地铁车站施工中桩锚支护体系的应用

地铁车站施工中桩锚支护体系的应用

谭林荃 

中铁第六勘察设计院集团有限公司  天津  300000

摘要：在地铁工程建设中，基坑是地铁车站的基础。地铁车站明挖基坑桩锚支护体系为保证地铁工程质量和安全有其广泛的适用性。因此，文章以某城市地铁站为例，就桩锚体系与桩撑体系进行比选，在锚索体系设计、基坑变形计算、预应力锚索施工等内容进行研究，提升地铁工程的质量和水平，最终实现良好应用效益和价值。

关键词：地铁车站；桩锚支护体系；锚索施工

引言

地铁作为轨道交通的一环，在城市公共交通中扮演着重要的角色。地铁铺轨施工时通常结合周边临时用地条件，选取某车站作为铺轨基地，在车站顶板、中板预留轨排井，以便铺轨作业。地铁车站通常位于城区中心地带，场地周边道路交错、市政管线排布密集，车站周边经常临近不同的建筑物及构筑物，受周边控制性因素的制约，车站基坑不方便采用放坡开挖施工。桩锚支护体系即钻孔灌注桩联合预应力锚索共同承担水平土压力，该支护体系水平刚度大，周边地层变形控制严格，适用于狭窄的场地，同时基坑未设置内支撑，为铺轨作业预留了操作空间，是铺轨基地的很好选择。

1.桩锚支护体系的特点及工作原理

1.1桩锚支撑体系的特点

桩锚支撑体系是以岩石锚杆理论为基础，在土层中逐渐应用并深入发展起来的一种支护形式。桩锚支护体系的特点是安全性高，经济效益好，特别是在基坑开挖过程中，土方开挖与桩锚支护体系空间上相互独立互不干扰,对于缩短工期十分有效，对于工期要求严格以及施工场地复杂的工程有着较高的适用性。

1.2桩锚支撑体系的工作原理

桩锚支撑体系主要由一系列排桩和锚索组成，其中排桩为挡土体系，锚索为支撑体系。排桩通常采用钻孔灌注桩，锚索的一端固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与钻孔灌注桩相连。锚索由自由段与锚固段组成，自由段受力通过锚索传递给锚固段，锚固段利用锚固体与周围地层间的摩擦力将拉力传递到周围地层中。

2．工程实例

2.1工程概况

某车站为地下两层岛式车站，标准段为单柱双跨结构。站台宽11m，车站长210m，标准段宽19.7m,车站底板埋深17.55m，车站覆土4.00m，采用明挖法施工。车站共设2座风道，4个出入口。1号风道设在车站主体结构小里程端的东侧，2号风道设在车站主体结构大里程端的东侧。本站作为铺轨基地，在车站中段左、右线上方分别设置轨排井，轨排井长30m，宽8.5m。

2.2工程地质与水文条件

车站场地属于冲洪积平原区，地形较为平坦，线路两侧既有建（构）筑物和道路密集。根据地勘资料车站所处地层主要为第四系全新统人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层。地层主要为杂填土①1层、素填土①2层、黄土状粉质黏土③1层、粉土③2层、粉细砂④1层、中粗砂⑤1层、卵石土⑥1层。车站所处地层中地下水类型主要为第四系孔隙水，含水层主要为中粗砂⑤1层、卵石土⑥1层。

2.3支护体系设计

支护体系选型受车站所处场地工程地质复杂程度、水文发育程度、周边建筑物远近程度、交通道路繁重程度等方便的影响和制约，选择的支护体系首先要保证基坑施工安全，同时还要考虑施工的便捷程度以及工程的经济性，综合考虑各方面因素，有针对性地比选出最合适本工程的支护体系。

本站场地地貌类型为冲洪积倾斜平原区，开挖范围内主要杂填土、黄土状粉质粘土、粉细砂、粉质粘土、细砂。无地下水主，地质条件较好，支护结构推荐采用钻孔灌注桩。钻孔灌注桩采用Φ800mm，间距1200mm，桩长约22m，桩顶设置1000mm×800mm钢筋混凝土冠梁。

本站兼做铺轨基地，车站中段设置30m长的轨排井。轨排井常用的支护体系有钻孔灌注桩+锚索支护、钻孔灌注桩+内支撑支护2种。本站钻孔灌注桩+锚索的支护方案，基坑深17.7m，宽21.1m，拟竖向设置5道锚索，长度约20-30m。轨排井的主体结构形式、尺寸与标准段相同，仅在顶板、中板预留30m长的轨排井孔洞，铺轨阶段的水平土压力主要由桩锚支护结构承担。本站钻孔灌注桩+内支撑的支护形式，基坑深17.7m，宽23.5m，拟竖向设置3道钢支撑。轨排井在顶板、中板预留30m长的孔洞，结构侧墙较标准段外扩1.8m，主要利用外扩范围设置环框梁及密布的扶壁柱等主体结构，承担铺轨阶段的水平土压力。桩锚与桩撑两种支护体系技术均比较成熟，考虑车站距离周边建筑物较远，推荐采用钻孔灌注桩+锚索支护体系。

本车站采用一桩一锚的形式，竖向设置五排锚索。第一排锚索，位于地面下2.4m，设计轴力标准值165KN，预加轴力标准165KN，采用Φ200mm钻孔，锚索长21.5m，其中自由段长7.0m，锚固段长14.5m，采用3Φ15.3钢绞线。第二排锚索，距离第一排锚索3.5m，设计轴力标准值278KN，预加轴力标准220KN，采用φ200mm钻孔，锚索长21.5m，其中自由段长9.0m，锚固段长12.5m，采用4Φ15.3钢绞线。第三排锚索，距离第二排锚索3.0m，设计轴力标准值474KN，预加轴力标准330KN，采用φ200mm钻孔，锚索长27.0m，其中自由段长7.5m，锚固段长19.5m，采用5Φ15.3钢绞线。第四排锚索，距离第三排锚索3.0m，设计轴力标准值536KN，预加轴力标准330KN，采用φ200mm钻孔，锚索长26.0m，其中自由段长6.0m，锚固段长20.0m，采用5Φ15.3钢绞线。第五排锚索，距离第四排锚索3.0m，设计轴力标准值370KN，预加轴力标准220KN，采用φ200mm钻孔，锚索长19.0m，其中自由段长5.0m，锚固段长14.0m，采用4Φ15.3钢绞线。

采用理正深基坑支护结构设计软件进行计算，基坑整体稳定性系数Ks=1.486＞1.35，基坑抗倾覆安全系数Ks=1.494＞1.25，坑底抗隆起安全系数Ks=3.73＞1.80，地表沉降值为25mm＜0.15%H=26.6mm，基坑围护结构水平位移为20.29mm＜30mm。计算结果显示，采用桩锚体系很好的控制了基坑周边地层的变形，同时支护体系自身的变形、稳定性控制良好。

2.4预应力锚索施工

（1）钻孔：钻孔前，定出孔位并作出标记，向钻孔中安放锚索前，将孔内土屑清洗干净。如遇易塌孔地层，钻孔可采用套管跟进。

（2）组装：宜选用低松弛预应力钢铰线制作锚索，根据软件计算结果采用多根Φ15.2钢铰线绑扎成捆。钢绞线分为自由段与锚固段，分别设置架线环与箍筋环来保证正锚索顺直。锚固段每隔1米设置一道架线环，两个架线环之间设置一道箍筋环，自由段每隔2米设置一道架线环。自由段钢绞线采用双层防腐设计，先在钢绞线表面涂抹防腐材料，然后在钢绞线外侧缠绕塑料布，再在塑料布外侧涂抹防腐剂，形成双层防腐。

（3）安放：注浆管的制作应采用钢花管，用黑胶布将花眼粘牢，同时将注浆管管口堵严。钻孔完成后，先将钢绞线与注浆管绑扎在一起，然后缓慢放入钻孔中，

（4）注浆：二次注浆法是锚固段常采用的注浆方法。一次注浆时浆液材质采用水泥砂浆，强度不低于25Mpa，当一次注浆强度不低于5MPa时进行二次注浆。二次注浆时浆液材质采用纯水泥浆。自由段的注浆，注浆材料同锚固段，由于自由段锚索外套了塑料套，因此注浆浆液不能进入自由段钢绞线，保证了自由段锚索的自由伸缩。

（5）张拉锚索：当锚索固结体的强度至少达到18.75MPa后，方可进行锚索的张拉锁定。先按1.4倍锚锁设计轴力标准值进行锚锁预张拉，锚锁张拉应平缓加载，在张拉值下的锚杆位移和压力表压力应保持稳定。锁定时的锚杆拉力应考虑锁定过程的预应力损失量，锁定时的锚杆拉力可取锁定值的1.15倍；

结语

利用锚索代替内支撑是桩锚支撑体系的特点，锚索设置在基坑周边地层内，减少了基坑内支撑的遮挡，为土方开挖及轨排施工提供了便捷的空间；锚索施工机械及设备对不同地质地层有较强的适应性，因此可为各种地形及场地所选用；锚索施工后进行拉拔试验检验锚索拉力，保证基坑安全有足够的可靠性；锚索通过调整预加力，可以有效控制周边地层的变形。

参考文献

[1]徐勇,杨挺,王心联. 桩锚支护体系在大型深基坑工程中的应用[J]. 地下空间与工程学报,2006