jīng)過螺旋輸送機排出，與本文類似地質(zhì)條件可將刀盤開口率控制在35 %。

(3)可采用明挖法、咬合樁、攪拌樁配合盾構(gòu)推進技術(shù)處理錨索，在昆明地鐵五號線白云路站-穿金路站區(qū)間取得了明顯效果。

(4)錨索拔除期間應(yīng)進行地表隆起或沉降、錨索基礎(chǔ)建筑物變形等方面的適時監(jiān)測，及時評估拔除措施對周邊安全的影響。