2套管跟进套取锚索施工技术总结
跟管钻进法套取锚索（30m）施工技术
科技成果鉴定资料
一、概述
随着城市的发展，受施工场地的限制，盾构施工越来越广泛地采用，成为城市地铁建设的重要施工技术之一。由于过去规划上尚未考虑地铁建设的需要，一些城市经常会遇到地铁沿线周边高层建筑物基坑围护结构的预应力锚索侵入地铁隧道的情况，由于西北地区广泛采用“一桩一锚”的围护支撑受力体系，此问题尤为突出。
北京住总集团有限公司承接的西安市地铁二号线TJSG-13标段北大街站~钟楼站区间洲际广场基坑锚索侵入盾构隧道，影响隧道里程起止于YCK12+966.5～YCK13+106，长度190m。洲际广场锚索与右线隧道的关系见图1和图2所示：
图1 洲际广场第三层1～55号锚索与右线隧道的关系
图2 洲际广场第三层56～93号锚索与右线隧道的关系洲际广场锚固区采用的是竖向三道4?12.5预应力锚索，注M20砂浆，每根长30m，其中自由段5m，锚固段25m，向下倾角15°，如图2-1。水平方向间距1.5m；拉拔力分别为350KN、400KN、450KN。成孔采用螺旋钻，施工过程中有钻杆断裂的情况，部分钻杆没有取出来。东侧孔有扩大直径现象，M20砂浆注入量有的达到设计的2～3倍，甚至5倍的情况都有。
土压平衡盾构机处理类似于锚索这样的长距离、柔韧性好、强度高的障碍物时遇到了难题，目前世界上所有的盾构都不具备长距离切割预应力锚索的能力。盾构机遇到障碍物时，一般采用开仓处理，但是由于洲际广场基坑桩锚间距只有1500mm，总共侵入隧道210孔，每孔4束预应力锚索，几乎每推进一环管片就要开仓处理一次，此处地层条件十分复杂，饱和软黄土和新黄土地层湿陷性沉降很大，地层加固有难度，频繁开仓处理锚索既不经济，风险也大；地面是西安市南北交通主动脉，商业繁华，交通疏解压力太大，没有设置竖井暗挖隧道切除锚索的施工场地条件。
为了解决这一难题，北京住总集团西安地铁二号线13标项目部在西安地铁二号线洲际广场基坑内对侵入地铁隧道的预应力锚索采用了跟管钻进套取锚索的工法。跟管钻进套取锚索法此前在国内尚无使用先例，它是一种以水平定向钻进为基础发展成为拔除预应力锚索的专业技术。跟管钻进套取锚索法顾名思义就是将锚索套进特制圈钻头及特制取芯钻杆（空心钻杆）内，用钻机顺着锚索方向
钻进，以达到破除锚索周围的锚固体,将锚索与土体分离后拔出的方法。
从2007年9月中旬开始实施，2008年4月下旬全部完成洲际广场侵入盾构隧道内的210孔锚索，通过竣工验收确认所有锚索拔除质量合格，达到了设计意图。基坑周边监测显示锚索拔除过程中围护结构变形控制在-5mm以内，很好地保护了洲际广场的结构施工作业安全和周边道路、地下市政管线商铺等环境安全。
采用非开挖的跟管钻进套取锚索法同直接开挖清除锚索法相比有以下优点：（1）不影响地面交通。
（1）产生噪音小，不产生扬尘，不会影响老百姓生活和休息。
（2）全过程不需要降水，减少环境影响，降低造价；
（3）因钻孔直径较小，故对基坑边坡的稳定性影响小，几乎不产生地面沉降，对周边的建（构）筑物影响小。
（4）合金钻头和钻杆的选择和定制是锚索拔除工法的关键步骤之一，采用金刚石钻头设计和合金钢柔性钻杆相结合，增加钻进时的柔韧性。
（5）锚索施工时由于地层变化会产生偏移，注浆锚固体不均匀，钻机钻进角度和速度的调节成为锚索拔除的难点。
（6）采用信息化反馈指导施工，根据监测成果分析基坑稳定状态，适当调节锚索拔除范围和顺序，缩短工期。
（7）钻头和钻杆使用完毕后可进行回收重复使用，降低材料成本。
二、技术方案及要求
采用跟管钻进套取锚索法的技术要点是顺着锚索方向破除锚索周围的锚固体：
首先要求钻头能破除锚固体而不损伤锚索本身。因锚索在地下常常不是直线形态，而且区内锚索在打设时采用的是螺旋钻成孔方式，偏斜严重，使得钻头在破除锚固体时极易损伤锚索本身,从而导致锚索折断或钻具损坏。在施工中试验了多种形式的钻头，最终确定采用喇叭形钻头，钻头的顶端镶上半球形合金。钻头外径为φ140mm和φ150mm两种。图3为各种钻头试样。
图3 各种钻头试样
其次钻杆的形式也关系着工程的成败。施工初期进行了大量的试验，分别采用了φ159mm、φ133 mm、φ108 mm、φ89 mm、φ73 mm等各式取芯钻杆，最后确定采用φ108mm、壁厚5mm地质取芯钻杆。图4为φ108mm钻杆。
图4 φ108mm钻杆
跟管钻进套取锚索施工工艺流程：
三通一平→人员设备进场→铺设"H"钢轨道→设备组装调试→开孔→调试钻
机（方位、倾角）→固定锚索头→钻具组装进孔→冲洗液循环→回次加尺（接线）→孔斜测量→导向钻进→直至锚索根部→拔除锚索→孔内注浆→移至下一锚索位置。
图5 跟管钻进套取锚索施工流程
具体的施工要求如下：
1、开孔。要求在掌子面上沿锚索向里开挖深1米、直径0.5米以上的导洞，大致了解锚索的倾角及方位角。
2、钻机安装到位，对准孔位，并调整钻机使其与已探明的锚索倾角及方位角保持一致。
3、钻机在钻进过程中要保持钻头以一定速度平稳进尺。
4、在钻进过程中，施工人员必须观察进尺及钻机扭矩变化，然后根据实际情况调整钻进角度和方向。仔细观察各种相关现象，确保钻头不在切割锚索。
5、每次接管时都应测量锚索头的位置，如发现锚索缩进，再次钻进前应采取措施将锚索头拉至原位并用穿过钻机轴心经进水口固定在钻机机架后部的φ10mm的圆钢筋拉住锚索，避免锚索受到损伤。
6、钻进深度接近设计深度时，根据钻进时钻头发出的声音及钻进压力判断是否钻至锚索根部。确认钻头钻至锚索根部后才能停钻取锚索。不得强行拉拔锚索。
7、锚索取出后及时用1：1水泥浆将孔内注实。
三、跟管钻进套取锚索施工机械设备
1、HTG-200型水平定向钻机1台。全液压驱动，功率：55KW；顶进/回拖力：250KN；扭矩：9000NM。
2、SE－1型水平导向系统1套。包括探头和监视器，导线连接。可测钻头倾角及钻头斜面的面向角，探头发射的光束可监测左右偏斜。
3、泥浆系统。包括BW－250型泥浆泵1台，搅拌机一台，搅拌箱一个。
4、H－3移动式钻机工作台架1套。
四、施工中出现的问题及解决方法
现场锚固区采用的是竖向三排预应力锚索，水平方向间距为 1.5m，设计单序锚索入射角为10o，双序锚索入射角为18o，锚索长度为30m，其中自由长度为5m，锚固段长度为25 m，钻孔直径为150mm，钻孔灌注M20砂浆。采用四根φ12.5mm、强度等级为1860的钢绞线。三排预应力锚索张拉值分别为300KN、350KN、400KN，其锚索内力锁定值分别为511.7KN、762.7KN、751.25KN，钻孔采用螺旋钻成孔。需要拔除的锚索为第二及第三排锚索，锚索穿越地层为第四系
上更新统黄土层，褐黄色，局部为灰黄色，土质均匀，具虫孔及大孔隙，可塑。在水位附近有软化现象，为湿陷性黄土。
由于锚索的施工过程差异很大使拔除锚索异常困难，针对不同情况采取各主要措施如下：
1、锚索方向变化较大，锚索的初始角度与原设计角度不一致。按原设计锚索的初始角度为10o及18o，实际情况的角度差异很大，且锚索打设的方位也很随意。施工中采用φ159mm或更大直径的钻头先钻3米，特殊时用人工直接挖进3米，彻底判明锚索方向后再相应调整钻机方位和倾角。
2、锚索支架采用的材料不是常用的塑料支架，而是采用了钢支架，而且采用的钢支架直径还不一致。这样钻杆在钻进过程中，支架容易伤及锚索，使锚索在中间被绞断，给施工带来极大的困难。经反复试验，确定了在钻头后部0.8米位置的取芯管中内套φ70mm钢管，（钢管内径50-60mm）的施工方案，其作用是在钻进过程中内套管将钢支架向前推动，防止钢支架进入取芯管中。
3、锚索锚固体存在分段的情况及大段无锚固体的现象。这样钻头容易开出新孔，将锚索打断，也容易产生错误判断。施工中将φ10mm圆钢筋拉住锚索穿过钻机的轴心固定在后部，可以解决此问题，但工效很低。
4、原锚索在打设完并注浆后没有及时做张拉工作，致使个别锚索的四股钢绞线间距较大，钻头难以将其全部套在管内，容易将锚索打断。特别是达到一定深度后再出现此种情况很难判断且难以处理，最终导致挖洞解决。
5、原锚索在打设过程中没有严格按施工技术要求施工，致使钻机钻进时，发现部分锚索孔内出现多余锚索。这种情况下，钻机在钻进过程中多余锚索与主锚索容易缠在一起，进而将锚索打乱打断。另外两根相邻锚索出现交叉的情况，如第三排26号与27号锚索交叉。上述情况也只能挖洞，将被打断的锚索用钢筋焊接连接起来，再行施钻。
6、从基坑边坡断面可以看出，少数护坡桩打偏，出现了两根相邻护坡桩间距过小，最小处仅为10cm，而锚索又在其中间。这样，钻机在钻进过程中，钻杆的活动范围较小，容易发生钻杆断裂的情况。
五、效果分析与总结
西安地铁二号线TJSG-13标段右线隧道通过在建的洲际广场桩锚联合支护
的基坑锚固区。锚索（杆）影响的隧道里程起至于YCK12+935.6～YCK13+125.488，长度190m。锚索共计279根，其中每排93根。需要拔除210根。
洲际广场锚固区采用的是竖向三道4?12.5预应力锚索，注M20砂浆，每根长30m，其中自由段5m，锚固段25m，向下倾角10°~18°，如图2-1。水平方向间距1.5m；拉拔力分别为350KN、400KN、450KN。成孔采用螺旋钻，施工过程中有钻杆断裂的情况，部分钻杆没有取出来。东侧孔有扩大直径现象，M20砂浆注入量有的达到设计的2～3倍，甚至5倍的情况都有。
洲际广场锚索跟管钻进套取锚索工程于2007年9月中旬开始实施，2008年4月下旬全部完成。下图11.2.1-1为洲际广场基坑内跟管钻进套取锚索的照片。经测量，锚索拔除长度25~30m，基本都是完好无损地取出。完全符合设计图纸要求，空孔回填注浆及时、饱满，监测数据显示基坑周边最大沉降-5mm，围护桩水平位移3mm，满足一级基坑规范允许沉降-30mm的要求。
图6 洲际广场基坑内跟管钻进套取锚索施工现场
图7 洲际广场基坑内跟管钻进试验拔除锚索
六、推广应用
跟管钻进套取锚索法作为一种拔除预应力锚索的新技术、新工艺，不但能够拔除侵入盾构隧道内的预应力锚索，而且与其他方式相比具有施工成本较低、能缩短施工准备周期，同时也大大地降低了施工风险。因钻进施工时要求用泥浆冷却钻头并对钻孔护壁，故要求现场布置好泥浆排放系统，否则不利于文明施工。
西北地区锚索普遍采用麻花钻施工，精度相对较低时，采取一般拔除方法可能造成锚索断裂，残留在土体中无法清除。随着套管跟进技术的不断发展和完善，本工法在城市地铁施工及相关施工中必将得到越来越多的应用，具有广阔的市场前景。