聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程技術(shù)分析

劉清泉（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，云南 昆明 650100）

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聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程技術(shù)分析

劉清泉
（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，云南 昆明 650100）

摘 要：聯(lián)絡(luò)通道要經(jīng)過有效的土體加固方法，保證開挖安全，如果加固土體結(jié)果不好，容易出現(xiàn)水土流失，導(dǎo)致地面沉降、隧道變形，嚴(yán)重時導(dǎo)致塌方，出現(xiàn)事故，特別是如果聯(lián)絡(luò)通道底板下受承壓含水層或微承壓含水層影響，有更高的施工風(fēng)險。為避免風(fēng)險的出現(xiàn)和不影響城市交通，要從聯(lián)絡(luò)通道施工工藝開始，現(xiàn)在冷凍法工藝被普遍應(yīng)用，下面就冷凍法施工工藝談一些個人體會。

關(guān)鍵詞：聯(lián)絡(luò)通道；凍結(jié)技術(shù)；施工情況

1. 工程概況

昆明市軌道交通3號線延長線普石區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處左、右線盾構(gòu)隧道里程為ZDK4+156.6653（YDK4+158.0000）。兩隧道中心間距19.180m，左線隧道中心標(biāo)高為1874.680m，右線隧道中心標(biāo)高1873.991m，聯(lián)絡(luò)通道所處位置地面標(biāo)高約為1891.510m，聯(lián)絡(luò)通道位于春雨路下方，聯(lián)絡(luò)通道上方管線較多，主要有自來水管、雨水管、污水管、通信信號等相關(guān)管線。聯(lián)絡(luò)通道處已使用地面旋噴+超前小導(dǎo)管加固地層，現(xiàn)使用水平凍結(jié)法，礦山暗挖法施工。

依據(jù)聯(lián)絡(luò)通道的特征和所處地層的特點(diǎn)，使用冷凍法加固土體，之后用礦山暗挖法實(shí)施開挖構(gòu)筑施工，聯(lián)合以前地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工的經(jīng)驗(yàn)，使用“隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體、隧道內(nèi)礦山法開挖構(gòu)筑”的全隧道內(nèi)施工方案。就是：在隧道內(nèi)運(yùn)用水平孔與局部傾斜孔凍結(jié)加固地層，凍結(jié)聯(lián)絡(luò)通道外圍土體，產(chǎn)生強(qiáng)度高、封閉性好的凍結(jié)帷幕。在凍土中使用礦山法開挖、噴錨支護(hù)，初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)全封閉防水隔離層，二次襯砌采用型鋼拱架+滿堂支架聯(lián)合支撐、組合鋼模立模，泵送商品混凝土整體襯砌。

2. 凍結(jié)法概述

2.1 凍結(jié)法意義

凍結(jié)技術(shù)是使用人工工藝?yán)鋮s的，從地層中把冰冷的水結(jié)冰，產(chǎn)生的凍土是天然巖土，使其強(qiáng)度和穩(wěn)定性增加，隔離地下水和地下工程關(guān)系，地下工程掘砌施工的特殊施工技術(shù)方便在凍結(jié)壁的保護(hù)下實(shí)施。其實(shí)質(zhì)是運(yùn)用人工制冷臨時改變以巖土特性的地層固結(jié)。凍結(jié)壁是臨時的支護(hù)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生永久支護(hù)后，停止凍結(jié)，解凍凍結(jié)壁。將含水地層在結(jié)冰溫度下冷卻，巖石裂隙或土孔隙中的水變成冰，巖土的性質(zhì)發(fā)生決定性的變化。將這一性質(zhì)改良后的凍結(jié)巖土用于地下工程施工期內(nèi)的承載和密封。

2.2 凍土形成

凍土形成的5階段：

（1）冷卻段：溫度從初態(tài)減低到水的冰點(diǎn)，此時尚無冰；

（2）過冷段：溫度續(xù)降至冰點(diǎn)下，自由水仍不結(jié)冰，呈過冷現(xiàn)象。主要與熱平衡有關(guān)；但若在水達(dá)到冰點(diǎn)且全部水未結(jié)冰前，有結(jié)冰冰晶生長或有振動的影響，土中水將立即進(jìn)入穩(wěn)定凍結(jié)階段，而無明顯過冷現(xiàn)象產(chǎn)生；

（3）溫度突升段：部分孔隙水凍結(jié)，釋放潛熱，溫度突升；

（4）穩(wěn)定凍結(jié)段：溫度升至冰點(diǎn)并穩(wěn)定，孔隙水開始凍結(jié)成冰，凍土逐漸形成；

（5）凍土降溫段：溫度繼續(xù)降低，凍結(jié)范圍擴(kuò)大、凍土強(qiáng)度增加，吸收冷量，溫度進(jìn)一步降低。

2.3 凍結(jié)法優(yōu)點(diǎn)

凍結(jié)法對各種地層適用，特別適合在城市地下管線密布施工條件困難地段的施工，通過幾年來國內(nèi)外施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明凍結(jié)法施工有下面優(yōu)點(diǎn)：

（1）地下水能有效隔絕，其抗?jié)B透性能是別的所有方法不可以比較的，對于大于10%含水量的任何含水、松散，不穩(wěn)定地層都能使用凍結(jié)法施工技術(shù)；

10年前，法國啟動了一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃，要將殺蟲劑的使用量減少一半，但這個計(jì)劃最終失敗。現(xiàn)今，法國正在進(jìn)行再一次的嘗試，“生態(tài)植物”計(jì)劃正在掀開新的一頁。

（2）凍土帷幕的形狀與強(qiáng)度能視施工現(xiàn)場條件，靈活布置與調(diào)整地質(zhì)條件，能達(dá)5MPa～10MPa的凍土強(qiáng)度，工效可以有效提高；

（3）凍結(jié)法是一種環(huán)保型工法，不會污染四周環(huán)境，土壤沒有異物進(jìn)入，噪音小，完成凍結(jié)后，融化凍土墻，不影響建筑物四周地下構(gòu)造；

（4）凍結(jié)施工用于樁基施工或別的工藝平行作業(yè)，施工工期可以有效地縮短。

3. 工程施工情況

3.1 鉆孔施工（圖1）

隧道內(nèi)為雙側(cè)鉆孔，共施工凍結(jié)孔80個（左線凍結(jié)孔56個，右線24個），共計(jì)846.286米；測溫孔8個（右線布置2個、左線布置6個），深度2m～8.5m不等，共40.45m；4個卸壓孔（左右線各2個）。

鉆孔時，先施工透孔，依據(jù)穿透孔的偏差，相關(guān)的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整。之后依據(jù)聯(lián)絡(luò)通道施工的孔位，使用從上到下的程序?qū)嵤┦┕ぃ@樣能避免由于下層凍結(jié)孔的施工引發(fā)上部地層擾動，使鉆孔施工時產(chǎn)生的事故減少。

每個鉆孔施工前必須完成安裝密封裝置。用螺絲把孔口裝置裝在閘閥上，注意把密封墊片加好。當(dāng)?shù)谝粋€孔開通后，沒有涌水涌砂可繼續(xù)鉆進(jìn)，但以后鉆孔仍要裝孔口裝置，以防突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象出現(xiàn)；若涌水、涌砂現(xiàn)象較厲害，還應(yīng)注水泥漿（或雙液漿）止水。

冷凍站內(nèi)設(shè)備關(guān)鍵包含冷凍機(jī)組、配電柜、鹽水箱、清水箱、鹽水泵、清水泵等。安裝凍結(jié)站包含氟系統(tǒng)、鹽水體系和冷卻水體系安裝，需要依據(jù)凍結(jié)站的總體設(shè)計(jì)，依照先設(shè)備后管路的安裝程序與施工圖的技術(shù)需求，分別實(shí)施安裝三大循環(huán)體系，并依照《井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》需求試壓、檢驗(yàn)驗(yàn)收。

完成設(shè)備安裝后實(shí)施調(diào)試與試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時，壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)要隨時調(diào)節(jié)，讓機(jī)組在相關(guān)工藝規(guī)程與設(shè)備需求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。凍結(jié)體系運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。這階段為凍結(jié)帷幕的產(chǎn)生階段，需要凍結(jié)孔單孔不小于5m3/h的流量；積極凍結(jié)7天鹽水溫度降到-18℃以下，積極凍結(jié)15天鹽水溫度降到-24℃以下，不大于2℃的去回路溫差；開挖前降到-28℃以下鹽水溫度。每天檢驗(yàn)測溫孔溫度，并依據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)，分析凍結(jié)壁的擴(kuò)展速度與厚度，預(yù)計(jì)凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時間。

4. 關(guān)鍵施工技術(shù)措施

4.1 凍結(jié)水平孔施工技術(shù)措施

因?yàn)樗淼拦芷瑸?00mm的厚度，為避免開孔后出現(xiàn)涌砂涌水情況，第一次開孔為250mm厚度，開孔選用J-200型金剛石鉆機(jī)，配φ130mm金剛石取芯鉆頭實(shí)施鉆孔，用鋼楔楔斷混凝土芯，管片不開透，讓管片留有50mm的混凝土厚度，之后把孔口管和大球閥安裝好，完成安裝后，J-200型金剛石鉆機(jī)是第二次開孔選用的，配φ108mm金剛石取芯鉆頭對剩余50mm厚管片實(shí)施鉆透。完成開孔后球閥要及時關(guān)閉，避免涌砂涌水。

鉆孔施工時先施工透孔，用來進(jìn)一步校核聯(lián)絡(luò)通道中心線與腰線，依據(jù)透孔的施工經(jīng)驗(yàn)和對地層的判斷，對后續(xù)施工的凍結(jié)孔實(shí)施微量調(diào)整，保證凍結(jié)孔的終孔偏斜滿足設(shè)計(jì)需求。

完成鉆孔施工后，對全部凍結(jié)孔實(shí)施耐壓試驗(yàn)、測斜與測深，在所有達(dá)到設(shè)計(jì)需求后才能實(shí)施凍結(jié)施工，如果達(dá)不到要求，則需要實(shí)施下套管、補(bǔ)孔等形式解決，以避免后期凍結(jié)時泄漏鹽水而導(dǎo)致凍結(jié)失敗。

4.2 凍結(jié)施工關(guān)鍵技術(shù)方法

（1）由于聯(lián)絡(luò)通道的施工很多危險點(diǎn)，出現(xiàn)嚴(yán)重的事故損失，事故影響大，本項(xiàng)目施工用電負(fù)荷依照二級負(fù)荷思考。現(xiàn)場變電所上源供電使用雙電源供電模式。

（2）冷卻水蓄水箱在凍結(jié)站安裝兩個，達(dá)16m3的總蓄水。在供水中斷的狀況下，能運(yùn)用蓄水箱清水確保冷卻用水需求。同時主動聯(lián)絡(luò)各方，及時復(fù)原供水。

（3）凍結(jié)站安裝有兩套冷凍機(jī)組，正常狀況下要一臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)械一旦出現(xiàn)故障，能暫時運(yùn)用其中一臺持續(xù)維持凍結(jié)，同時把故障機(jī)組修復(fù)，及時復(fù)原凍結(jié)。平時增強(qiáng)設(shè)備的管理和維修，冷凍機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前安排有了解機(jī)器功能的設(shè)備員對機(jī)組實(shí)施全面細(xì)致的檢修，保證其安全性。

結(jié)語

自中國使用凍結(jié)法施工技術(shù)以來，作為一種特別的施工辦法，其抗?jié)B透功能是別的任何辦法都不可以比較的。這些年來，城市地下項(xiàng)目施工進(jìn)入了高峰，繁雜的施工環(huán)境讓一些大型的設(shè)備常常無能為力，而凍結(jié)法這種只在施工區(qū)域內(nèi)鉆孔就能處理問題簡單容易方法正好有了用武之地，具備優(yōu)良的社會、經(jīng)濟(jì)效益，具備優(yōu)良的發(fā)展前景。隨著聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工技術(shù)的運(yùn)用發(fā)展，風(fēng)險防范的技術(shù)方法會更加完善，從而更有利于聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工的宣傳普及，更加可控施工風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：U231

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A