盾构区间施工时预应力锚索的处理

　　关键词:盾构法 地铁隧道 预应力锚索 处理技术 

 

 

　　锚索结构：3φ15.2的预应力钢绞线，强度等级为1860Mpa，成孔直径为150mm，打设角度为向下15度。上排锚索设计总长度26.5m，其中锚固段长度为21.5m，自由段长度为5m，张拉力为290kN，达钢绞线极限破

断拉力的37.4%；下排锚索设计总长度27.5m，其中锚固段长度为22.5m，自由段长度为5m，张拉力为310kN，达钢绞线极限破断拉力的40%。 

 

　　根据勘测资料本场地地下水类型主要为潜水，主要赋存于杂填土、粉土等弱透水土层中，地下水位埋深约为9.5m，水位年变幅度1.0～2.0米，潜水层渗透系数k综合取值0.5m/d。经前期降水井观测地下水位为16.9～

17.1m，观测时间2011年10月23日～27日。 

 

 

　　通过对锚索的详细调查，充分分析盾构机自身掘进破断锚索的可行性。 

 

　　2.1 预应力锚索属于柔性结构，无法通过盾构刀具的切割将其破坏。 

 

　　2.2 预应力钢绞线强度高达1860Mpa，是普通钢筋强度的6~9倍，即便通过加固处理成刚性结构，也很难通过盾构刀具的切割将其破坏。 

 

　　2.3 盾构破坏预应力钢绞线的主要机理：①推力破坏（考虑锚索经过张拉有一部分内应力，根据力的合成，初步计算，对破坏垂直盾构隧道的单束锚索的最小推力为158kN，可能一个截面出现两束锚索，则最小消耗推

力为316kN，而本台盾构最大推力为3165kN，正常掘进推力为1200kN）；②扭矩破坏（本盾构一档扭矩2620kN・m，二档扭矩4377kN・m，脱困扭矩5225kN・m，正常掘进扭矩1600~2300kN・m，当两束锚索作用在距

离刀盘中心的半径小于2.5m时，将可能导致扭矩增大到极限而无法破坏锚索）。 

 

　　2.4 本区预应力锚索与盾构隧道位置关系有三种情况：①预应力锚索与盾构隧道轴线成37度，并指向盾构始发方向；②预应力锚索与盾构隧道轴线成83度，并指向盾构到达方向；③预应力锚索与盾构隧道轴线成54

度，并指向盾构到达方向。当预应力锚索与盾构隧道轴线角度越小则越不利于破断，当锚索与隧道轴线平行时，为破断最不利角度。 

 

 

　　根据对盾构机破断锚索的机理及锚索结构的基本情况，在盾构通过前，将锚索提前取出，具体取出方法有三种。方案一：明挖大型深基坑，取出锚索；方案二：采用人工挖孔先截断后取出锚索；方案三：在蓝码帝王大

厦地下室试拔锚索（根据设计计算，整束锚索拔出的拉拔力约400kN，而钢绞线可以提供的拉力约770kN，理论上可以直接拔出）。 

 

　　3.1 采用人工挖孔先截断后取出锚索。盾构开挖直径为6.25m，在盾构隧道中心线两侧分别开外内径1.2m，中对中间距5.3m的人工挖孔，将预应力锚索截断后取出。人工挖孔平面布置图如下： 

 

　　3.2 锚固体粘结强度复核：当截断后锚固长度为4.5米时，粘结强度计算如下： 

 

　　Pt=（Lsa×π×ds×tu）/Fs2 。 

 

　　Lsa――锚固段长度，取4.5m。 

 

　　ds――钢绞线外表直径，取0.0152。 

 

　　tu――钢绞线与水泥砂浆的极限粘结力，按砂浆标准抗压强度的10%取，则有20×0.1=2.0MPa。 

 

　　Fs2――锚固体拉拔安全系数。临时性锚固取Fs2≥1.3 

 

　　则有:Pt=（Lsa×π×ds×tu）÷Fs2 

 

　　=4.5×3.14×0.0152×2.0×106÷（1.3×10-3） 

 

　　=330.4KN＞258.5kN 

 

　　结论：锚固体粘结强度很大，无法把单根钢绞线从锚固体中拔出。 

 

　　3.3 锚固体与孔壁的抗剪强度复核 

 

　　P=（La×π×dh×t）/Fs2 

 

　　La――锚固段长度，取4.5m。 

 

　　dh――钻孔直径，取0.15m。 

 

　　t――锚体与孔壁极限摩阻力标准值，取60kPa(按郑州地区的地质选取)。 

 

　　P=（La×π×dh×t）/Fs2 

 

　　 =(4.5×3.14×0.15×60)÷1.3×103×10-3 

 

　　 =97.8KN＜锚索最大承载拉力F′=775.5kN 

 

　　结论：将锚索截断后，很容易将锚索整根拽出。 

 

　　3.4 工作孔开挖。工作孔施工时用人工挖孔，一吨卷扬机提升土碴，并用手推车将土碴弃在远离孔口处，每挖深1m即作混凝土护壁（护壁混凝土为C25，混凝土护壁厚度15cm），护壁钢模板作成上小下大，以便混凝

土灌注时振捣密实。第一节混凝土护壁顶应高出地面不少于30cm，护壁混凝土内加Φ12的构造筋，且每节护壁均应用Φ12钢筋连成整体，以防护壁下坠。孔内渗水用潜水泵抽出，孔口应用钢筋网覆盖，仅留提碴孔部分，

确保施工安全。施工人员不得乘坐提碴桶出入孔，应由爬梯上下，孔内应配低压照明灯和通风排气设施，确保挖孔桩施工安全。工作孔开挖施工时要及时作好施工记录，凡地质发生变化均要随时请工程师现场确认，并注明

取样标高、编号、岩性、取样日期，按取样顺序放于碴样盒内，妥善保管，并有照片等资料。挖孔施工时要求有交接班记录，双方签认，并注明挖孔检查指标。 

 

　　3.5 处理周期。根据现场实际情况，按三批挖完，每批开挖40个孔，每个孔配2个人，无水情况，每天开挖2m，见水后每天开挖1m，浇注15cm厚的C20混凝土护壁，挖出锚索后处理时间为2天，工作孔回填时间为2

天，则每批处理时间约12天，三批处理时间共计36天。 

 

　　3.6 处理费用。开挖土方150元/立方，回填75元/立方，护壁浇注（含材料）500元/立方，割除锚索150元/人・天，则处理一个孔的费用为： 

 

　　（150×1.76＋75×1.13＋500×0.63）×15＋2×150×2=10556元 

 

　　按120个孔计算总费用为： 

 

　　F=120×10556＋100000（机械配合费）=1366750元 

 

 

　　由于挖孔施工的特殊性，对人工挖孔的方案应进行专门的设计，依据地质与水文资料，设计好护壁的厚度及配筋，制定好开挖与支护的方案，同时加大监测频率，控制地面隆、沉值。 

 

　　①防止孔口坠物伤人，孔口护筒顶用钢筋网覆盖，仅留提碴和上下人作业口。②挖孔施工时，孔内用低压照明灯，为防止孔壁坍塌，混凝土护壁应及时浇注，交接班时要有安全检查记录，且交、接人均应签名。③地面

变形接近-20mm～+5mm时，尽快找出原因并采取相应措施。④下孔作业间隔时间长，则在下孔作业前应用鸟笼将小鸟放入孔底15分钟左右，如鸟死亡，施工人员不得下孔作业，应对孔底进行换气处理，确保挖孔施工人

员的安全。⑤挖孔施工人员必须经爬梯出、入孔，不得乘绞碴桶上、下提升碴土的卷扬机和钢丝绳应经常检查，不得带病作业。⑥为确保挖孔施工安全，挖孔施工时孔口不得离人，土碴应弃于安全距离以外，孔口周围不得有大型机械来往。⑦挖孔提碴桶必须用橡胶制品，且用铁丝将底兜好，防止掉底现象的发生；同时孔口设有提碴锁定装置，确保挖孔桩施工安全。⑧高空作业安全技术要求，严格按照《高空作业安全规程》进行施工。 

 

 

　　通过对预应力锚索处理技术的研究，及时总结施工参数，施工工期满足总体筹划的要求，锚索处理彻底，消除了盾构在锚索区掘进的风险，同时确保了地面建筑物的安全。为后续类似地下障碍物处理提供了成熟的经验。 

 

　　参考文献: 

 

　　[1]《水力水电工程预应力锚索施工规范》DL/T 5083-2004. 

　　[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004. 

　　[3]陈希哲编著.《土力学地基基础》，清华大学出版社第二版， 1998. 

　　[4]李建斌，陈馈.先进机械施工新技术及案例[z].洛阳：中铁隧道集团有限公司，2003． 

　　[5]张凤祥，傅德明，杨国祥.盾构隧道施工手册.北京，人民交通出版社，2005． 

　　[6]日本盾构隧道新技术.伊旅超，朱振宏.等.译.广州：华中理工大学出版社，1999． 

　　[7]周世明编著.《实用建筑施工手册》中国建筑工业出版社第二版，2005.