西安地铁二号线洲际广场锚索拔除方案比选

西安地铁二号线洲际广场锚索拔除方案比选发布时间:2011-2-21被阅览数:227次来源:西安地铁三周年论文集工程处党锋摘要：本文以西安地铁二号线洲际广场锚索拔除为背景，详细介绍了洲际广场锚索拔除施工过程中的方案比选及遇到的技术难道，并通过实时监测手段进行信息化施工。实践证明比选方案能够较好地满足工程实际的需要。研究成果对其他类似工程的设计和施工具有一定的指导作用和借鉴作用。关键字：锚索拔除方案比选前言：随着城市建设的发展，许多大城市开始修建地铁，盾构隧道技术的应用也越来越广，大多隧道都不可避免的下穿、旁穿大型建筑物。西安地铁二号线沿西安市南、北向交通主干道布置，沿线建（构）筑物众多，由于历史原因，地铁规划较晚，沿线高大建筑物采用桩锚体系作为围护结构，盾构隧道必须穿越锚索区，给盾构施工带来许多不便。如何解决沿线锚索侵入盾构隧道的问题已经成为西安地铁盾构施工亟待解决的一个难题。1.工程概况西安地铁二号线北大街站~钟楼站区间盾构隧道通过在建的洲际广场桩锚联合支护的基坑锚固区。锚索（杆）影响的隧道里程起止于YCK12+935.6～YCK13+125.488，长度190m。需要拔除的锚索估计有210根。洲际广场锚固区采用的是竖向三道4Ø12.5预应力锚索，注M20砂浆，每根长30m，其中自由段5m，锚固段25m，向下倾角15°，如图2-1。水平方向间距1.5m；拉拔力分别为350KN、400KN、450KN。成孔采用螺旋钻，施工过程中有钻杆断裂的情况，部分钻杆没有取出来。东侧孔有扩大直径现象，M20砂浆注入量有的达到设计的2～3倍，甚至5倍的情况都有。估计锚固端头形成了蘑菇头。该处基坑东侧为人行布道，下面有电力和通讯管线，基坑安全性要求较高。根据宏府地产集团工程部的意见，为了基坑的整体安全，锚索拔除工作要在回填过程中进行。为了获取准确的各项参数，为拔除洲际广场所有锚索的顺利实施积累经验，决定进行锚索拔除试验，试验对象为第三排锚索。任取3根进行试拔。2.工程水文地质该地区地层自上而下，为第四纪新黄土、老黄土、饱和软黄土、古土壤等，盾构隧道埋深10～12m，主要位于硬塑～可塑的黄土和古土壤地层中。地下水主要为第四系孔隙潜水，含水层属弱—中等透水层，埋深10~13m，隧道位于含水层以下，由于早期基坑施工的降水，该处的地下水位可能会更低些。目前由于洲际广场基坑降水还在进行，地下水位估计在基坑的底部0.5m以下。3.锚索拔除过程中的难点及所能遇到的问题3.1直接拉拔会遇到反力不足的问题；3.2钢绞线（或锚杆主筋）有可能会被拉断，使拔除试验被终止（见图3-1）；3.3拔固过程中，锚索锚固段土体塑性变形区增大，对基坑稳定性不利（见图3-2）3.4已有锚索的钢绞线外露部分没有足够的长度，使拔锚的夹具无法工作；3.5拔锚过程及拔锚后对基坑稳定性的影响问题。4.解决方案4.1解决方案跟据现场实地踏勘、收集资料，结合本地区类似工程施工的经验，拟对以下三种方案进行论述。方案1：直接拉拔（1）直接拉拔法是在现有受力锚索现状情况下直接拉拔。直接拉拔会遇到以下问题：1）抗拔反力严重不足，反力平台梁的刚度不足；2）已有锚索的钢绞线外露部分不够长，夹具无法作业；3）锚索锚固段在拉拔过程中，土体的塑性变形区增大，对基坑的稳定性非常不利；4）有拉断钢绞线的可能，而使拉拔试验无法继续。（2）解决问题的方法及措施：1）在现有腰梁上背焊钢板或并联工字钢以增大腰梁的刚度；2）加工特种夹具延伸装置，使钢绞线等效延长，以便能够夹紧；3）锚固段周围土体塑性变形区大以及有可能剪断钢绞线两个问题无法解决。方案2：锚索周边打应力解除孔后拉拔此方案是针对直接拉拔方案中无法解决的两个问题进行设计的。在拉拔之前，按一定的次序在已有锚索周边进行钻孔（应力解除孔，见图4-1），钻孔直径110～120mm，钻孔的深度根据解除后的锚索的剩余抗拔力进行调整，最深钻至已有锚索锚固端的尾部。成孔的角度应尽量与拟拔锚索一致。必要时也可在上部应力解除孔中注入少量水，使其对锚固段周围土体进行软化。这样做，第一可以阻止锚固段周围土体塑性变形的扩大；第二降低了锚索的抗拔力，防止了钢绞线被拉断的问题。最后采用水泥砂浆灌注封孔。该方案需要最小操作空间约3.0m宽。方案3：跟管钻进套取锚索加工特制的三翼钻头，钻头外径250～300mm，钻孔跟进套管直径约为195mm，孔内采用高压风或循环泥浆进行出渣。钻进角度尽量与原锚索一致，使钻拟拔锚索位于钻管具的中央，当钻至锚杆的尾部时，便可轻松取出锚索。最后采用水泥砂浆封孔。如图4-2所示。4.2施工工艺：（1）待回填土填至距离锚索0.5m左右时，拆除拔除锚索段的钢围檩。（2）用MK型号的钻机进行钻进工作，将钻进过程中排出的泥浆排入预制的泥浆池内。（3）完成钻孔作业后，安装反力装置，固定抽锚千斤顶。（4）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。（5）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。（6）拔除一段，切断一段，保证工作空间。（7）拔除工作完成后，及时用水泥砂浆对索孔进行充填。5.各方案经济技术比较方案1，直接拉拔由于不能解决锚固段土体塑性变形区大以及有拉断钢绞线的可能性两大问题，致使拉拔工作达不到预期目的。因此方案基本上是不可取的。方案2，应力解除孔法，理论上没有问题，但实际操作比较复杂，费用较高。方案3，需要加工设计特种钻头及钻探工艺，对钻孔技术要求高，一旦试验成功后期成本比较低。以上三种方案，第一方案不可取，第二、第三方案可作为试验方案，试验时先进行第三方案的试验再进行第二方案试验。通过信息化反馈指导施工，根据《北大街～钟楼区间锚索（杆）拔除段设计方案与技术要求》的图纸会审和设计交底会要求，开始拔除时，完成5根锚索拔除后即应对锚索孔充填水泥砂浆，避免造成地层沉降过大。通过信息化施工，若监测数据反映洲际广场基坑非常稳定时，可以适当增大一次性回填注浆的范围。我方在第三排锚索拔除时，通过调查分析洲际广场地下水位情况、土体物理力学性质、简化力学模型分析基坑的稳定性后，结合工程实践，通过监测数据分析，逐步扩大了一次性回填注浆的范围。在拔除第二排锚索的过程中，由于锚索角度变化较大，极大的增加了锚索拔除施工的难度，降低了施工进度，由于锚索拔除工期较紧，并且根据监控量测值，我们分析第二排锚索拔除完成后对地表沉降及基坑水平位移影响很小，因此，为了加快锚索拔除施工进度，在地表沉降和基坑水平位移很小的前提下，我单位决定继续采用信息化反馈指导施工，修改为每10孔为一个回填注浆批次。6.洲际广场锚索拔除专项监测方案与应急预案6.1地面、基坑内巡视制度在锚索拔除过程中，地面和基坑内各设一名安全巡视员，密切注意锚索范围30m范围内的地面沉陷、裂缝变化、围护桩变形和土体脱落、坍塌等现象，发现异常情况立即报告。6.2专项监测方案1、测点布置：洲际广场锚索拔除设置监测点10个，其中东侧人行道上间距10m设置一个，共计10个，距离基坑约10～20m；每5根桩布置一个倾斜测点，共计20个；合计30个监测点。2、测量方法：采用精密水准测量方法。采用洲际广场已有的测量基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差应严格控制在规定额度之内，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续三次观测，三次高程之差应小于±0.5mm，取平均值作为初始值。3、监测频率与上报方式：每天监测一次，数据汇总后立即向地铁监理单位和宏府地产集团工程部、洲际广场施工单位汇报。4、数据分析与处理：地表沉降测量随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度、加速度曲线图，并根据沉降变化曲线图和沉降速率来判断沉降变化趋势，必要时采用回归计算来推测沉降终值。5、监测控制标准：在信息化施工中,监测后应对各种数据进行及时整理分析,判断其发展变化规律,并及时反馈到施工中,以此来指导施工。根据以往经验，采用Ⅲ级管理制度作为监测管理方式。6.3应急预案1、对监测数据进行分析，出现下列情况之一时，立即采取合理措施，并报告地铁监理、业主单位和宏府地产集团工程部、洲际广场施工单位。同时锚索拔除施工暂停，并采取措施进行处理：（1）沉降监测数据有不断增大的趋势；（2）基坑围护结构变形过大或出现明显的受力裂缝且不断发展；（3）变形时态曲线长时间没有变缓趋势。2、施工技术处理措施（1）地表沉降超过-20mm，锚索拔除时孔洞内不得再加水；地表沉降超过-30mm时，地面采取注浆加固措施，或在基坑内采取水平注浆加固措施。（2）围护桩倾斜超过-20mm，锚索拔除时孔洞内不得再加水；围护桩倾斜超过-30mm，需要采取基坑内预支撑的措施；围护桩倾斜超过-40mm时，暂停锚索拔除施工，基坑内用型钢支撑，并采取水平注浆加固措施。3、人员紧急疏散措施一旦地面沉降超过-50mm，或者围护桩位移超过50mm时，人员和设备撤离现场，撤离通道只有现场马道。此时要确保马道畅通，不能堆积杂物和停放施工机具、车辆等。4、紧急救助洲际广场基坑外是陕西省中医药研究院（医院），一旦出现人员伤残，伤残人员可在5分钟内送到医院。7.洲际广场锚索拔除效果评价通过精心组织施工，洲际广场锚索全部拔除后，洲际广场基坑锚索拔除一侧地表最大累计沉降值为-4.74mm，最大累计隆起值为3.02mm，均在地表沉降允许范围（-30mm~+10mm）内；桩顶最大累计水平位移值为-1.42mm和3.22mm，均在桩顶位移允许范围（-30mm~+30mm）内。因此，采取跟管钻进拔除锚索的方案对基坑的影响控制得非常好，达到了预定的良好效果。