凍結造孔施工技術要點

代婧瑜 李 林

(1.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司重慶分公司，重慶 400000;2.天地科技股份有限公司建井研究院，北京 100013)

人工凍結法是利用冷媒傳遞冷量給地層使含水地層降溫凍結，依靠凍土的強度達到承受地壓和防止涌水的目的，使開挖和襯砌工作處于凍土保護之下安全進行［1，2］。人工凍結法作為地下工程處理地下水的主要方法［3］近年來在越江隧道盾構進出洞［4］、城市地鐵旁通道［5，6］、礦山豎斜井穿越富水地層等工程中被廣泛應用，凍結造孔是人工凍結法的關鍵工序，是關系到凍結壁發展速度、人工凍結法整體工期的主要部分。其工期約占人工凍結法總工期的20%～30%。凍結造孔能否優質、按期完成直接影響到整個凍結工程的成敗，直接制約著地下工程的早日投產運營。

人工凍結法的凍結造孔主要包括進場準備、凍結造孔工程構筑物施工、凍結造孔設備進場安裝、凍結孔鉆進、終孔復壓復測、鉆機撤場等幾個組成部分。下面結合施工經驗對各部分的主要環節及注意事項分別說明:

1)進場準備。因前期人員配置較少，事務較多，凍結造孔的進場準備常得不到足夠的重視，為日后的順利生產埋下了隱患。進場準備主要包括水電和場地四個方面。

關于水，要確定前期灰土盤施工用水及造孔用水水量是否能夠滿足，對甲方所提供水的水質存在質疑時，應通知監理并進行見證取樣送檢，落實施工人員的生活用水水源，保證其水質符合現行國家標準GB 5749生活飲用水衛生標準。

關于電，如在招標文件中甲方提供生產用電，要依據相關招標文件核實甲方電力提供情況，具體包括送電時間，電壓及功率，上一級變電所各類過載超載保護的整定值。依據實際情況確定凍結法施工單位所配備變壓設備是否滿足生產要求，并保留必要的余量，確保生產。

對于場，要求甲方提供詳實可靠的場地平面圖、高程圖。辦理相關高程控制點及坐標控制點的技術交底手續，并由專業測量人員對移交點位進行復測。

2)凍結造孔工程構筑物施工。凍結造孔工程構筑物主要包括灰土盤、泥漿池、泥漿泵基礎設計及施工。設計前需切實了解井口土層原始地質狀況，確定是否為回填土，是否為超固結土或欠固結土。

灰土盤作為鉆機的工作平臺，是凍結造孔工程構筑物的主要組成部分。確定灰土盤標高，對場地進行精平。在各凍結孔、水文孔中心處打樁(見圖1)。依設計圖進行模板支設。

混凝土澆筑宜優先采用商品混凝土，以保證混凝土強度和均勻性，提高施工速度。混凝土型號應依設計確定，但不宜低于C20。澆筑前2 h～3 h復核模板尺寸，并對地基土灑水潤濕。準備移動接線輥，確保電線長度滿足施工要求。檢查振動棒工作情況并試運轉。因灰土盤厚度多大于30 cm，宜采用插入式振動棒。澆筑時如面積過大宜結合伸縮縫位置分段施工，并做好施工縫處理。泥漿溝槽及泥漿池抹面砂漿宜采用1∶2.5水泥砂漿，摻水泥重量的3% ～5%的防水粉或108膠。水灰比0.6～0.65。抹面砂漿厚度5 mm～10 mm。砂漿應隨拌隨用。時間不超過60 min。泥漿置換池外圍20 cm宜設置高度不小于10 cm的防水圍堰或土坎。以防雨水對泥漿池后原狀土造成沖刷，致使泥漿池開裂下沉。凍結造孔工程構筑物整體見圖2。

圖1 灰土盤磚模施工

圖2 凍結造孔工程構筑物

3)凍結造孔設備進場安裝。確定各鉆機施工進度計劃，確定各鉆機安裝位置及泥漿溝槽使用情況。采用汽車吊時，應有專職信號工和安全員。

4)凍結孔鉆進。開鉆前要對鉆機及泥漿泵進行試運轉。各運轉部件要有必要的保護罩及安全網。

特殊工種作業人員須持有在有效期內的相應操作證。對全體人員進行安全技術交底。在開鉆后應提前組織人員進行地面打壓試驗。打壓試驗至少應包括底錐與凍結管焊接、不同規格凍結管對焊，凍結管與燜板焊接。并提前通知監理，在試驗合格后及時填寫地面打壓記錄并報審。

鉆進過程中，對砂及砂巖，應加大泥漿稠度，以提高泥漿夾砂量［7］。對泥巖，應提高泵壓，適當降低鉆速，以防包裹鉆頭。對礫巖，應采用牙輪鉆頭鉆進，并通過減小鉆壓、適當提高泥漿泵排量等措施加快鉆進速度，保證鉆進質量。圖3為當前世界凍結深度最深(凍結深度956 m)的甘肅核桃峪煤礦副立井凍結工程六臺“水—2000”型鉆機同時進行凍結孔鉆進。

當凍結孔鉆進臨近設計深度時，要提前準備終孔資料。主要包括四項內容:終孔測斜原始記錄及復印件、泥漿置換記錄、配管下管記錄、終孔復壓記錄表。相應在終孔測斜、泥漿置換、下管、打壓穩壓環節應提前通知監理到場。鉆孔達到設計深度后，宜多鉆0.5 m～1 m作為沉砂段。各鉆機首個凍結孔復壓完成后，應組織經理、技術負責人、機長交流總結地層特點。對地質柱狀圖中所描述巖石性狀和埋深與實際開鉆后地層情況不符的，要匯總其他鉆機在該層位的實際情況進行判斷。水文孔鉆進宜安排在打鉆的最后階段，所有凍結孔，測溫孔施工均完成后進行。

圖3 核桃峪副井凍結工程凍結孔鉆進

5)終孔復壓復測。宜先測斜后測壓，測壓后應將管口封好，以防泥漿進入管內。終孔復測時要做好記錄，測斜后應將管口用燜板焊牢。

6)鉆機撤場。注意拆除安全，拆除時要劃出安全區域，禁止無關人員進入。拆除鉆架多與復壓復測，下放供液管交叉作業，要互相協調配合，預防安全事故。拆除鉆機前應先切斷電源并拆除所有電纜，以防在拆除工程中發生觸電事故或損壞電纜。

凍結造孔工程涉及三通一平、構筑物施工、設備遷移安裝、凍結造孔、設備拆除多個工序，工期時間短，鉆孔偏斜率要求高，使得凍結造孔直接影響人工凍結法的成本和工期，始終位于人工凍結法的關鍵路線。通過上述分析，并結合多年施工經驗，對凍結造孔過程中各關鍵工序施工技術要點進行了系統全面的總結。為進一步加快凍結造孔安全高效施工應用提供了有益參考。

［1］王夢恕.廈門海底隧道設計、施工、運營安全風險分析［J］.施工技術，2005(S1):1.

［2］中國礦業學院.特殊鑿井［M］.北京:煤炭工業出版社，1981.

［3］張希黔.我國地下工程施工新技術綜述［J］.施工技術，2006，35(7):12.

［4］楊永新.大直徑盾構出洞凍結法技術研究［J］.施工技術，2006，35(11):67.

［5］涂 川.地鐵凍結法施工地表融沉位移影響研究［D］.西安:西安理工大學，2010.

［6］朱桂榮，趙根全.上體場穿越段工程的安全施工［J］.施工技術，2006，35(2):65.

［7］胡寶銅.胡家河礦副立井井筒凍結法施工技術研究［J］.陜西煤炭，2010(4):40.