针对穿越锚索区域的施工,主要提出明挖基坑清除锚索、盾构开仓切除锚索、人工挖空清除锚索三种施工方案。
1.直接切削
众意路站—CBD 站区间左线在郑东新区CBD1#地下停车场区域存在地下锚索,经核算锚索侵入区间左线隧道,最大侵入长度为 3.11 m(不考虑锚索施工时的误差),贯穿隧道顶部;后经设计院对区间线路进行了优化调整(该区域线路纵坡由-27‰调整为-28.5‰),理论上已经将锚索位置避开(最小安全距离为50 mm)。
但实际施工时,左线在掘进193~197 环期间,刀盘扭矩出现突然增大现象(扭矩由1 930 kN·m 增加到3 800 kN·m),同时出现螺旋输送机闸门不能完全关闭情况。项目部人员对闸门进行检查时发现,闸门区域存在异物附着在螺旋机上,导致闸门不能完全关闭,后经分析该物质与前期调查的锚索资料相吻合,确定为该区域地下停车场的锚索。因为盾构机已经到达该部位,无法再采用其他办法进行处理。将右线掘进该区域时的参数和左线掘进该区域的掘进参数进行了比对,比对结果见表5.2.1 所示。通过对比发现掘进参数变化是非常明显的,尤其是刀盘扭矩变化量。
表5.2.1 左、右线掘进参数对比表
续表
由于锚索影响范围较短,盾构机虽参数异常,但依然能够穿过。存在的主要问题有:① 施工效率下降。刀盘的扭矩急剧增大,导致盾构掘进速度下降,由以前的40~50 mm/min 下降至20~30 mm/min,造成资源消耗大大增加,如发泡剂、膨润土、油脂等耗材。② 对刀盘、刀具的影响。锚索的自身强度很高,从螺旋输送机排出的锚索情况来看,锚索可能是缠绕在刀盘后随着刀盘转动经过反复扭转而发生剪切破坏造成的,这样会使刀盘上附着的锚索不能被排出,一直缠绕在刀盘区域,对刀盘扭矩、盾构推力产生影响,情况严重时刀盘有可能会被卡死。③ 对螺旋输送机的影响。若进入锚索螺旋输送机内的锚索较长,靠其自身旋转很难将其排出,情况严重时会存在被锚索缠绕、无法继续转动的情况。
该区间锚索采用盾构机切削通过的方式,实为被动预案。锚索对盾构机影响极大,极有可能将盾构机抱死,造成巨大损失。因此,最安全的方式,还是处理完锚索之后,再进行掘进施工。在锚索数量很少的情况下,也可以采取盾构机直接切削通过,但依然存在一定的风险。(www.xing528.com)
2.明挖基坑
明挖基坑法工艺成熟,安全性高,在盾构穿越锚索段隧道两侧施作围护桩,围护采用φ800@1200 围护桩 + 二道φ609 钢支撑支护,清除影响盾构左线推进的锚索;在锚索清除后,考虑到该段施工隧道存在盾构重新进出洞的风险,所以需要分层夯实回填土,使盾构继续推进。明挖基坑宽8 m,长约80 m,基坑深13.5 m;明挖基坑的优点:施工风险小,还可清理其他地下不明障碍物,还可彻底清除妨碍盾构推进的锚索。缺点:① 对明挖基坑上方管线影响较大;② 基坑占用主干道交叉口北心怡路半幅路面,对地面交通及道路两侧商户影响较大;③ 管线迁改和高层建筑物保护费用较高且复杂,费用较大。
3.盾构开仓切索法
事先不清除障碍,只对该地段土体加固、降水,待盾构机掘进到该地段时,每掘进2~3 m,主动开仓人工切断锚索。该工艺的优点:在洞门处土体加固后盾构进出洞更安全。缺点:① 盾构机需频繁开仓,存在较大安全隐患;② 存在盾构机遇H 型钢等其他障碍物和不可预测的风险;③ 需迁改道路下既有管线,难度大,影响工期;④ 需对原盾构机的刀盘、刀具等进行专项改造,成本较高;⑤ 目前,国内也无盾构机开仓人工清除大量预应力锚索的成功案例。
4.人工挖孔
在盾构区间存在锚索障碍物的区域,采用Φ1.5 m 全回转钻机全护筒钻进切索,然后采用M10 砂浆回填。该工艺在地面施工,避免了盾构开仓可能存在的安全风险;不需要深基坑开挖,降低 了安全风险;不需要进行管线迁改,可分步施工,交通影响较小;施工时对周围的土体扰动较小,不会对周围的管线和建筑物产生影响;可以彻底地清除盾构区间的锚索等障碍物。
经过几次研究比选(表5.2.2),全套管全回转钻机垂直切索法虽然施工成本较高,但该工艺施工速度快、效率高、精度高、质量可靠,能够达到清除锚索和地基加固的双重目的,施工基本无安全风险,在诸多障碍处理技术中优势明显,本工程最后决定采用该技术进行施工。
表5.2.2 方案综合比较
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