支护锚杆在地铁明挖车站施工中的应用.doc

锚索及自进式锚杆在地铁明挖车站施工中的应用广州轨道交通建设监理有限公司青岛市地铁一期工程（3号线）04标监理部2023年9月28日锚索及自进式锚杆在地铁明挖车站施工中的应用建筑行业的迅速发展，建筑工程所面对的周边工程环境越来越复杂，新技术、新工艺、新材料的应用越来越多。对于沿海地区来说，地下水位高，地质条件复杂，深基坑支护中经常会用到锚杆或锚索支护，但在地下水位高的松散砂地层施工时，经常存在涌水、涌砂、塌孔等问题，导致成孔困难，甚至引起周边地层下陷，严重危害基坑周边其他设施（如道路、建筑物等）的安全。因此深基坑支护采用锚杆或锚索支护要结合现场的实际情况来拟定。青岛地铁M3号线双山站设立在青岛市四方区，位于黑龙江路与合肥路的交叉路口，黑龙江路西侧，沿黑龙江路东北西南走向，车站附近无高大构、建筑物。双山站起点里程为13489.796，终点里程为13740.796，车站总长度为251，有效站台宽度10m，有效站台长度120m。涉及车站主体结构、4个出入口 （其中2号出入口与万科规划社区接通，3号出入口预留）、2个消防专用通道、2个风井及风道。车站主体结构采用明挖法施工，支护结构采用三种形式，分别为：钻孔灌注桩+钢管内支撑体系，钻孔灌注桩+锚索体系，吊脚桩。车站出入口结构除4号出入口部分采用暗挖法施工外，其余部分均采用明挖法施工。基础底板埋深15.82m17.46m，车站顶板覆土南深北浅，最深处4.10，最浅处2.52。工程地质 双山站范围地层重要为第四系（）松散土层和燕山期侵入花岗岩和白垩系青山群。站址范围第四系上部土层为第层人工填土、冲洪积层，第、层粉质粘土、含砂粘性土（砂砾），下伏基岩为燕山期花岗岩，强风化带风化深度较大，中、微风化岩面埋藏深度为4.8028.80。水文地质 双山站址内第四系土层较发育，局部地段分布有第粗砾砂、含砂粘性土（砾砂），富水性较好；岩石强风化带，富水性较差，地下水不丰富。地勘预计本基坑开挖后天天的涌水量为1013.72立方天，应做好基坑的止水工作，并采用有效的排水措施。本工程青岛地铁M3号线双山站基坑支护分别应用了锚杆支护和锚索支护。一、自进式锚杆工艺特点注浆钻进锚杆是一种将钻进，注浆，锚固功能合而为一的锚杆，可以保证在复杂地层（软岩，土层，断裂带等）条件下的锚固效果，具有可靠，高效，简便的特点。(1)钻杆及锚杆合而为一，在风化岩，碎岩层，回填区，砂，粘土，园卵石层等不需套管护壁，即能形成锚孔，保证锚固与注浆效果。操作简便，快捷省时，节省25%工作量，减少工程成本。(2)高效能的注浆，充填裂隙，固结岩体和土层，控制地下水，具有良好的注浆扩散半径及可靠的锚固质量。(3)连续的螺纹使迈式注浆钻进锚杆可任意切割，连接，适合在狭窄的工作场地施工。同时，连续的螺纹使迈式注浆钻进锚杆比光滑的钢管具有更强的粘结阻力。据实验结果所得，粘结阻力高出光滑钢管23倍。本文仅就用潜孔钻机施工自进式锚杆作简介，当采用手持气腿式风钻的施工方法与使用潜孔钻大体相同，两者区别在于手持气腿式风钻合用于4m以内的自进式锚杆。 1. 施工方法1.1 施工准备用人工或机械将要施工的场地平整好，以便潜孔钻能行驶、进出及操作。一般要修一条潜孔钻机行驶便道，便道规定宽3m左右，坡度控制在30%，而施工场地需4m5m。根据需要搭设工作平台或搭设脚手架，以便操作。将各种风管和水管接好，保持各种管路畅通，空压机司机和注浆手及潜孔钻司机到位，空压机、潜孔钻机、注浆泵、灰浆搅拌机试机无端障，备好各种料具。 在施工前，应进行技术、质量和安全交底，交底要有记录，并有交底人和接受交底人签字，监理进行检查。1.2锚杆的安装 （1）使用前，应检查钻头、钻杆是否通气，如有堵塞应解决通畅后方可使用。 （2）连接钻头和锚杆、凿岩机和钎尾、钻机连接套和钎尾、锚杆和钻机连接套等。 （3）锚杆对准设计的锚孔位置，凿岩机应先给风或水，然后钻进，在破碎岩中钻进时，钻头的水孔易堵塞，因此在钻进时，应放慢钻进速度，多回转，少冲击，注意水从钻孔中流出的状况，若有水孔堵塞的现象，应后撤锚杆500mm左右，并反复扫孔，使水孔畅通，然后慢慢推动，直到设计深度。 （4）钻进至设计深度，应用水或空气洗孔，检查钻头上的孔是否畅通，然后将锚杆从钻机连接套上卸下，锚杆按设计规定外露。 （5）用钢管将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口100mm左右作为封孔进行注浆，如注浆压力较大或围岩较为破碎，也可采用锚固剂封孔。 1.3锚杆的注浆 （1）检查注浆泵及其配件是否齐备和正常，水泥浆或水泥砂浆的水灰比或粒径、湿度等是否符合设计规定。 （2）用水或空气检查锚孔是否畅通，调节水流量计使砂浆水灰比至设计值为止，从泵出口出来的砂浆，必须要均匀，不能有断续不均现象。 （3）迅速将锚杆和注浆管及泵用快速接头连接好，开动泵注浆，整个过程应连续灌注，不断顿，必须一次完毕，观测浆液从止浆塞边沿流出或压力表达成设计值，即可停泵。若注浆过程中，出现堵管现象，应及时清理锚杆、注浆软管和泵，此时若泵的压力表显示有压，应反转电机1-2秒卸压，方可卸下各接头，电机反转时间必须短暂。 （4）当完毕一根锚杆的注浆后，应迅速卸下注浆软管与锚杆的接头，清洗并安装至另一根锚杆，然后注浆，若停泵时间较长，在对下根锚杆注浆前应放掉前段不均匀的灰浆，以避免堵孔。在整个注浆过程中，操作人员应密切配合，动作迅速，保证注浆过程的连续性。 （5）在浆液终凝之前，不得敲击、碰撞或施加任何其它荷载。施工单位应做好作业班组技术交底；注浆时监理人员现场进行旁站监理。 1.4结束工作当钻孔和注浆完毕后，一方面撤走各类机械设备；拆除类脚手架；再进行场地清理。2. 施工工艺流程3. 劳动力组织及进度指标3.1 劳动力组织每班需配备空压机司机1人，电工1人，管道工2人，灰浆搅拌机司机1人，注浆泵操作司机1人，潜孔钻司机1人，配合钻孔3人，灰浆搅拌机配合3人，安垫板、螺母1人，配合注浆泵1人，其他配合人员4人，带班员1人。每班劳动力20人，三班共计需劳动力60人。3.2 进度指标：视地质情况而定，一般软岩层每小时钻孔20米，注浆速率2023 l/h。日进度可钻孔160米，注浆160米。4. 机械设备配置需配置空压机1台（12m3/h），通风管若干（80mm），灰浆搅拌机和注浆泵各1台（或与锚杆配套的迈式泵M400型1台）。5. 质量控制要点5.1 种管路要顺直，保证送风的通畅。5.2 根据岩层情况和本地气温拟定锚杆钻进的角度和方向及长度，浆液的配合比（如掺水玻璃、速凝剂），钻头的形式（十字钻头或一字钻头）。5.3钻孔时一定要将锚杆外露10cm，便于安装拱形垫板和球形螺母以增大锚杆抗拔力和粘结力，以使锚杆更好地发挥锚固作用，外露长度切不可过长或过短。 5.4无论是加固地表治理坍滑和地基加固，还是隧道初期支护或超前支护，一般锚杆间距为1m，呈梅花形布置或间距增大。5.5 注浆时灰砂比参考值：1：01：1，水灰比参考值：0.45：10.5：1，注浆限度根据注浆饱满且压力达成设计值，注意注浆质量。一般情况下浆液扩散半径为0.6m0.7m，注浆压力可控制在10Mpa。5.6安装止浆塞时，应将其安装在锚孔内离孔口25cm处，特殊情况如注浆压力较大或围岩太破碎，也可用锚固剂封孔。5.7 场地尽量平整好，施工便道控制好坡度，保证潜孔钻安全行驶。一般最佳是潜孔钻倒退着施工，否则将已锚固的锚杆破坏。5.8根据地质情况选钻头，岩石：柱齿钻头，十字形钻头，松散土及软土：十字形钻头，松散土、粘性土：锥形钻头。而钻头与锚杆直径的配套使用关系为，R25IV：X42、R32IV：X51，R38IV：X76，锚固区直径为（1.52.5）倍钻头直径。6. 安全及环保措施6.1 安全及措施：钻机行驶的道路一定要能保证钻机的安全。无论是钻头，还是连接套、纤尾套、注浆接头都应使用润滑剂。自行加工的纤尾套一定要注意其刚度和强度，否则容易发生脆断。要经常检查各种风管路是否完好，特别是高压软管，一旦破裂，容易伤害事故。6.2机械安全：注意各种机械的启动和开、关风顺序，建议专机专人，应当选用操作纯熟的人员操作机械设备，以免导致不必要的机械和人身伤害事故。6.3环保及措施：钻孔和注浆时由于尘土太大，所有施工人员都必须戴专用防尘口罩；钻孔和注浆时，一定注意不要污染周边环境，切不可将剩余水泥浆任意倾倒，以免导致环境污染。作业面要定期进行洒水，减少空气中粉尘含量，当使用手持气腿式风钻施工时，尽量采用湿钻，而不采用干钻。二、锚索施工的工艺特点 施工准备及原材料锚索采用1860级s15.2钢绞线制作，锚具采用OV153型或符合其技术规定的1类锚具。自由段钢绞线除锈后涂船底漆两遍，然后外套PVC套管,套管应具有足够的厚度、柔性和抗老化性能，两端20cm范围内黄油充填，外绕扎工程胶布。锚固段灌浆采用二次注浆法,一次注浆采用灰砂比1:11:2、水灰比0.380.45的水泥砂浆,水泥用42.5号普通硅酸盐水泥,必要时可加一定量的早强剂,浆体28天强度不小于30MPa。所使用的材料“产品合格证、产品性能检测报告、材料进场检查报告”必须齐全。监理检查所有质量证明文献和实验报告；在施工前，应进行技术、质量和安全交底，交底要有记录，并有交底人和接受交底人签字，监理检查。施工工艺 1、施工流程锚索施工流程如下图：预应力锚索施工流程：锚索成孔 锚索安装 锚索注浆 锚索张拉 锚索锁定 锚头保护锚索制作2钻孔 采用潜孔机钻孔，用经纬仪按线路方向放出基线，然后用方向架放出锚索方向角，以测角仪调整倾角至下倾150，将钻机准拟定位，采用无水干钻方法钻孔，钻孔过程中及时测斜，及时纠偏，并做好钻孔记录，钻孔孔径为130，钻孔深度不得小于设计孔深，实际成孔深度要较设计孔深0.5m左右，以便保证设计孔深。 3、预应力锚索制作安装锚索施工前按设计说明分两级个做3 孔锚索拉拔实验，检查岩体与砂浆间的极限抗剪强度，以验证锚索锚固长度。实验孔的位置应能反映工程普遍性，且避免与正式工作孔互相干扰，实验锚固段应选在最不利位置。 4、锚索下料 锚索采用15.2 钢绞线，施工时一方面对钢绞索进行调直，然后根据锚索长度L=L1+1.2m（L1 为终孔长度）截取钢绞线。钢绞线切割必须采用切割机进行，不准用电焊或气焊切割，以免损伤钢绞线。 5、锚索制作 对除锈、除油污的钢绞线进行严格质量检查，合乎规定后按设计量出锚固段和张拉段长度，做好标记进行编组；在锚固段上每米设立一个隔离对中支架，对中支架应保证其所在位置处锚索体的注浆覆盖层厚度10mm，对中支架表面基本平滑，避免损伤钢绞线；在软弱地层中，为避免对中支架陷入孔壁，增长支架与孔壁接触面，两个对中支架中间用铁丝扎紧；对张拉段锚索表面均匀涂刷黄油作为防锈剂，在用沥青麻筋严密包裹，装入500mm 的PVC 套管内，两头用沥青棉纱堵塞并用胶带封闭；最后在锚头上安装导向帽。 6、锚索体安装锚索用人工制作场抬至工作平台；安装锚索前再次认真核对锚索编号与孔位编号是否一致，确认无误后，再以高压风清孔一次；人工缓慢将锚索插入孔内，锚索一定要顺直，不得左右摆动及扭转，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度（必须保证锚索锚固段长度）。为避免锚索入孔后注浆管无法查入孔底，须将注浆管绑在锚索张拉段PVC 管上，从锚固段隔离对中支架钢管内穿过，管口距离孔底约3050cm，故注浆管应随锚索同时入孔安装。 7、锚索注浆 一般设计采用的浆液为M30 水泥砂浆，注浆采用跟管孔底反浆法。注浆管位于孔底3050cm 处，用灰浆泵将砂浆注入孔底，注浆压力控制在0.20.35Mpa 之间。注浆量用砂浆位置指示器控制，实际注浆量一般要大于理论注浆量，现场以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出为停止注浆标准。因地质松散孔隙较多，如一次注浆不满或注浆后产生沉降，要适时补充注浆，直至注满为止。注浆完毕后应及时清洗灰浆泵、高压注浆管，防止砂浆凝固，以免下次使用时堵管。施工单位应做好作业班组技术交底；监理人员现场进行旁站监理。 8、外锚墩制作用130mm、长300mm 的薄壁钢管插入孔口内，钢管用人字型钢筋进行固定，且要使钢管轴线与锚索孔轴线重合，孔外部分与锚墩混凝土顶面平齐，并预留注浆孔和排气孔。定位钢管与钢垫板正交焊接后，绑扎锚墩钢筋、立模，然后浇筑C35 混凝土。浇筑前注意不要堵塞预留的二次补注浆所用进浆管和出浆管。浇注时锚索必须与锚墩顶面垂直，垫板的平面与锚索的轴线垂直，以保证施加张拉力方向的对的。 9、锚索张拉及锁定 锚索张拉前，需对张拉设备进行严格标定。张拉采用整体超张拉，分两次逐级张拉，即按设计张力的70%及110%进行张拉。张拉后持荷稳定30min，第一次张拉后35 天再进行下一次补张拉，以便补偿锚索的松弛和地层的徐变引起的预应力损失，最后锁定至设计张力。施工单位应做好作业班组技术交底；注浆时监理人员现场进行旁站监理。 10、封锚 补充张拉后立即进行封孔注浆，注浆后从锚具量起，留出长30mm 钢绞线，其余部分截去，然后按照设计尺寸，用砼对锚头进行封锚。待坡面整治完毕并清理后即可对锚头刷漆并在其上喷涂锚索编号。 通过本工程我们得出结论：在易成孔的粘土层，宜采用锚索施工；在不易成孔容易导致坍孔的砂卵石层，宜采用自进式锚杆施工。在没有特殊情况的规定下，明挖车站维护结构应当尽量避免采用该工法，因素在于：该工法工序繁多；人为的因素多，难以控制施工质量；施工连续时间长，延误工期。 广州轨道交通建设监理有限公司 青岛市地铁一期工程（3号线）04标监理部 时为民 2023年9月28日