大跨度地铁车站深基坑预应力锚索施工技术

1 大跨度地铁车站深基坑预应力锚索施工技术 尹颂杰 摘要：结合具体工程对预应锚索施工实例，叙述了地铁车站支撑结构预应力锚索的施工方案，详细介绍了预应力锚索的工艺过程，探讨了预应力锚索施工的关键技术与操作要点，提出了相关技术措施，以期为类似工程施工提供技术支持。 关键词：大跨度，砂层，预应力锚索，施工

预应力锚索是在深基坑施工中广泛应用的一种支护形式，在地铁施工常用于结构临时预留较大开孔、车站宽度较大等特殊部位，在支护体系起辅助支撑减小结构变形的作用，较好的弥补了以钢管内支撑支护形式的缺点，同时不占用施工空间，形成无障碍的作业面，是一种有效、实用、简单、合理的支护形式。本文以石家庄市城市轨道交通1号线留村站为例，说明其施工要点和关键技术。

1 工程概况 石家庄市城市轨道交通1号线留村站位于长江大道和天山大街十字路口处，沿长江大道东西向设置，为1号线与远期规划6号线换乘车站（双岛四线同台换乘，1号线位于内侧，6号线位于外侧），1号线与6号线结构同期实施。车站起讫里程为K20+458.450～K20+700.950，车站总长242.5m,标准段宽41.4m，预留远期6号线盾构井段宽44.9m，标准段基坑深17.07m盾构井段深18.8m。车站主体结构采用明挖顺做法施工，结构型式为地下二层四跨箱型框架结构，顶板覆土跨天山大街段约3.43m，其他部位约2.6m，围护结构采用Φ800@1300钻孔灌注桩+4道锚索支护体系，如图1所示。

图1 留村站横剖面图 按地层沉积年代、成因类型，将本工程沿线勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、新近沉积层（Q4al）第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）四大层。本站所在地层主要有杂填土、黄土状粉质粘土③1、粉细砂④1、粉质粘土⑤1、细中砂⑥1、中粗砂⑥1，结构底板所在土层为细中砂⑥1。

2 预应力锚索方案 2

预应力锚索由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆或锚索体）锚固在岩层或坚硬地层中，然后在另一个自由端进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定地层进行锚固，简称锚索。其施工的关键工艺是成孔，成孔的方法主要有冲击钻进法、螺旋钻进法、套管钻进法以及旋喷钻进法。考虑本工程主要为砂层地质的情况，采用套管法钻进结合常规锚固注浆、锚索张拉及封锚进行本站大跨度深基坑锚索支护体系施工。

3 施工工艺 3.1 工艺要点 预应力锚索强度标准值为1860MPa，锚固孔倾角值设定为 15°～20°，钻孔直径200mm。锚索安设完毕，对锚孔及钢绞线验收合格后进行注浆，采用一次注浆及二次高压劈裂注浆，保证锚索牢固锚入地层。待锚固体不宜低于15MPa，并达到设计强度的70%后方能组织张拉，张拉采用分级等荷张拉，每级张拉直至压力表无返回现象，方可进行锁定作业。若预应力损失过大，须进行整体张拉与重新锁定，锚索预加力锁定值为0.7～0.9N。 3.2 工艺流程 预应力锚索主要工艺流程：锚孔测放→钻孔→清孔→锚索制作→锚索安装→注浆→养护→钢腰梁安装→锚索张拉→补张拉及锁定→锚头封闭，如图2所示。

3.3 施工程序 （1）锚孔测放：按设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±50mm。如遇特殊困难场地时，需经设计、监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。 （2）钻孔：准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚索钻孔时不得扰动周围地层，锚杆水平、垂直方向孔距误差不应大于100mm，钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm，钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的2%,锚杆钻孔深度不应小于设计长度，也不宜大于设计长度500mm。成孔后清孔要彻底，并应立即插入锚索灌浆。

土方开挖 测量定位 钻机就位

钻孔 锚索安装 洗孔、注浆 二次注浆 腰梁制作安装 张拉锁定

锚索制作 钢垫板加工 图2预应力锚索施工工艺流程图 3

（3）锚孔清理：钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。 （4）锚孔检验：孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具输送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹孔不存明显飞溅尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。 （5）锚索体制作及安装：锚索自由段钢绞线采用PVC软管套住，保证自由段锚索自由伸缩。锚索选用松弛预应力钢绞线，钢绞线应严格按设计尺寸下斜，每股长度误差不大于50mm，将自由段和锚固段分别作出标记，在锚固段范围内的锚索每隔2m穿一个架线环，两架线环之间扎一道箍筋环，自由端的钢绞线应放入塑料管内并涂上黄油，两端用胶带密封防止注浆液渗入自由端。 （6）锚固注浆：注浆管宜与锚索杆体绑扎在一起，一次注浆管距孔底宜为300～500mm，二次注浆管的出浆孔应进行可灌密封处理。注浆压力0.4～0.6Mpa，水泥浆的水灰比0.45～0.5，水泥标号42.5级，注浆体强度不小于25Mpa。待一次注浆形成的水泥结石体强度达到5MPa后进行二次高压注浆,二次注浆压力为2.5～5.0MPa，进行自由段的注浆，注浆材料同锚固阶段。 （7）钢腰梁制作安装：锚索张拉前，将工字钢腰梁安放在钢支架及锚索自由端（应保证锚索自由端不受力），并将腰梁与桩身紧贴，无法紧贴处，应用C20细石混凝土填充，将钢垫块固定于工字钢腰梁上，并保证钢垫块的上表面与锚索垂直。 （8）锚索张拉及锁定、封锚：张拉锚索采用整体式张拉，当锚固浆体强度大于15MPa后方可进行张拉，锚索张拉前，应对张拉设备进行标定。正式张拉前应取设计值的0.1～0.2倍，预张拉1～2次，使其各部分接触紧密，锚索杆体完全平直，锚索张拉应按50%N、75%N、110%三级进行张拉（N为锚索预加轴力），持荷时间及张拉速率按照表1进行施工，张拉顺序考虑临近锚索的相互影响，对于钢绞线的松弛、地层的徐变等因素造成的预应力损失，在张拉后可进行补张拉，然后锁定。 锚索张拉持荷时间及张拉速率表表1

荷载分级 持荷时间 （min） 加荷速率 （KN/min）

0.2N 2 ≤100 0.5N 5 0.75N 5 1.1N 10 ≤50 注：N表示锚杆轴向预加拉力。 3.4 控制难点 4

（1）砂层锚索施工成孔 本站覆土为约3.3m，埋深17.4m，主要处在砂层中由此锚索施工期间锚索成孔成为施工中难点，根据以往施工经验传统螺旋钻施工工艺适用与黏土底层施工，在全砂层钻孔施工时经常出现塌孔现象，成孔困难，严重者可能造成地面沉降。 传统锚索成孔流程： 锚孔测放→钻孔→清孔→锚索制作→锚索安装→注浆→养护→钢腰梁安装→锚索张拉→补张拉及锁定→锚头封闭。 传统锚索施工工艺钻孔、锚索安装两道工序分开施工，期间存在时间空挡，砂层自身稳定性极差无法保证自身稳定。根据现场实际情况采用MD-135D套管钻机，采用新的钻机锚索施工钻孔同时进行旋喷水泥浆，将砂层进行加固在旋喷的同时将锚索钢绞线安装到位，加固土体同时减少了锚索安装和钻孔两个工序之间的时间，有效的保证了钻孔的稳定性。采用套管旋喷工艺加大了水泥浆用增加了土体强度，同时增加了锚索锚固段的锚固力，锚索抗拉拔能力更强。 （2）注浆控制及张拉控制 注浆和张拉工序是锚索施工重要一环节，注浆控制质量直接影响锚索抗拉拔的能力，决定基坑的稳定性是否可靠。为保证注浆控制需采取以下措施： a.锚索编束时，每根钢绞线或高强钢丝需顺直、不扭不叉、排列均匀，严格依据设计尺寸下料，每股长度误差不大于±50mm。钢绞线要求采用机械切割，严禁采用电弧切割，并经除油和除锈处理合格，对有死弯、机械损伤及锈坑材料应剔除。钢绞线或高强钢丝应按设计要求平直编排，锚固段每2m设置一个隔离支架，并在锚固段两隔离支架之间中部设一道紧箍环，采用16号铁丝绕制，不得少于两圈，保证锚索体保护层厚度不小于20mm。锚索编束（包括注浆管）应捆扎牢固，捆扎材料不宜用镀锌材料。锚索体自由段应按设计要求采用塑料套管，与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用铅丝绑架。同时，要求按设计要求进行防腐处理。若采用压力分散型锚索或其它荷载分散型锚索，应严格按照设计相关要求下料和编制。 b.采用二次补充注浆的锚筋体组装时，应同时装放二次注浆管和止浆密封装置。止浆装置应设在自由段和锚固段的分界处，并具良好可靠的密封性能。宜用密封袋作止浆密封装置，密封袋两端应牢固地绑扎在锚筋体上。当采用高压劈裂注浆提高地层锚固力时，要求以浆体强度控制开始劈注时间（一次浆体强度为5MPa），并注意二次注浆管之锚固段内设花孔和封塞。 c.锚筋体自由段的防腐与隔离应严格按照设计要求施做。 d.注浆管：注浆管需满足设计要求，具有足够强度，保证在注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。一次注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，注浆管头部距锚筋体末端宜为30～50mm。若采用二次注浆，须另置注浆管。二次补充注浆管捆扎在防腐塑料套管外侧，二次高压注浆管与一次注浆管一起捆扎或采用同一管路，管口要求用胶布封堵严实，并按设计要求预留花管孔眼和安放止浆装置。

4 技术措施