區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道冷凍施工技術(shù)

【摘 要】通過鄭州地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工工藝，介紹聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工技術(shù)關(guān)鍵控制點，為類似工程提供施工思路。

【關(guān)鍵詞】聯(lián)絡(luò)通道；冷凍法施工

引言

近年來，城市軌道交通迅速發(fā)展，地鐵隧道聯(lián)絡(luò)大多所處城市交通主干道下方，地層土體多為粉質(zhì)粘土、粉土和粉細(xì)沙，且含水豐富、水壓大、滲系數(shù)大，開挖時易引起涌水、涌砂，造成開挖面坍塌、地面建（構(gòu)）筑物沉降等風(fēng)險。為防止風(fēng)險發(fā)生以及不影響城市交通，應(yīng)從聯(lián)絡(luò)通道施工工藝下手，目前冷凍法工藝被廣泛運(yùn)用，以下就冷凍法施工工藝談一些個人體會。

1 概述

冷凍法施工就是在隧道內(nèi)利用近水平管和部分傾斜管凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道外圍土體凍結(jié)，形成強(qiáng)度高、封閉性好的凍土帷幕。然后在凍土中采用礦山法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道及泵站的開挖.

2 工程實例

鄭州地鐵03標(biāo)段，區(qū)間左、右線中心間距15m，區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)主要為粉質(zhì)粘土、粉土和粉細(xì)砂層，地質(zhì)條件較差。含水層主要為第（10）、(11)-1、（12）粉土及第（11）、（13）層粉砂等。本場地靜止水位埋深7.2-10.0m。地下水補(bǔ)給主要為有降水入滲、人工用水、地表水徑側(cè)滲、徑流等補(bǔ)給，地下水的排泄，主要為開采排泄、蒸發(fā)排泄、越流排泄和徑流排泄等形式。

2.1 凍結(jié)孔布置

凍結(jié)孔沿通道四周布置，按上仰、近水平、下俯三種角度布置，聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔的布置均采取從左、右線隧道兩側(cè)打孔方式進(jìn)行。利用水平孔和部分傾斜孔凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道及集水井外圍土體凍結(jié)，形成強(qiáng)度高，封閉性好的凍土帷幕。本工程區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道共布置凍結(jié)孔69個，設(shè)置4個穿透孔。

2.2 測溫孔、缷壓孔布置

聯(lián)絡(luò)通道測溫孔布置8個，冷凍站側(cè)布置2個，對側(cè)布置6個，目的主要是測量凍結(jié)帷幕范圍不同部位的溫度發(fā)展?fàn)顩r，以便綜合采用相應(yīng)控制措施，確保施工的安全。測溫管長度每個2～6m，管前端焊接密封，管內(nèi)不得滲水。

在凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域內(nèi)布置4個卸壓孔，左線、右線各2個。在卸壓孔上安裝壓力表，可以很直觀的監(jiān)測凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力變化情況，通過每日觀測，及時判斷凍結(jié)帷幕的形成，并可直接釋放凍脹壓力。卸壓管長度每個3m；管前端開口，進(jìn)入土體段鉆孔呈梅花狀，以確保凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力有效傳遞。

2.3 凍結(jié)施工

2.3.1 鉆孔施工

鉆孔的施工工序為：定孔位及孔口管安裝→孔口密封裝置安裝→鉆孔→測量。

（1）定孔：開孔前在聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行管片背后二次補(bǔ)注漿，以提高孔口附近土體穩(wěn)定性，然后按照設(shè)計孔口位置放線，孔位布置盡量避開主筋的位置，孔位偏差不大于100mm。

（2）孔口管安裝：開孔選用J-200型金剛石鉆機(jī)，配φ130mm金剛石取芯鉆頭進(jìn)行鉆孔，深度200-250mm，控制不得鉆穿管片。用鋼楔楔斷巖心、取出后，打入加工好的孔口管，并安裝閘閥及孔口密封盤根，每個孔口管要至少有4個固定點固定在管片上。

（3）鉆孔：鉆孔設(shè)備使用MD-50或MD80鉆機(jī)一臺，配用BW250型泥漿泵，鉆具利用φ89×8㎜凍結(jié)管作鉆桿；凍結(jié)管之間采用內(nèi)接絲扣連接，接頭螺紋緊固后再用手工電弧焊焊接，確保其同心度和焊接強(qiáng)度。根據(jù)旁通道施工的孔位，采用由上向下的順序進(jìn)行施工：即先施 工穿透孔，根據(jù)穿透孔的偏差，進(jìn)一步調(diào)整有關(guān)的鉆進(jìn)參數(shù)，再按由上向下的順序施工，這樣可防止因下層凍結(jié)孔的施工引起上部地層擾動，減小鉆孔施工時的事故發(fā)生率。

正常情況下，鉆進(jìn)時安裝簡易鉆頭，如果鉆進(jìn)困難遇到砂層，為防止鉆進(jìn)中返砂，在鉆頭部位安裝一個特制單向閥門，沖水鉆進(jìn)。

（4）測量：鉆孔的偏斜應(yīng)控制在1%以內(nèi)，在確保凍土帷幕厚度的情況下，相鄰終孔間距不得大于1.0m，否則應(yīng)補(bǔ)孔。凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度應(yīng)不小于設(shè)計深度，不大于設(shè)計深度0.2m。

（5）凍結(jié)管：使用φ89×8mm低碳無縫鋼管，凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計深度后沖洗單向閥，并密封凍結(jié)管端部，進(jìn)液管及系統(tǒng)連接管路使用φ48×4鋼管或高壓膠管。單根管材長度以1.0～1.5m為宜。

鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測孔斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時糾偏，下好凍結(jié)管后，進(jìn)行凍結(jié)管長度的復(fù)測，然后再用燈光測斜儀進(jìn)行測斜并繪制鉆孔偏斜圖。凍結(jié)管長度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏，壓力控制在0.8Mpa，穩(wěn)定15分鐘壓力無變化者為試壓合格。

2.3.2 凍結(jié)系統(tǒng)安裝

本工根據(jù)制冷量選用TBS410.1J冷凍機(jī)組兩臺，一臺作為備用。根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境，將凍結(jié)站安裝在區(qū)間隧道內(nèi)，靠近聯(lián)絡(luò)通道的位置，站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機(jī)組、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。

2.3.3 保溫施工

冷凍機(jī)組、鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用保溫板或棉絮保溫，保溫厚度為20mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。

鹽水比重為1.26～1.27，先在鹽水箱內(nèi)充滿清水，溶解氯化鈣，在送入鹽水干管內(nèi)，至至鹽水系統(tǒng)充滿為止，溶解氯化鈣時除去雜質(zhì)。

2.4 凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)

2.4.1 積極凍結(jié)

設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時，要隨時調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。

2.4.2 圍護(hù)凍結(jié)

在積極凍結(jié)過程中，要根據(jù)實測溫度資料判斷凍結(jié)帷幕是否交圈和達(dá)到設(shè)計厚度，同時要監(jiān)測凍結(jié)帷幕與隧道的膠結(jié)情況，測溫判斷凍結(jié)帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計厚度且與隧道完全膠結(jié)后，可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。

維護(hù)凍結(jié)期溫度為不低于-28℃，凍結(jié)時間貫穿聯(lián)絡(luò)通道及泵房開挖和主體結(jié)構(gòu)施工始終。

2.5 冷凍施工監(jiān)測

2.5.1 凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測：了解掌握凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況并判定凍土情況，控制凍結(jié)速度。

2.5.2 凍土帷幕監(jiān)測：分析研究判定土體凍結(jié)交圈狀況，確定開挖時間。

2.5.3 卸壓孔壓力監(jiān)測：監(jiān)測土體凍脹壓力，判定凍土交圈狀況。

2.5.4 隧道變形監(jiān)測：監(jiān)測隧道變形狀況。

2.5.5 聯(lián)絡(luò)通道地表變形監(jiān)測（含建筑物、管線）：監(jiān)測地面及周邊建筑物、地下管線的變形狀況。

2.6 施工各階段技術(shù)措施

2.6.1 凍結(jié)過程中的預(yù)防處置措施

凍結(jié)過程中，隧道受凍土力的作用會發(fā)生隧道橫斷面變形，從而影響隧道的橢圓度。為減少這一變形，在凍結(jié)前隧道內(nèi)安裝預(yù)應(yīng)力隧道支架，即在上下行隧道的聯(lián)絡(luò)通道洞口兩側(cè)安裝兩榀預(yù)應(yīng)力鋼支架，每榀支架有8個支點，均勻地支撐在隧道管片上，施工中可根據(jù)觀測到的隧道變形情況調(diào)整各支點的預(yù)應(yīng)力，以控制隧道變形。

2.6.2 土體開挖過程中的預(yù)防處置措施

隧道管片打開意味著聯(lián)絡(luò)通道土體開挖的開始，故須以凍土墻的厚度、凍土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求為前提。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析判斷凍土墻厚度、凍土墻強(qiáng)度，主要與鹽水溫度、凍土溫度、卸壓孔的監(jiān)測結(jié)果有關(guān)，并輔以以下措施：

（1）在要打開的管片外加設(shè)防護(hù)門，且四周應(yīng)設(shè)橡膠止水措施，管片全部打開后，一旦發(fā)現(xiàn)土體有異常現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉防護(hù)門，繼續(xù)凍結(jié)土體。

（2）用探孔來判斷凍土壁是否凍結(jié)穩(wěn)定正常時，探孔應(yīng)設(shè)在凍結(jié)壁薄弱處，探孔處應(yīng)無大量涌砂、涌水現(xiàn)象。

（3）隨挖隨臨時支護(hù)，臨時支護(hù)采用型鋼支架噴射混凝土，能起到支護(hù)和凍土墻保溫的雙重作用，防止凍土解凍引起較大的地表沉降。若土體開挖過程中，出現(xiàn)流砂等異常現(xiàn)象，應(yīng)立即停止開挖施工，并封閉工作面，加大制冷量。

2.6.3 解凍過程中的預(yù)防處置措施

聯(lián)絡(luò)通道主體結(jié)構(gòu)施工完畢后停止供冷，凍土解凍可自然解凍，解凍過程中會引起地面沉降，若沉降過大，不但會對隧道且會對地面建筑和地下管線產(chǎn)生不利影響。為減小土體解凍產(chǎn)生的沉降量，可通過隧道及聯(lián)絡(luò)通道預(yù)留的注漿孔，采取跟蹤注漿的形式，根據(jù)觀測到的隧道及地層沉降情況，及時地對地層進(jìn)行補(bǔ)償注漿。

3 結(jié)束語

冷凍法施工適用于各類地層，目前在地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道和泵房施工中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其適合在城市地下管線密布，施工條件困難地段，不受地表環(huán)境及深度限制，工藝先進(jìn)、安全可靠、文明施工程度高。具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的發(fā)展前景。隨著聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，風(fēng)險防范的技術(shù)管理措施會更加完善，從而更有利于聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工的推廣普及，施工風(fēng)險更加可控。

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作者簡介：

唐坤，男，陜西勉縣人，出生于1981年03月25日，2006年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)，大學(xué)本科。