水平凍結孔鉆孔施工工藝研究

陳汝翔 黃曉偉

摘 要：隨著城市軌道交通的飛速發展，旁通道冷凍法也更廣泛的應用在地鐵隧道聯絡通道的施工中。本文著重介紹了水平冷凍法中凍結孔的施工方法，具體到凍結孔和凍結管的施工流程及工藝要點，以及鉆孔施工中的風險防治及處理方式，為水平鉆孔的施工提供了一些成功經驗。

關鍵詞：冷凍法；凍結管；鉆孔

一、前言

凍結法是先布置好凍結孔，并且在孔中反復低溫鹽水，進而導致凍結孔周邊的含水地層結冰，產生極強的高度以及極好的封閉性的凍結壁是指凍土帷幕，有便于在凍結壁的維護下實行隧道、豎井以及地下工程的挖掘和襯砌的特殊施工技術。該實質其實就是運用人工技術對巖土的情況進行提高。現凍結法已普遍運用在我們國家每一項地下工程當中，就是一項綠色環保的施工方法。

凍結法按照凍結壁的形成方向分為水平凍結法及垂直冷凍法，本文著重于介紹地鐵隧道聯絡通道施工中水平凍結孔鉆孔施工工藝。

二、水平鉆孔施工

2.1 凍結孔布置

地鐵隧道聯絡通道凍結孔布置一般是根據上仰、水平、下俯 這三種角度進行布置，同時為減小土層凍脹，隧道一般是根據上下對稱對凍結孔進行布置。隧道兩側均布置孔位，兩側的凍結管周圍土體在積極凍結完成后均形成完整封閉的凍土帷幕，設計凍結孔位置時應考慮左右線凍結孔在交界位置均勻交錯布置，避免在通道正中間位置出現凍土帷幕不封閉的情況發生。

2.2 施工準備

鉆孔前先按照圖紙要求預制凍結管、孔口管和堵頭等材料部件，并保證現場“三通一平”，利用木板在聯絡通道的位置對施工場地進行鋪設，根據搭設施工腳手架進而更好的方便鉆孔在施工的時候運用。

2.3 測量放線

建立一個專門對放線進行測量的小組，對儀器和工具的測量應當事先進行檢驗和按期校正。測量之后精準的位開透孔，先對聯絡通道兩邊隧道的透孔進行施工，檢驗隧道管片上留有洞門的響應位置。依照實際開透孔的差異對凍結孔施工方位進行調動，進而降低該結孔的偏斜值并且在隧道兩側進行i點，利用拉線的形式進行校驗以及掌控凍結孔的位置。

2.4 凍結孔開孔及孔口密封裝置

2.4.1 凍結孔開孔

開孔位置分為砼管片及鋼管片兩種：

砼管片：在開口較易的地方可以采用一次開孔直接到位的方法，若開孔難度較大，采用二次開孔：第一是要利用開孔機該直徑是在130mm，其深度大約為280mm左右，掌控不得鉆穿管片而且更好的防止砼管片內受力主筋，并且加入加工完成的孔口管，利用超出四個之上固定點穩固在管片上（固定點利用膨脹螺絲進行穩固），膨脹螺絲穩固之后，將螺母去掉，安裝DN125閘閥，并且將其打開，利用開孔器由閘閥當中進行第二次的開孔，該直徑在108mm左右，一直把砼管片全面開穿，若發生涌砂那么應該立即將閘門關閉。

鋼管片：在鋼管片上焊接好孔口管，在該管上焊接好閘閥以及孔口的安置，利用鉆機焊接金鋼石鉆頭，經過孔口，將鋼管片鉆進進行切割。

2.4.2 孔口裝置安裝

利用螺絲把孔口安置在閘閥上面，防止加好密封墊片。詳見圖2。

2.5 凍結孔鉆進

①、鉆孔設備使用鉆機，配用泥漿泵，鉆具運用凍結管當作鉆桿，根基整體施工的設計應該選擇利用各種鉆桿；

②、凍結管間運用套管絲扣進行連接，接頭螺紋穩固之后應該用人工技術進行焊接，進而保證該同心度以及焊接強度，焊接之后實行粗打磨，確保焊縫沒有任何的突起不平。

③、在一般的情況下，在鉆頭裝置一個特制的單向閥門，利用帶水鉆進；凍結管鉆進到達設計深度之后應該將單向閥處理干凈，并且將其完全封閉。

④、鉆進時應該嚴格掌控凍結孔所具有的測斜問題，若出現應該盡快糾偏，在凍結管下好之后，應該對其長度的復測進行凍結，并且利用燈光測斜儀實行測斜進而制作出鉆孔偏斜圖。

⑤、在凍結管中放置供液管，并且和該端蓋和去以及回路羊角進行焊接。

2.6 封閉孔底部

利用絲堵將其凍結孔底部完全封閉，主要方式為，運用接長桿把絲堵至在孔的底部，運用反扣以及卸扣時，把絲堵完全封閉。

2.7 打壓試驗

將其孔口完全封閉，利用手壓泵打水至孔內，在壓力取得1.0Mpa點的時候，應該立刻打壓，將閥門完全關閉，觀察壓力所具有的變化，半個小時之內變化<0.05MPa則為通過。

2.8 施工注意事項

1）施工透孔主要是根據復核對側隧道預留口位置的偏差和鉆孔施工質量，若超出100mm應應當根據確保凍結壁設計厚度對其布置實行相應的調動。

2）凍結孔鉆進深度不能低于設計深度。鉆頭若觸及隧道管片的，不加入制冷循環的長度不能低于150mm。

3）鉆孔的偏斜應控制在150mm以內。

4）凍結管長度以及偏斜通過之后應該實行打壓試漏，壓力應該掌控在0.8MPa左右，前15分鐘的壓力耗損應該低于0.05MPa，后半個小時壓力沒有任何變化的則為通過。沒有通過的，能夠將凍結管拔出再從新實施鉆孔，或者下套管實行處量。

5）再對凍結孔進行施工的時候土體流失量不能低于凍結孔的整體面積，不然應該盡快注漿對地層的下降進行掌控。

6）若凍結孔在鋼管片上時，認定孔位之后，應該充填水泥，再進行焊接鋼板，焊接完好之后，待水泥穩定之后再實行開孔。

三、風險防治及補救措施

3.1 凍結鉆孔漏水涌砂

3.1.1 形成原因

在地鐵聯絡通道凍結進行施工時，一般會遇到極大的地下水壓力的含水砂層。在該地層施工貼近水平凍結孔，若出現鉆孔漏水噴砂的問題，那么就會產生極為嚴重的地層下降，因此也對隧道管片以及地表建筑形成一定的耗損，乃至還會發生隧道垮塌等事件。引起鉆孔漏水噴砂的原因主要有：孔口管松懈以及分離、凍結管接頭脫落以及孔口止水安置耗損等等。起初在對凍結孔進行施工的時候得出孔口管分離以及凍結管脫落、鉆頭逆止閥無效以及孔口止水裝置耗損等這些問題基本沒有，不過在凍結孔施工之后，因為地層干擾過大，具有極強的滲透性，極易導致塌孔抱鉆，很可能出現以上情況。

3.1.2 補救措施

若由于孔口管疏松或者分離所導致該孔口管和管片之間出現漏水的情況，那么應該立刻停止鉆進，在凍結管安置一個裝管卡，利用鉆機促進凍結管把孔口管完全頂實，或是運用膨脹螺栓等使其孔口管進行穩固。利用棉紗將孔口管和管片的漏水位置進行賭賽，并且經過孔口管旁通實行壓漿賭賽。注漿材料主要是運用化學漿液，還能夠利用水泥一水玻璃漿液。在特殊的情況下，能夠直接將其灌入凍結管當中。

若由于凍結管接頭脫落以及鉆頭逆止閥無效所導致的漏水噴砂，那么能夠直接進行注漿。在利用鉆進的方法進行凍結的時候，能夠實現預備一個可以和凍結管相互連接的注漿管接頭，進而，若出現漏水的情況，就能夠快速的安置好管接頭，實行注漿。在用夯管法下進行凍結管同時，能夠制備一個止漿塞實行堵水以及注漿。若沒有，能夠制備一個凍結管塞以及一截帶閥門的注漿管，在發生漏水的時候，就能夠運用其進行堵塞（用夯管錘把木塞夯人凍結管），并且在凍結管上焊接注漿管對其實行注漿處理。

3.1.3 注意事項

鉆孔若出現堵漏的時候必須要防范的是：①、要盡快發現，以免造成不好的影響；②、堵漏的速度要快，要控制好時機，疏堵整合；③、應加快進行補償注漿進而掌控地層出現下降；④、提高隧道以及地層下降的監管，盡快對隧道以及地面危害建筑實行穩固。

3.2 凍結孔成孔偏斜過大

3.2.1 形成原因

凍結孔成孔最大的偏斜度在行業標準當中應該有一定的標準，該成孔偏斜過大會嚴重降低凍結帷幕的厚度，作為所有帷幕當中的弱點，開挖時作為最大的隱患點；凍結孔偏斜過大一般是由于在凍結孔開孔和鉆孔時更好的掌控好開孔角度，沒有可以根據設計角度實行開孔。

3.2.2 補救措施

開孔器安裝完成之后應該詳細核準開孔器的偏斜度以及開孔角度，進而更好的保證這兩個角度應該符合設計需求。

鉆進時，應該嚴格掌控鉆孔的質量，鉆進完成之后，應盡快對凍結孔實行相應的測斜、打壓以及復測該深度。鉆孔偏斜要控制在200mm以內，否則應補孔。

凍結孔完成之后由于及時對凍結孔實行相關的檢漏實驗，確保證每一個凍結孔都是密封好的、沒有任何漏鹽水的現象。檢漏實驗的時候該壓力應該掌控在1.0MPa，穩定30min后則為合格。

3.3 實際案例

某地鐵隧道聯絡通道采用的水平凍結法進行施工，在冷凍管鉆孔施工過程中持續發生涌水涌砂現象，現場立即停止施工，并用木塞、棉絮等將孔口管堵死，防止涌水涌砂現象繼續發生。但由于該地段土層多為軟弱土，涌水涌砂導致通道的正上方形成了一個直徑3m的凹陷區域，凹陷平均深度約為20cm.在施工人員發現的第一時間將該區域封閉并用高標號混凝土填充了該區域。

為了更加安全、高效地完成凍結孔的鉆孔施工，施工單位決定對聯絡通道上方采取地面注漿處理、增設地表沉降點、增加地表沉降點的檢測頻率等措施確保事故不會進一步擴大。

地面注漿設12個注漿孔，分別位于聯絡通道的左邊線、中軸線、右邊線位置，3條線上均勻分布4個注漿孔，注漿深度為3m。采用鉆孔機打孔至3m后用注漿機進行注漿，確保每個孔注漿水泥用量不小于1t。

完成地面注漿后，凍結孔鉆孔施工正常進行，地表沉降的監測數據穩定，因此認為地面注漿是涌水涌砂造成的地面塌陷問題的有效的解決方法。

四、總結

水平凍結孔鉆孔施工工序較為復雜，是凍結法施工的難點之一，其施工質量的好壞也直接關系著后期積極凍結的冷凍效果，因此其施工質量是冷凍法施工的關鍵。并且水平凍結孔鉆孔施工的風險等級較高，在施工過程中時常伴隨著大大小小的事故發生，存在較大的安全隱患，因此建議在水平凍結管鉆孔施工時加強現場管理，進一步完成對鉆孔施工人員的安全教育，加強他們的安全意識。

（作者單位：中交第三航務工程局有限公司廈門分公司）