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Ｋ13＋489.796，终点里程为Ｋ13＋740.796，车站总长度为251ｍ，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15.82m～17.46m，车站顶板覆土南深北浅，最深处4.10ｍ，最浅处2.52ｍ。
工程地质 双山站范围地层重要为第四系（Ｑ）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①层人工填土、冲洪积层，第⑤、⑦、⑦１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4.80ｍ～28.80ｍ。
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⑤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2—3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4m×5m。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。
　　32  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（≥φ80mm），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：1：0—1：1，水灰比参考值：0.45：1—0.5：1，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0.6m—0.7m，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（1.5～2.5）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Φs15.2钢绞线制作，锚具采用OVＭ15－3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1:1~1:2、水灰比0.38~0.45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φ130，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φ15.2 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Ф500mm 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30～50cm，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30～50cm 处，用灰浆泵将砂浆注入孔底，注浆压力控制在0.2～0.35Mpa 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φ130mm、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3～5 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。

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时为民 2023年9月28日