地下连续墙槽孔内地下既有锚索快速切割技术

李国保，孙国亮

(中国水电基础局有限公司)

1 工程概况

深圳地铁7号线福民站位于福民路与金田路交叉口的东侧，与既有4号线福民车站呈T字形换乘连通，为地下三层三跨双柱岛式结构，车站全长204.58m，宽21.8～25.5m，深24.64～27.84m，平均覆土3.6m，采用盖挖逆筑法施工，基坑围护结构采用1000mm厚地下连续墙。

2 锚索侵入概况

福民站两侧建筑物密集，紧邻福民佳园、知本大厦、时代星居、皇福裕苑等多栋高层建筑，是全线距周边建筑最近的车站。

依据福民站主体围护结构设计施工图及福民佳园围护结构竣工资料，福民佳园地下室围护结构为桩锚形式，在里程DK18+260.105～DK18+314.095m之间约54m段分布两层锚索，共51根穿过本车站围护地连墙施工部位，地连墙施工时有77处需要切除处理，详见图1和图2。

实际施工过程中，发现皇福裕苑的围护结构也采用了桩锚工艺，有两排锚索侵入本车站内，在车站地连墙位置的埋深分别约为3m和6m，锚索间距2.5m左右，上下排均为梅花形布置，共有74束，每束包括3根锚索、1根锚管、2根PVC管，倾角为15°～20°。

3 锚索切割专用设备及方法选择

2012年7月31日，中国水电基础局有限公司深圳项目部召开深圳地铁地连墙施工技术讨论会对锚索快速切割技术进行了初步的研究，并成立了课题攻关小组。课题攻关小组通过充分的市场调研和技术讨论，提出了绳锯机、无齿锯和液压剪3套泥浆下既有锚索快速切割的方案；通过技术经济可行性的对比分析和论证，最终确定选择绳锯机泥浆下既有锚索快速切割方案进行研发。

图1 既有锚索侵入地铁车站基坑剖面图

图2 既有锚索侵入地铁车站基坑平面图

2012年8月，基础局深圳项目部完成了绳锯机泥浆下既有锚索快速切割方案的初步设计，并委托北京发研工程技术有限公司完成了配套设备的设计；随后召开专题技术讨论会，认可了该方案的可行性，并委托北京探矿工程研究所进行配套设备的加工。

2012年9月完成了首套泥浆下既有锚索快速切割配套设备的加工和组装，并在北京市房山区良乡北京探矿工程研究所大院内成功进行了锚索切割地面试验。

2013年4月29日，绳锯机泥浆下既有锚索快速切割技术通过了深圳市专家组的评审，获得了较高的评价。

4 锚索切割专用设备简介

4.1 锚索切割专用设备组成

锚索切割专用设备主要由地面控制系统和水下切割系统组成。

地面控制系统主要由切割主驱动设备、主驱动设备液压控制系统和夹具液压控制系统组成；能够方便地在地面进行驱动和控制操作。水下切割系统主要由夹具系统、切割系统、导向系统和钢结构机架及钢性固定连接件等组成；能够利用设备的自重和导向系统，在一定范围内自动定位锚索并进行切断处理。

4.2 锚索切割专用设备的工作原理

锚索切割专用设备是在引进的金钢石绳锯切割技术的基础上，根据本工程的工况要求，运用反切、人字形导向和切点分离原理研发形成的泥浆下既有锚索快速切割配套设备，它有效地解决了泥浆下穿绳、泥浆下定位和不同倾角锚索的切割问题（图3）。

图3 锚索切割专用设备的工作原理示意图

切割作业时先将绳锯穿在水下切割系统上，与钢结构机架一起下设到槽内；通过导向板两套分体式钢结构机架可自动适应需要切除锚索的位置，将锚索导入夹具系统内，夹紧锚索的切点位置后固定到导墙上；连接地面驱动系统后即可进行切割作业。

5 专用设备切割锚索地面模拟试验

5.1 试验方法及设备材料

采用脚手架搭设6m高的操作平台，脚手架上端的平台模拟地面，下端模拟连续墙槽内空间；通过试验模拟地下5m深处既有锚索的专用设备切割效果。试验时，将钢结构机架置于脚手架内部的地面上，导入锚索束，并启动夹具系统夹紧锚索束；在脚手架上部的平台安装主驱动轮，套上金刚石锯绳，装好定向轮并固定绳锯。连接好液压驱动马达和控制系统，驱动绳锯转动切断锚索束。试验投入DSM-10A型金刚石绳锯机、钢结构支架（高2m×长1m×宽0.5m）各一台，特制金刚石锯绳15m。

5.2 模拟试验操作程序

锚索切割地面模拟试验操作程序如下，试验流程见图4，地面模拟试验场景见图5。

图4 锚索切割试验流程图

（1）探测锚索的位置，测定坑底深度。

（2）根据锚索的位置及坑底深度，调节设备支架长度及滑动装置初始位置，同时将金刚石绳索穿入设备套筒及地下导轮组中。

（3）准确安放设备，当导向板遇到锚索后，把锚索导入夹具下方中心位置。

（4）当设备的平面、高度位置确定后，连接液压系统，液压驱动夹具下移，将锚索夹紧抱死，同时滑动装置内的锁死装置启动，将滑动装置与设备骨架固定。

（5）支架系统固定后，安设金刚石绳锯机等驱动设备。

（6）启动绳锯机，切割锚索，记录各项参数。

5.3 模拟试验结论

（1）锚索夹具系统的可靠性和稳定性满足施工需要，能起到切割时夹紧锚索的作用。

（2）金刚石锯绳的切割能力可高速切断锚索束，每束锚索的切断时间仅为20～30min，满足施工要求。

图5 专用设备切割锚索地面模拟试验场景图

（3）模拟试验证明切割效果良好，锚索切割专用设备在技术上是可行的。

6 本工程锚索处理方法比较

（1）人工割除法。福民站地下连续墙施工中，对于埋深小于3m的既有锚杆、锚索主要采用人工方法割除；即先用抓斗干抓锚索上部土体，适当支护导墙及孔壁并抽干槽内积水，然后下人快速清理和切割锚索；切割方法一般为气割。人工方法割除槽内锚索必须在确保安全的情况下进行。

（2）抓斗拔除法。在抓斗成槽施工中，对于锚固力较小的既有锚杆、锚索可用抓斗夹紧后直接拔除，或拔除一端后用氧气乙炔炬切割。该方法方便快捷，但存在因破坏孔壁而造成塌孔和因孔内剩余锚索过长而缠绕斗体的风险，不宜轻易采用。如NW43号槽孔在用抓斗拔除锚索后致使槽壁松散，在后续成槽施工过程中发生了塌孔事故。

（3）冲击钻机冲砸法。NW38号槽内存在两排锚索侵入，孔内深度分别为3m和6m左右，每束（孔）包括3根锚索、1根锚管、2根PVC管，倾角为15°～20°。因锚索切割专用设备还未进场，施工时采用冲击钻机进行了冲砸处理。在用重锺反复冲砸锚索的过程中，不断地填入较坚硬的石块，冲断锚索后再恢复正常钻进。该方法的效率较低，一般需要经过8h以上才能将锚索冲断；而且留置于槽内的锚索断头长度不可预知，后续施工中存在缠绕斗体和钻头的风险。

（4）锚索切割专用设备处理锚索。

1）施工方法。根据有关资料用抓斗探测到锚索的大致位置后，用吊锤或磁铁等探明锚索的准确位置；将锚索切割专用设备的水下切割系统下入槽内，用夹具锁定锚索并固定好设备；安装地面主驱动轮和连接控制系统，启动设备进行泥浆下锚索切割；切割完成后将水下切割系统连同切掉的钢绞线一同提出地面。

2）锚索切割施工完成情况。2013年7月12日在SW14号槽孔正式开始使用锚索切割专用设备处理既有锚索，根据工程的进展情况，主要对埋深较大的侵入锚索进行处理，埋深较小的一般采用人工切割法处理。至2013年11月1日，用专用设备共完成14个槽段的锚索切割，切除锚索28束。被切除锚索的埋深一般为10m，最大12m，最小3.5m。

3）工效分析。采用锚索切割专用设备切割锚索，每束锚索的处理时间需要3.5～6h，平均单束锚索切割时间为4.3h；其中大部分是准备工作时间，主要是设备下设和定位用时较长，正常切割时间一般不超过20min。

7 与其他地下锚索处理方法的对比

目前国内类似工程地下锚索的处理方法主要有人工挖孔法和跟管钻进拔取法。

（1）人工挖孔切割法：即采用人工挖孔桩的施工方法垂直向下逐层至挖孔至锚索上部，挖孔过程中逐层用钢筋混凝土护壁，直至锚索四周一定范围内的土体全部清除，然后将裸露的锚索用切割机切除。挖孔过程如有较多积水时，须边挖孔边排水。

（2）跟管钻进拔取法：先在锚头位置开挖设备坑，安装跟管钻机；然后从锚头开始顺着锚索方向跟管钻进至锚索末端，解除锚固力，再从孔口拔除锚索。每拔出一节，将包裹在锚索上的水泥敲掉，切断一节，直至全部拔除。

本工程所采用的地下既有锚索切割技术，与上述人工挖孔切割法和跟管钻进拔取法相比各有利弊，详见表1。

表1 几种地下锚索处理技术的对比表

续表

8 锚索切割专用设备的应用效果及存在的问题

8.1 应用效果

本工程采用锚索切割专用设备进行地下既有锚索处理取得了以下主要效果：

（1）既有锚索处理彻底，不留后患，对槽壁稳定性和后续施工的影响较少。

（2）适用的深度和锚索结构形式范围较大，能满足一般地下连续墙施工要求。

（3）操作简单，工效较高，正常情况下切除1束锚索只需要3～6h，施工进度快。

（4）处理费用较低，处理每束锚索的费用约为4000元，对施工成本的影响较小。

（5）锚索切割作业全部在地面进行，安全隐患小，施工噪音小，能夜间作业。

8.2 存在的问题

锚索切割专用设备作为一种新技术，在初次应用中仍呈现出不成熟的一面，下列问题有待进一步改进：

（1）导向定位操作的难度相对较大，辅助作业时间过长；可考虑增加智能传感导向定位系统作为后续改进的方向。

（2）钢结构机架的下设、连接及固定较繁琐。建议机架的设计进一步扁平化；并考虑挂附于抓斗下方，由抓斗配合作业的可能性。

（3）当锚索的埋深较大时，绳锯较长；在这种情况下，对驱动力和导向轮的坚固度要求较高，且切割过程中绳锯容易松动跳槽。今后应重点研究水下驱动模式，即将主驱动系统与绳锯一起置于水下，这样既可缩短锯绳，又可避免绳锯转动时将泥浆带出地面。

（4）绳锯机的导向系统对作业条件有一定的要求，在既有锚索底部需挖空30cm以上，两侧需挖空60cm以上；为满足处理锚索的要求往往需要调整槽段的长度，增加了成槽施工的难度；需要对反切的角度和切割目标进一步改进。可考虑将切点两侧的导向轮设计成可伸缩的活动式结构；也可采用能同时切除地层的钻进式切割系统。

（5）当槽孔内沉淀物较多时，绳锯高速运转时携带的泥沙容易卡死导向轮。可考虑从以下两方面进行改进：①用高硬度材料在导向轮前设置滤渣口；②尽量缩短切点两侧绳锯裸行的路径，减少绳锯与沉渣的接触。

9 结语

（1）本工程的槽孔内既有锚索处理实践证明，根据金刚石绳锯机切割技术研发的锚索切割专用设备在技术上是先进的，在经济上是合理的，基本上能满足此类地连墙施工的需要。

（2）随着我国城市建设的快速发展，大量的地下连续墙在施工中难免遇到既有锚索等地下障碍物；为保证施工的顺利进行，迫切需要研发、应用先进的锚索快速切割技术。

（3）新研发的锚索切割专用设备在本工程中的应用取得了良好的经济技术效果，同时也存在一些不足之处；相信经过不断地改进之后一定会具有更加广阔的推广应用前景。