深基坑支护常采用“围护桩+预应力锚索”支护形式,锚索对原基坑外地下空间形成障碍。传统拔除锚索的方法有:(1)解除锚索锁定后施加预应力使其锚固力失效拔出 ^[1],因无法掌控锚固力失效临界点,难以保证有效拔除;(2)人工开挖竖井后分段切断锚索 ^[2],需较大工作面,使用易受限;(3)盾构开仓切索法 ^[3],需改造盾构机,处理时间长。采用深基坑预应力锚索套钻拔除施工技术安全可靠,具备良好的经济及社会效益。

　　 深圳市轨道交通16号线富润乐庭小区基坑锚索拔除项目位于深圳市坪山街道东纵站东北角(见图1)。锚索侵入东纵站—新屋站左线区间,影响长度98m,锚索长23m,间距1.8m,采用3×75钢绞线制作,原成孔直径150mm,锚固体设计强度为25MPa(见图2)。盾构掘进因锚索无法穿越,需在施工前拔除。

　　 基坑外侧东纵路为主干道,车流量大。道路两侧分布给水、电力、污水、雨水等管线。

　　 锚索施工穿越地层包括素填土、粉质黏土、含卵石粗砂层等,水位埋深为1.5～3.2m。

　　 项目于2017年12月开工,现场开动2台锚索拔除轻型钻机,每台机械日拔除锚索数量为3～4根,全部80根锚索拔除于19日内完成。

　　 在可调节角度的作业平台上架设回转器,通过钢套管驱动三重管钻凿护索钻头沿锚索锚固体角度方向套钻施工 ^[4],有效完成钻进护壁、锚固体破碎、护索等,最终将锚索拔除(见图3)。主要解决以下2个方面技术工艺。

　　 为解决锚索的角度不同,采用可调节角度的锚索拔除轻型钻机作业平台技术(见图4),主要是通过钻机作业平台上水平、竖直方向各4个手拉葫芦的调整可达到任意角度调节的目的,形成套钻角度调节系统。

　　 1)主架体主架体由钢管立柱及槽钢横梁焊接组成,可分成前、后门架。门架上部加设吊耳以安装角度调节装置。前、后门架通过钢管连接加固形成稳固的立体结构。

　　 2)钻机作业平台在前、后门架上设置可移动式支承钢架,钢管两端焊接管夹,钢管两端头上部焊接吊耳。前、后门架上设置的可移动式支承钢架形成钻机作业平台。

　　 3)角度调节系统设置手拉葫芦角度调节系统以实现作业平台角度调节功能,满足多向调整及定位。

　　 通过三重管钻凿护索钻头实现锚固体钻凿破碎、钻进全套筒护壁、钢绞线约束保护、钢套筒拔除。钻头为独立的短节,分为三重结构(见图5)。

　　 1)内层结构为内嵌式金刚石球齿合金钻头,顶端平台镶嵌金刚石球齿。此内层结构的作用为:(1)钻凿破碎锚固体,使锚固体与锚索完全脱离;(2)内空穿心孔及孔直径的大小设置可引导钢绞线朝钻头中部归拢,约束破碎段的锚索,避免在套钻的过程中钢绞线发散、缠绕,便于钢套管跟进钻入。

　　 2)中间层结构为常规使用的电镀金刚石合金钻凿钻头,本层钻头外径可等同于套管外径,本层钻头为内、外层切削钻齿的补充,用于增加锚固体钻凿截面,具备强大的硬质岩体研磨切削能力,可充分切削锚固体。该部分也作为连接杆于尾端设置70mm长的外螺纹丝扣可与钢套管形成连接。

　　 3)外层结构为外套式合金钻头,本部分钻齿适用性强,可用于切削软中硬各种土体、锚固体 ^[5]。该部分钻头外径171mm大于套管外径146mm,避免钻进过程中的护壁全套管抱管,便于后期顺利拔除并能形成泥浆循环通道。

　　 深基坑预应力锚索套钻拔除施工工艺流程如图6所示。

　　 了解锚索的设计、施工情况及地层信息等,进行技术、安全交底,并建立信息化监测系统。

　　 1)主架体前、后门架均由2根114钢管立柱、1根[20B下横梁及1根48.3钢管上横梁刚性焊接组成口字形,前、后门架距离D=2.5m。前、后门架采用48.3钢管加固连接,形成稳固的主架体。

　　 2)可移动式支承钢架平台主要采用114钢管制成,上部焊接[10形成支承平面,在前、后可移动式支承钢架上架设滑道式液压回转器后形成锚索拔除专用钻机。

　　 3)通过调节后门架的竖向手拉葫芦调节前、后侧支承钢架高度,实现竖向高度的调节。通过调节横向手拉葫芦定位滑道式液压回转架体的位置,实现横向调节(见图7)。

　　 4)三重管钻凿护索钻头的内层结构采用长500mm、外径110mm、内径60mm、壁厚50mm的高强度钢制成,顶端平台镶嵌8～12个金刚石球齿,内穿心孔内孔直径60mm(见图8a)。中间层结构采用长500mm、外径146mm、内径126mm、壁厚20mm的高强度钢制成,顶部电镀金刚石钻齿,间隔布置出水槽,直径与设计的锚索直径相同或稍大20mm左右(见图8b)。外层结构采用长20mm、外径171mm、内径150mm的高强度钢制成,顶部镶嵌复合片金刚石钻齿,间隔形成出水槽(见图8c)。3层结构通过焊接形成三重管钻凿护索钻头,组合体钻头壁厚91mm,实现钻进、破碎锚固体、约束锚索钢绞线、护壁、套管拔除等作用(见图9)。

　　 5)钢套管外径146mm、壁厚10mm。

　　 6)起拔环外径≤50mm,钢绞线布置于起拔环的弯心中部并搭接焊连接,搭接长度≥35d(d为拉环钢筋直径)。

　　 1)施工平台高度宜为拟拔除锚索孔口位置以下0.5～1.0m。

　　 2)施工面与锚索标高高差过大时需采用48.3×3.6满堂脚手架搭设平台,顶铺建筑木模板。按2.0kN/m²的施工均布荷载计算脚手架承载力,单跨宽度l_a=1.2m,按4跨考虑,平台宽度为4.8m,占地面积小,对主体结构的施工影响小。

　　 1)调整钻机的套钻角度及对中孔位。

　　 2)通过手拉葫芦调整可移动式支承钢架及回转架的位置,将拟拔除锚索套入三重管钻凿护索钻头中。

　　 3)架体前部顶承于基坑侧壁,后部与钻机的架体连接,保证钻机架体整体稳定。

　　 1)开动泥浆循环,启动钻机钢套管跟进套钻,从锚索尾端加长跟进的钢套管直至钻凿至锚索端头。

　　 2)施工前进行试钻,观察施工平台、作业平台、泥浆循环系统、机械钻凿的压力反馈等参数。

　　 3)为彻底切断拟拔除锚索与周边岩土体的黏结力,宜超钻锚索端头0.5m左右。

　　 4)钻进完成后采用钻机起拔锚索,起拔后回填空洞,进入下一锚索拔除的施工循环。

　　 钢套管跟进套钻至超钻锚索端头0.5m左右后,在钢套管中起拔废弃锚索。采用拉钩一端勾住预留的起拔环,一端勾住回转器,启动回转器向后行程,拉出锚索。

　　 经套钻锚索拔出后,原锚索部位形成空洞,在钢套管内注水泥净(砂)浆填充空洞,直到孔口溢浆 ^[6]。

　　 第1次回填完毕后,旋转拔出钢套管,防止破坏孔壁及避免孔内产生负压导致垮孔。

　　 拔出钢套管后填料下沉,再进行第2次空洞填充。采用10镀锌钢管分节连接伸入孔内,到达孔底后进行注浆,直到孔口溢浆。

　　 空洞回填完毕后,采用水泥砂浆封闭孔口。

　　 1)拔除成功率高采用三重管钻凿护索钻头,利用钢绞线本身刚性引导套钻方向,扩大的外侧刀具在切削锚固体的同时内侧不切削钢绞线,能全断面破碎锚固体并钻至锚头远端处,确保锚索拔除的完整性及成功率。

　　 2)角度灵活、多向调节通过钻机主架体、钻机作业平台上设置水平、竖直方向的各4个调节手动葫芦可进行任意角度调节。

　　 3)窄小空间可作业采用可调节角度的钻凿钻机自重小,占地面积小,满足狭小作业空间;不占用基坑外的场地,对外部环境基本无影响。

　　 4)施工工效高本技术为传统套管跟进施工锚索的逆向施工,易培训熟练工人,适于多工作面同时作业,可根据进度计划增加设备的数量及作业时间,加快拔除进度。

　　 5)施工安全可靠采用本技术拔除锚索,避免废弃锚索带预应力弹射伤人,也避免竖井作业中存在的危险源。

　　 6)综合成本低锚索拔除后可降低后期施工成本,同时本技术施工无须增加过多施工措施及投入,经济成本及工期成本效益高。

　　 通过多项锚索拔除的实践证明,本技术在处理工效、成本控制、安全保证等方面都突显出巨大的优越性,为解决同类项目存在的拔除率低、安全隐患高、作业占用面积大、工期长、管理难度大、成本高等问题提供了一种创新、实用的工艺技术,取得了显著的社会效益。

　　 以深圳市轨道交通16号线东纵站—新屋站区间富润乐庭小区基坑锚索拔除项目为例,采用深基坑预应力锚索套钻拔除施工技术,比传统人工开挖竖井后分段切断锚索拔除技术缩短工期20d,缩短50%;费用节约20万元,节省成本17.5%;对周边交通及环境无影响。

　　 采用深基坑预应力锚索套钻拔除施工技术,通过搭设可调节角度的简易钻机作业平台,采用专用锚索钻机带套管驱动三重管钻凿护索钻头破碎锚固体、约束废旧锚索,沿锚索设计角度进行套钻施工,套凿至锚固端后将锚索拔出,经注浆回填后拔出跟进的全套管并封闭孔口。经过数个锚索拔除项目的实践,形成了施工新技术,取得显著的社会效益和经济效益,实现了质量保证、经济便捷、安全可靠的目标。