锚索拔除施工技术

王超 张亮 程辉

摘 要：管钻进套取锚索法作为一种拔除预应力锚索的新技术、新工艺。随着套管跟进技术的不断发展和完善，本工法在各地区城市地铁施工及相关施工中必将得到越来越多的应用，具有广阔的市场前景

关键词：锚索、拔除、万向节、张拉法、柔性、跟管钻进

Pick to: the pipe drilling show anchor method as a kind of prestressed anchor rope pulling new technologies, new processes. With the continuous development of casing follow-up technology and improvement of this method in various areas in city subway construction and related construction will get more and more application and has broad market prospects

Keywords: anchor rope, pulling, universal joint, rafa, flexible, and drilling

中图分类号：TU74 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）09-0000-01

一 工程概况

益田站-石厦站区间设计为两条并行的单线盾构法隧道，由益田站北端出发后，向北沿石厦街下穿。根据设计和相关资料，在右线隧道里程YDK4+099-YDK4+166.877,长67.8m的范围(位于福民路与石厦街交汇处的北侧，石厦街下方)。石厦街西侧的天虹商场地下室围护结构锚索侵入右线隧道（图1-1、1-2），如果不采取措施处理，在盾构掘进该段时将严重影响盾构机的正常掘进，从而增大隧道安全隐患。原设计方案为从石厦站南端沿着隧道右线采用矿山法施工，将侵入隧道的锚索一一割除。

天虹商场地下室修筑期间采用水泥搅拌桩加工字钢作为围护结构，支撑采用槽钢腰梁和竖向间距3m，水平间距2m，长度为25m的2根7束直径15mm锚索。锚索自由段长8米，锚固段长17米。

天虹商场、锚索与隧道关系和锚索侵入隧道情况见附图1-1和图1-2所示。

图1-2 锚索工作坑及隧道断面图

原设计从石厦站南端沿着隧道右线采用矿山法施工，将侵入隧道的锚索一一割除的方案，因为工期较长，成本较高，安全隐患较大，故将此方案改为沿石厦北大街西侧，距离天虹商场地下室东侧外边线1m以外的范围，沿锚索上方施做一排竖井及暗挖隧道，再采用拔除锚索的方法将锚索拔除。

二 试拔锚索方案分析及改进

在竖井施工完成后，采用不同的三种施工工艺对锚索进行现场拔除试验，观察施工效果并确定相关施工参数，为最终确定合理的施工方案提供可靠的参考依据。

(一)张拉法

竖井施工完成后，将锚索周围的竖井混凝土护壁凿除，在锚索左右两侧各放置一块30mm*60cm*60cm钢板，再将YCW150B千斤顶顶置在钢板上，采用张拉法将锚索直接拔除。

1试拔效果

钢绞线拉的极限强度为200KN，张拉法拔除的拉力不能大于该极限强度的75%。现场采用张拉法对3根锚索的拔除过程中，千斤顶施加的张力分别为140KN、130KN、140KN，均未能将锚索拔除。

千斤顶拔除现场

2结果分析

由于锚固长度较长（17m），直接利用张力将锚索拔除的施工方法的难度与危险性都很大：1）锚索施工过程中灌注锚固砂浆时，难免会出现局部部位钢绞线与砂浆分离的情况，该部位的锚索由于长期暴露在土层中，一定程度受到腐蚀，钢绞线拉强度也受到一定程度的影响，该处便成为整段锚索比较脆弱的部位。如果千斤顶施加的张拉过大，锚索可能在该脆弱部位发生断裂，一方面将会这对现场施工人员将会产生很大危险，另一方面残留土体中的锚索将会给后期盾构施工带来一定的困难；2）施加过大的张拉力时，千斤顶通过钢板传递给竖井护壁的压力同样很大，这给整个竖井的基坑安全带来很大的威胁。因此单独采用千斤顶张拉法将锚索拔除的方案是不合适的。

（二）刚性套管跟管钻进套取法

锚索拉拔破坏可能发生在砂浆与钻孔周围岩体的接触面上，也可能发生在锚索钢绞线与砂浆的接触面上。前者接触面的强度主要指砂浆与钻孔周围岩体的粘结强度（设为a），后者主要指钢绞线与砂浆的粘结强度（设为b）。在给锚索施加张力后，同等情况下，承受拉拔力小的接触面首先发生破坏。这个拉拔力T取决于a和b中的最小值。如果能够很大程度的降低a和b其中的一个，即我们需要拔除的力T将大大的减小，这时在利用张拉法就能很容易的将锚索拔除。

因此，我们在第二次试拔中采用YGL-100型多功能钻机跟管钻进套取锚索的方法。加工特制的三翼钻头，钻头外径15cm，钻孔套管直径约为14.5cm。钻进角度尽量与原锚索一致，并使锚索位于套管的中央。

刚性套管跟管钻进拔除现场

由于使用的是刚性套管，在第二次试拔中，由于套管与锚索角度存在偏差，跟管钻进至10m处时钻头便将锚索绞断。

被钻头绞断的锚索

（三）柔性套管跟管钻进套取法

通过对刚性套管跟管钻进试拔锚索的方法分析获得一下的经验：1）锚索普遍采用麻花钻施工，角度控制的精度相对较低,并且锚索受地层及重力因素的影响，一般会呈抛物线型态下垂，所以，采用刚性套管直接跟进的方法在钻进过程中很容易因为套管与锚索之间存在角度偏差而将钢绞线切断，导致锚索残留在土体中无法清除；2) 三翼钻头由于钻齿较大，容易将钢绞丝（锚索）绞散，从而将其一束束的绞断； 3)钻头直径过小，留给跟进的套筒沿钢绞线角度的调节空间较小，容易因为角度偏差而切断锚索。

针对以上柔性套管跟管钻进套取法的缺点进行改进，在第三次试拔中我们采用了柔性套管跟管钻进套取锚索，成功的将锚索一一的彻底拔除。

三 柔性套管跟管钻进套取锚索施工方法

柔性套管跟管钻进套取锚索处理工艺整个流程为：

机械设备加工→钻机就位→调整钻进角度→安装套管及钻头→开钻→加接套管→调整角度→继续钻进→直至到位→抽拔套管、钻头→再拔除锚索钻芯。

（一）机械设备的准备

1 柔性套管: 锚索打设设计角度为25°，在具体施工时，它的角度是变化的，由于受地层及重力因素的影响，一般会呈抛物线型态下垂，加之采用麻花钻施工，精度相对较低，所以，直接钻进很容易将钢绞线切断。为使套管顺着锚索的轨迹钻进，不切割钢绞线，我们采用每节1m的万向节套管，它能包裹锚索，顺锚索的弯度而钻进。这样就使钢套管有了柔性，能保护锚索不被切断，沿锚索一直钻到锚索锚固头，破坏锚固头后，再将其拔除。

图3-1 万向节套管示意图

2 钻头的加工：针对前面对柔性套管跟管钻进套取法的缺点分析中的我们重新特制一个直径17cm的波浪型小牙钻头。一方面波浪形小牙钻头因为钻齿边缘为波浪型，比较圆滑，钻齿起伏也较小，不易绞散并切断钢绞线。另一方面，钻头直径17cm比直径14.5cm的套筒大2.5cm，在套管跟进过程中有足够大的空间进行调节方向，使套筒始终保持与锚索一直的方向。

图3-2￠17cm的波浪型小牙钻头

3 钻机：与前面刚性套管跟管钻进套取法一样主钻机采用YGL-100型履带式多功能工程钻机。根据竖井的宽度，另外加工一个1.25×2.4m的辅钻机在井下操作，辅钻机尾端带有角度调节装置便于安装时针对锚索的实际角度进行调节。

YGL-100型多功能钻机 辅钻机加工

YGL-100型多功能钻机主要技术参数：

1）钻孔深度： 60~150m；

2）钻孔直径：ø130~250mm；

3）动力头输出转速（正反）：40/80rpm；

4）动力头最大输出扭矩：6000N.m；

5）动力头最大起拔力：55kN；

6）动力头最大给进力：40kN；

7）动力配置：电动机37kw或柴油机75kw。

（二）安装钻机

工作坑完成后,利用汽车吊将履带式钻机吊入基坑内,进行安装,钻机倾斜度根据被切割锚索倾斜度确定，锚索的设计角度为25°，但钻头及套管的角度以现场锚索的实际角度为主。由于以前的锚索普遍采用麻花钻施工，精度相对较低，为了避免因为钻头及套管与锚索角度偏差过大而使钻头过多的磨损或者切割锚索，导致锚索残留在土体中未能得到彻底清除，而影响后期盾构施工。所以开钻之前角度调整是必不可少的一个步骤。

（三）钻进、跟管及拔除

辅钻机安装及角度调整完成后,将锚索穿入带有钻头的第一节套管内,直至锚头。

备好泥浆，开动钻机，采用取芯式钻进，利用钻机将套管分节沿锚索钻入锚固段，边钻进边按锚索走向调整钻机角度，直至完全破坏锚索与土层之间的粘结，在降低锚索抗拔力的情况下，用钻机拔除锚索。每拔出一节（1m），将包裹在锚索上的水泥凿除，切断一节，再拔再切，直至全部拔除。

跟管钻进施工现场 拔除锚索锚头

（四）孔洞充填

在锚索彻底拔除后，采用注入砂浆的方法对钻孔进行充填。

结语

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。由于地铁规划较晚,沿线高大建筑物众多。特别在沿海地区，地质情况较为复杂，锚索施工的运用比较频繁，这很大程度对地铁的盾构隧道的施工带来不便。而一般锚索的施工工艺，精度相对较低时，采取一般拔除方法可能造成锚索断裂，残留在土体中无法清除。跟管钻进套取锚索法作为一种拔除预应力锚索的新技术、新工艺，不但能够拔除侵入盾构隧道内的预应力锚索，而且与其他方式相比具有施工成本较低、能缩短施工准备周期，同时也大大地降低了施工风险。

随着套管跟进技术的不断发展和完善，本工法在各地区城市地铁施工及相关施工中必将得到越来越多的应用，具有广阔的市场前景。