盾构法长距离穿越锚索密集区施工技术研究

盾构法长距离穿越锚索密集区施工技术研究

彭微强

广东华隧建设集团股份有限公司  广东广州，510000

摘要：近年来，随着城市化以及城市间互联互通工程的快速推进，盾构法已成为隧道建设的重要施工工艺之一。但从盾构法的应用过程来看，施工人员常会遇到多样化的障碍物，如房屋基础、锚索及锚杆等，不仅会对盾构施工进度的有序推进造成影响，还可能引发严重的安全风险。传统处理受制于地质、地表环境等多种条件制约而难以推进，严重影响工程进度。因此，本文作者依托广州市轨道交通十四号线工程彭边站～嘉禾望岗站盾构区间施工研究了一种可更换双撕裂刀进行锚索处理的创新性施工技术解决这类问题，可为同类隧道盾构施工提供参考和借鉴。

关键词：盾构；锚索处理；双撕裂刀

0引言

目前，我国城际轨道、城市地铁、越江隧道、公路、铁路、引水工程、城市排水、电力通信、供气工程等均处于大规模的规划建设，盾构法施工已成为隧道建设的重要手段之一。然而，应用盾构法施工常会在地下障碍物的影响下，引发安全风险，给隧道工程建设的有序进行带来负面影响。在盾构法施工过程中经常会遇到各种各样的地下障碍物，如房屋基础，锚索、锚杆等，给盾构施工安全、进度造成较大影响。

现如今，对此类问题的处理多通过提前清理锚索的方式进行，但这种方法不仅工作量大，而且存在清理不彻底、影响施工进度等问题。因此，如何有效地处理锚索障碍，已成为盾构法施工亟待解决的问题之一。另外，由于清理地面的方式还会受到地质条件、地表环境以及工期等因素的影响，再加上地面清理的方法手续、工序繁多，需耗费大量人力资源、机械及现场施工场地，且在部分工程中无条件进行地面开展，直接影响工程开展。基于此，作者依托广州市轨道交通十四号线工程彭边站～嘉禾望岗站盾构区间施工创新性研究了一种可更换双撕裂刀进行锚索处理施工技术解决这类问题。

1工程概况

广州市轨道交通十四号线工程彭边站~嘉禾望岗站右线隧道1~173环范围内发现有正在运营的广州市地铁2、3号线工程遗留锚索总计86条，锚索间距为3m，侵入隧道长度为4.77~0.3m，锚索段隧道长度为344m。该段区域隧道埋深为12.1~12.4m，盾构主要于4N-3粉质黏土层的地层中掘进，上覆地层主要为素填土与4N-2黏土层。右线盾构上方为市政道路（启德路）东侧为嘉大广场，主要作为停车场使用。锚索段上覆地层中存在多条市政管线，包括电力、燃气、给水、污水、雨水管。

2盾构长距离穿越锚索密集区施工工艺分析

2.1传统锚索处理方法

在以往的锚索处理过程中，施工人员可用的处理方式相对较多，且这些方法的应用条件、优缺点各不相同，需要技术人员根据现场需求进行合理选择，具体情况可见表1.

表1 各锚索处理方法对比

传统钻孔地面拔除锚索施工需要就拆迁，征借地等问题与多家单位协商，施工场地条件不足，严重影响施工效率与施工进度。因此，迫切需要研究一种可避免地面施工的工序，提高工作效率，保证建设工程进度的盾构长距离创越锚索密集区施工技术。

2.2双撕裂刀掘进法

在盾构施工过程中，对长距离的锚索密集区的清理难度较高，且会受到地表环境、周边管线及工期等多方面的限制。因此，技术人员需在掘进前对刀盘进行换刀，将所有切削刀换成双撕裂刀，双撕裂刀具有棱形面，能锚索挤压至掌子面，随着盾构掘进，不断向上剥离，待千斤顶行程到位时，拼装管片，将锚索隐藏在管片背后，并将切除的锚索通过加入泡沫剂改良后土仓内的渣土排出，具体施工原理见图1。采用双撕裂刀掘进无需对锚索进行处理，掘进时控制好参数，地层稳定性好，其主要优点有：无需占用地面；对锚索进行切除，比起拔除对原基坑影响小；全方位切除侵入锚索；工期短、造价低、风险低。其主要缺点为需要换刀条件。

图1 双撕裂刀掘进法施工原理

3双撕裂刀掘进法施工技术

3.1双撕裂刀工艺设计

双撕裂刀切除锚索的设计特点如下：撕裂刀头采用5mm窄刃口，45°刃角，刃口较窄、偏锋利，便于贯入岩层。撕裂刀头采用双面刃，提高刀刃、刀具整体强度，降低锚索回弹瞬间，直接抽打基体，致使刀具崩刃。撕裂刀主合金加厚加高，采用15*15*60的半镶嵌模式，以提高主合金焊接强度。合金采用高韧性KE20，以降低崩刃几率。合金采用复合焊片焊接（银-铜-银），以提高焊缝强度，优化焊接工艺，严格控制加热速度、冷却速度，保证焊缝强度不低于300MPa。撕裂刀耐磨焊层采用碳化物耐磨焊丝，其焊接附着强度远高于常用高铬焊丝，耐磨性更佳。刀架组件、刀头母材全部采用优质合金钢42CrMo，母材经锻打成型，探伤检测，机加工成型。两侧撑靴U型槽设计，提高与支架的连接强度，采用安装腰孔设计，能满足滚刀刀箱内腔510-560mm，增加广适性。采用合金焊条组焊各部件，以提高支架焊接强度，避免散架。合理配合公差，刀轴与支架间隙配合，刀轴在支架上能自由旋转，便于安装，更加贴合刀座。严控组焊工艺，清理、预热、焊接、保温，各焊缝探伤，保证焊接强度。具体设计见图2，安装位置见图3。

图2 双撕裂刀设计模拟图

图3 双撕裂刀安装位置

3.1施工工序

（1）提出采用双撕裂刀配置方案，正面刀全部换成双撕裂刀，撕裂刀具有棱形面，且轨迹线比原先刀盘高2cm，优先接触侵入锚索。方案通过公司内部专家审查通过后，与生产厂家沟通，进行加工后安装至刀盘。

（2）合理选择掘进模式及设备参数。为提高盾构设备对土体的挤压效果，促进锚索的有序滑动。其中，掘进模式应选择低于切口压力的土压平衡模式，并采用补充气压、泥浆等方式控制掘进过程，使盾构机的推进速度保持在20～25mm/min之间。

（3）将刀盘扭矩控制在1200N·m左右，并设置合理的油压，避免锚索缠绕圈数过多，影响刀盘移动。此过程中，若有扭矩超负荷的现象发生，系统可以自动停机，还能立即反转刀盘。

（4）利用盾构机的螺旋防喷涌功能，改善土体条件。技术人员可向土舱内注入膨润土，提高锚索的润滑度。如采用黏土分散剂，改变土体性质，并提高土体流塑性，促进盾构机推进的有序进行。

（5）将刀盘转速降至最低，并改变旋转方式，防止锚索被缠绕。

（6）对盾构同步注浆充填比例进行调整，并将注浆量控制在6m3/环。其中，浆液的组成主要为粉煤灰、膨润土等材料，且技术人员需在每个工作班开始前对锚索进行一次检查，并做好相应的记录。在掘进过程中，应随时观察盾构机的掘进状态和周围环境的变化，尤其是对锚索的位置和状态进行密切关注。如发现锚索有异常情况，应及时采取相应措施进行处理。

（7）技术人员需在地面提前安装袖阀管，并根据监测情况做好注浆，以加强对地层变化的管控。通过这种方式，地表及管线的稳定得到保障，还能减少地面沉降问题的发生。

4结语

本技术成功运用于广州城市轨道交通十四号线二期工程彭边站-嘉禾望岗站盾构区间。在软土地层采用双撕裂刀清除锚索，掘进过程中参数未见异常，土仓压力稳定在设定值1.2bar±0.2bar，推力、扭矩均无明显波动，掘进速度为30-50mm/min。地面沉降最大值为2.0cm，未见异常。在掘进通过后的312环处进行主动开仓检查，仓内残余锚索较少，证明采用双撕裂刀清除锚索效果较好。传统的旋挖钻孔拔除锚索+掘进衬砌的方法造价13312800元，双撕裂掘进法工程造价12266000元，相较于传统的施工方法节约成本1046800元，经济效益显著。

通过实际工程检验，该技术的应用能够显著提升施工效率，降低工程成本，还能为隧道掘进及衬砌等工作的实施提供便利，促进整个盾构施工的安全进行。随着我国目前正大力推广、发展城市轨道交通，对其施工工期、工程施工风险提出的更高标准。采用盾构长距离穿越锚索密集区施工技术，盾构施工，加快施工工期及满足施工风险的要求，具有非常广阔的应用前景。

参考文献

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