可回收锚索工艺在地铁施工中的应用

摘要：随着城市地下工程的日益增多，可回收锚索作为一项新型技术正在逐渐地应用于支护工程中。本文通过可回收锚索成功应用于深圳市地铁福田站的工程实例，详细介绍了可回收锚索施工中的相关技术要求和注意事项。从长远来看，可回收锚索施工将会大大节约企业成本，而且回收后不会对周边环境造成影响，为社会节约能源和创造效益。

关键词：地下工程 可回收锚索新型技术节约能源

1工程概况

1.1 工程环境及背景

福田枢纽地铁车站位于整个综合枢纽工程西北位置，是地铁2、3和11号线的换乘体，车站设置于深南大道、民田路与益田路之间，车站北侧高交会馆旧址规划为深圳福田CBD金融聚集区，车站南侧为中心区布局最为密集、开发强度最高的高级办公商务区。如果在车站围护结构中采用不可回收锚索，必会对附近建筑物及将来周边地区商业开发产生不利影响，所以车站北端围护结构设计中采用了“可回收锚索+地下连续墙/冲孔桩”支护形式。

1.2 工程地质及水文条件

1.2.1 工程地质条件

福田站3号线车站范围上覆地层从上到下主要为：素填土；粉（细）砂；粉质粘土；砂(砾)质粘土；全风化花岗岩；强风化花岗岩[1]。

1.2.2 水文地质条件

(1)车站范围地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水：

第四系孔隙潜水主要赋存于沿线残积砂(砾)质粘土层中。地下水埋深1.0～7.7m，残积层透水性和富水性都较弱。主要由大气降水补给。水量较贫乏，水质易被污染。

(2)水化学特征：

车站范围内地表水不发育，取地下水作水质分析，水质对混凝土结构、钢筋混凝土中的钢筋、钢结构均具弱中等蚀性，地下水对混凝土结构侵蚀等级为H1。

2工程特点

进入3号线福田站施工场地时，西侧临近的深交所基坑已进入结构施工阶段，其基坑边距离福田站围护结构外边线只有5米，考虑到施工中产生的侧压力对深交所基坑稳定性会造成极大影响，将3号线福田站北端东侧和北端头围护结构设计由800mm厚地下连续墙改为φ1200钻孔桩围护结构，深交所基坑底面以下采用钢支撑，基坑底面以上采用预应力锚索支撑。2、11号线与3号线节点处，采用锚索和钢支撑混合支护形式。除3号线北端部分及端头井部分和2、11号线与3号线节点处采用锚索和钢支撑混合支护形式以外，3号线福田站其它部位均采用钢支撑支护[2]。

车站北段设置5道锚索，与地铁2号线车站节点处设置2道锚索，锚索的布置和设计轴力及总长见图1。

图1福田站锚索施工图

3可回收锚索施工工艺

3.1 施工流程

①钻孔：开挖到锚索中心设计标高下0.5m时停止开挖，使用XY-1型地质钻机或300型钻机。采用回转冲击式钻进，并保持平稳，其钻杆与锚索倾角方向一致，并控制在同一轴线上，用罗盘校准倾角设计值后，方可钻进，施工锚索钻孔直径168mm，钻孔角度15°。终孔后，进行孔径、孔深及倾角检查，无误后方可进行下道工序施工[3]。

②清孔：采用了泥浆循环清孔或采用了压缩空气进行清孔。

③锚索用钢绞线下料并顺直后，每隔2米设置一个定位架，定位架采用Ф50钢管简易制作，周圈设置定位块，使锚索体处于钻孔中心位置，不同束钢绞线间相互张开无粘连，以保证锚索的抗拔效果。在锚索的自由段与锚固段之间设置止浆环，并留设两根排气管，其端头延伸到止浆环两侧，分别供锚固段及张拉段灌浆时用。灌浆管由定位架中心穿过，管端距孔底约10cm。锚索体由钢绞线及其附件变组完毕后，在锚固段端头设置导向块，保证顺利下锚。

④注入防漏填充剂：防漏填充剂是按特定的配合比及混合方法制作的。注入防漏填充剂到塑料管面为止。（如果用水泥浆进行洗孔的话，先注入填充剂，后插入锚杆体。）

⑤置换注入（注入水泥浆）：如果孔内有地下水的话，将会导致水泥浆的强度不足，因此必须用水泥浆把地下水置换出来。灌浆用管插入到孔底直到水泥浆上升到地面为止。将注浆管往外拉出300mm，在孔口进行封堵后准备进行注浆。一次注浆材料为灰砂比1：0.7~1：1（重量比）、水灰比为0.38~0.45的水泥砂浆，注浆压力0.5～1Mpa注浆体强度30MPa，二次高压灌浆采用水灰比为0.45~0.5的纯水泥浆，并掺加补偿收缩微膨胀剂，搅拌均匀并过筛，随拌随用，在初凝前用完，注浆压力2～3Mpa，一般在一次灌浆后4小时后进行。

⑥向上提升钻杆管。

⑦注浆直至孔口，并补浆3~5次，直至浆液面不再下降为止。水泥浆的规格：采用早强水泥，水灰比（c/w）=0.5，流动值22分2秒，单轴抗压强度σc= 40Mpa。

3.2 养护、安装承压板及锚固传力装置

水泥浆的试块抗压强度达到规定值后，才可以进行张拉。张拉的方法与常规锚杆的方法一致，只是中心的钢绞线不能加力，处于自由状态。通过适应性试验及确认试验，确认锚索的弹性延伸量、塑性延伸量、松弛是否满足所规定的性能要求，并且同时考虑夹片的松弛导致张拉力的减少的影响因素，根据所要求的有效张拉力进行张拉、锚固。

①张拉、锚固：锚固状况良好的情况下，才能对其它的锚杆进行张拉，预应力张拉共分5级进行，见表1。

表1分级张拉表

②张拉的方法：单纯加载，到达所定荷重后，进行锚固[4]。

a当锚固体强度达到设计强度的70%后进行张拉。张拉前对张拉设备进行检查标定。

b张拉前进行试拔检验，试拔最大拉力为设计轴向拉力的1.1倍。按拉力的10%逐级加荷，卸荷时按轴向拉力的1/5逐级卸荷。

c张拉至设计拉力的1.0~1.1倍时，持荷10min~15 min，观察其变化趋于稳定时卸荷至锁定荷载进行锁定。锁定后，如有明显的应力损失，应进行补偿张拉。张拉完毕，用砂浆封锚。

③锚固荷重：设计锚固力的100％。

3.3 锚索回收方法

待顶板混凝土强度达到设计强度的80%时，拆除锚头，逐层施工剩余侧墙。施作顶板防水层。回填顶板以上覆土，恢复交通。深交所主体结构顶板施工完成形成对围护结构有利支撑后，采用从下到上依次回收五道锚索，并浇注西侧墙混凝土[5]。锚索回收施工程序如下：

①装上支架、20t的JCE穿心式油压千斤顶、回收夹具及夹片等，中心处回收关键锚索不安装夹片。

②完成安装后开启千斤顶加载，使锚头有松动及约有2～3mm的浮起，然后卸载。

③在支架上安装锚头夹片的回收垫片，重复步骤①后开启千斤顶加载，使锚头处的夹片脱落，千斤顶卸载，取走锚头，中心处回收关键锚索须安装夹片，同时须进行锚头夹片防止飞出的防护工作。

④将支架取走，安装千斤顶及对中心关键回收锚索安装夹具及夹片，启动千斤顶加载，将中心关键锚索拔出。

⑤中心关键锚索拔出后，安装千斤顶及对周边对称的2根锚索安装夹具及夹片，将其拔出。

⑥重复步骤⑤，直至将所有锚索拔出。

⑦对拔出的锚索进行详细检查，如可再利用的则须妥善保管，便于下次施工中使用。

图2锚索回收设备及安装图

4可回收锚索施工要点和保证措施

4.1 施工要点

可回收锚索在施工中能否按预期目标顺利完成，其主要技术要点有以下几个方面：

⑴在锚索施工中，须注意钻孔后的孔洞清洗，确保孔内不留有泥浆，尤其是在软土层中的施工。

⑵回填注浆施工是关键工序，水泥浆液绝不能漏入锚索保护套内，否则会造成锚索固结，影响锚索的顺利回收。

⑶锚索施工后必须采取严格的保护措施，否则会影响锚索的回收及其重复利用。

⑷根据锚索设计使用的束数，其锚头垫块、锚头、回收夹具与穿心式油压千斤顶必须相互配套。

⑸锚索夹片在设计上须考虑回收时的拔出施工要求，即在端部须留有凹槽及回收使用的锁件。

4.2 施工保证措施

⑴锚索施工按《土层锚杆设计与施工规范CECS22：90》[6]进行。

⑵成孔采用泥浆护壁成孔，不得使用膨润土循环泥浆护壁。

⑶锚索采用4束或5束，每束7根15.24钢绞线，钢绞线强度标准值为1720N/mm，成孔直径为168mm。

⑷注浆材料选用M30的水泥砂浆，并加入早强剂，注浆体强度不小于20Mpa，一次性注浆压力为0.5～1Mpa。并采用二次注浆，注浆材料选用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，注浆压力为2～3Mpa，要稳压2分钟，灌浆量至少为0.5包/m。

⑸钢绞线锚固段架线环与紧箍环每隔1m间隔设置，紧箍环系16号铅丝绕制，不少于两圈，自由段每隔2m设置一道架线环，以保证钢绞线顺直。

⑹待砂浆体及压顶梁混凝土达到设计强度的70%后方可进行锚索张拉。

⑺锚索锁定前先张拉至设计预应力的1.1倍，保持15min，然后卸荷至零，再重新张拉至锁定荷载进行锁定作业。锚索张拉荷载分级及观测时间应遵守规范进行。

⑻锚索锚头位置安装测力计，对锚索应力进行监测，监测数量为不小于锚索总数的5%，且不少于5根。

⑼锚索预加轴力分别为：150KN、150KN、150KN、200KN、200KN。

4.3 锚索张拉回收安全注意事项

一般情况下，锚索张拉过程是安全的。但不排除因多种因素，导致预应力钢绞线断丝断股或夹片破裂等情况，为防止钢绞线回抽伤人和夹片破碎后碎片伤人，施工中应规范操作，做好劳动保护工作：

⑴施工前进行安全技术交底，施工中明确分工，统一指挥。

⑵各种机械机具机况良好，勤维修、勤保养。

⑶作好安全检查工作，遵守有关安全操作规程。

⑷机械、电器设备专人操作。

⑸高空作业应设安全防护设施。

⑹风动钻机管路连接应牢靠，避免脱开出伤人。

⑺注浆管路应畅通，不得堵塞，避免浆液喷甩出伤人。

⑻张拉机具各部件尤其是高压油管连接点应牢靠，以避免突然断裂喷出伤人，张拉过程中不得碰撞千斤顶及千斤顶前不得站人，以防钢铰线断裂锚具飞出伤人。

5 结论

可回收锚索作为一项新型技术已经开始应用于城市地铁建设中，通过专业技术回收后，回收后的锚索仍可以继续使用2～3次，从长远方向来看，将会大大节约企业成本；而且可回收锚索经过技术回收后，不会造成地下空间的污染，避免对周边环境及后续工程开展造成影响，仅本地铁工程项目便为社会节约经济效益高达数千万元。

参考文献：

[1] 深圳市地铁三号线福田站岩土详细勘察报告[R].2008.

[2]项春.预应力锚索在地铁明挖支撑体系中的应用[J].铁道建筑月刊,2007年,7期,起止页码:29-31.

[3]尤春安.预应力锚索锚固段的应力分布规律及分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24（6）:925-929.

[4]范宇洁.预应力锚索锚固体的破坏机理和极限承载力研究[J].岩石力学与工程学报,2005，24

（15）:2765-2769.

[5] GB/T 5224-2003预应力混凝土用钢绞线[S].

[6] CECS22:90土层锚杆设计与施工规范[S].

作者简介：

李辉：生于1981年9月，男，工程师，项目常务副经理兼总工程师。