聯絡通道冷凍法加固施工信息化施工監測

侯鷹鵬，王 敏，宋生陽

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

1.1 設計內容

佛山地鐵2號線登花區間1#聯絡通道及泵房左、右行線位置里程分別為ZDK40+444.514、YDK40+457.5，隧道中線間距13.051m。聯絡通道所在位置的拱頂平均埋深21.539m。聯絡通道已進行過水泥系加固，設計采用水平凍結法輔助加固地層，用暗挖法施工。

1.2 工程環境

1#聯絡通道及泵房位于佛陳公路與新村西路交叉口下方，西側靠近文登河公路，與聯絡通道中心水平距離約11.5m，北側為文登河，河岸與聯絡通道中心水平距離約37m，周圍為小區及商業建構筑物。

1.3 工程地質及水文地質

登花1#聯絡通道及泵房施工影響范圍內的土層主要為<3-1>粉細砂、<7-1>強風化泥巖、<8-1>中風化泥巖，根據地質柱狀圖，1#聯絡通道及泵房處地層起伏較大。

擬建區間地表水有一條文登河，其寬約7m，深度約2m，流向為自西往東，在ZCK40+240m和YCK40+180m處與隧道相交。

根據其賦存介質的類型，場地地下水主要有兩種類型：（1）第四系地層中的松散巖類孔隙水。孔隙水主要賦存于第四系全新統海陸交互相層淤泥質粉細砂<2-2>和淤泥質中粗砂<2-3>以及第四系上更新統和全新統沖積-洪積層粉細砂（地層代號3-1）、中粗砂（地層代號3-2）中，水量豐富，為區間主要地下含水層，局部地段因受上下相對隔水層的阻隔，略具承壓性。（2）基巖裂隙水。主要賦存于強、中等風化帶中，具有微承壓性，但由于基巖裂隙發育無規律且不均勻，且巖石裂隙多不貫通，相比砂層含水量小得多。

2 凍結帷幕監測

2.1 鉆孔施工監測

鉆孔深度和鉆孔偏斜度是鉆孔施工的重點檢測項目。

（1）監測目的：加快凍結壁形成速度，從而縮短工期。

（2）監測方法：鉆進施工過程中嚴格控制垂直、水平凍結孔的深度、偏斜。對于垂直凍結孔，應保持高度警惕，具體要求如下：①鉆孔過程中，應每10m對鉆桿進行測量糾偏，確保垂直度。②位于隧道頂部及周圍的孔位，鉆進至距孔底2m時應先停止鉆進并進行測斜，確定實際的孔位即按該軌跡的最終孔位后方可繼續鉆進，測量隊、工程部對該過程進行監控。③在鉆進至最后2m時應控制減慢鉆進速度（尤其是最后1m需特別注意），以防破壞管片，碰到異物、硬物時應立即停鉆，分析是否觸碰到管片，若無觸碰異物、硬物，最終按照設計到達隧道頂5cm處停止鉆進，最后“理論上的5cm”依靠下方凍結管頂進。若在左線隧道上方鉆孔，應有人員在隧道內進行盯守，與地面保持聯系。④鉆孔偏斜控制。開孔時，確保開孔方位；鉆孔時，每10m測量鉆桿偏斜1次，對偏斜較大的孔進行重鉆，確保終孔最大偏斜≤0.5%。打孔完成后，對所有孔位進行測斜，測量隊使用測斜管進行測斜復核，最后將核對的最終數據報至工程部進行分析，確定孔位成孔偏差，偏差較大時需進行補孔。

（3）監測成果：整理數據后，按實際孔位繪出凍結壁交圈圖，并分析是否需要補孔。

2.2 凍結系統監測

施工現場通過凍結施工過程中反饋的信息，完善設計和指導施工，并判斷凍結壁的厚度是否達到設計標準。因地質條件的不可預測性及施工的過程的可變性，設計過程中未全面考慮到，應通過現場實時監測完善施工技術措施。施工現場以監測數據為參考點調整凍結施工參數，保證凍結壁的形成質量。檢測內容包括如下四個方面。

（1）測溫孔溫度及地下水水位、水溫監測。①測溫孔溫度監測。在開機凍結前，通過測溫孔測量原始地溫數據，并每天對測溫孔溫度變化進行監測，為開機后測溫孔數據提供比較參數，把控地層凍結溫度變化規律。②水位、水溫監測。開機凍結前測量原始水位、水溫，把控地下水靜止水位標高及水溫，為凍結過程中的水位、水溫變化提供比較依據。

（2）凍結系統運轉參數監測。①監測目的：通過對凍結系統中的制冷劑、鹽水以及冷卻水系統中的溫度、壓力等進行監測，分析運轉指標的適用性，以確保制冷效率。②監測方法：通過安設壓力計、測溫元件等于循環管路中，實現運轉過程中各指標的監測。③監測頻次：從凍結運轉的全過程，對3大循環系統及運轉設備進行連續監測。④監測結果：技術人員利用各項運轉參數記錄冷凍設備運轉記錄表，積極凍結加固測溫、測壓記錄表等。

（3）鹽水溫度、流量、凍結器回路監測。①監測目的：及時了解凍結器運轉工作情況，監測凍結器堵塞情況保證供給凍結器足夠的制冷量，確保凍結壁的形成。通過對鹽水箱水位和溫度變化的分析和監測，及時掌握和控制鹽水系統運轉的情況，避免發生鹽水漏失現象。②監測方法及頻次。鹽水溫度監測：在去回路鹽水干管上，配集液圈頭、尾部安設測溫點，在凍結器上的去回路安設溫度計，測量鹽水去回路總溫差和各凍結器去回路溫差，反映凍結器運轉情況。監測頻次為鹽水干管溫度、支管溫度、各凍結器溫度每日監測一次。鹽水流量監測：安裝流量檢測系統，隨時對每個凍結器鹽水流量進行監測，且每個凍結器均設置流量閥門，保證凍結器暢通并保持流量基本均勻。鹽水箱水位監測：在鹽水箱安裝液位顯示器，隨時觀察液位變化，監測并分析鹽水漏失情況。③監測結果：技術人員對各項監測數據進行整理分析，并繪制鹽水溫度變化曲線圖，分析制冷效果的影響因素。

（4）凍結溫度場監測。①監測目的：隨時掌握凍結壁的發展狀況，了解其厚度、平均溫度、強度及凍結壁形成規律，判斷通道是否滿足開挖條件和正確指導開挖及支護施工。②監測方法：設置測溫孔，孔內布溫度傳感器，采用單總線溫度集成系統對溫度場自動檢測，實現自動測溫數據采集、儲存。③傳感器布置：測溫孔內傳感器布置原則為對各階段根據設計要求布置的測溫點和結合現場成孔情況補設的測溫孔內布置測溫傳感器，需著重在管片與凍土帷幕交界面設置相應的溫度傳感器。傳感器的布置應具有代表性、可參考性，可以用于判斷帷幕發展的厚度。④監測頻次：從積極凍結開始直到凍結施工完畢。在積極凍結過程中，每24h監測1次；在維護凍結開挖過程中，每12h監測1次。⑤監測結果：通過溫度數據與地層凍結溫度對比，利用三維模擬軟件模擬凍結壁形成情況。

2.3 凍結壁監測

（1）凍結帷幕內外側測溫孔溫度，每個深測溫孔設2～6個測點，分別布置在靠近隧道管片處、測溫管中部和測溫管頭部；每個淺測溫孔設2～3個測點，分別布置在靠近隧道管片處、測溫管頭部。測量頻度為1次/d。

（2）設置泄壓管，并在管口安裝壓力表用以監測未凍土空隙水壓力變化。測量頻度為1次/d，可根據實際情況加測。

（3）開挖后凍結帷幕溫度，開挖時使用點溫計測量開挖工作面凍土或未凍土的表面溫度，1次/d，或每一個開挖循環1次。

2.4 自動化測溫系統

目前，項目可配備自動化測溫系統，將各種溫度傳感器的信息集成后，可以綜合反映監測信息，具有方便、準確、高效的優點，實現“測溫孔、鹽水進回水溫度、清水進回路溫度、環境溫度”等內容的集成。

3 隧道、聯絡通道、地面及建構筑物變形監測

3.1 監測內容

監測內容包括以下五方面：（1）盾構隧道垂直位移監測；（2）盾構隧道的水平收斂變形監測；（3）地表沉降監測；（4）地面管線的變形監測；（5）鄰近建構筑物垂直位移監測。

3.2 監測點埋設與監測方法

（1）沉降監測。建立水準測量監測網，按《城市軌道交通工程測量規范》（GB/T 50308—2017）Ⅱ級要求用精密水準儀配合鋼尺測量[1]。地表沉降監測點可根據不同地表結構類型與結構進行材料選擇。如混凝土地面一般采用地表鉆孔式，鉆孔至原狀土后植入鋼筋，回填土壓實，確保鋼筋頭與地面低2～5cm，防止機械碾壓破壞；對于土質地面，則直接打入鋼筋，鋼筋頭露出地表2～5cm，做好標志。周邊構筑物河堤沉降監測，監測點直接用電錘在構筑物墻頂上打孔并將觀測標志用植筋膠固定牢固。測試方法按《城市軌道交通工程測量規范》Ⅱ級要求施測，每次測量時直接用基準水準點引測，采用二等水準加中間點測量，確保精度。

（2）管片結構凈空收斂和豎向位移。采用收斂計進行隧道凈空收斂監測，通過監測布設于隧道周邊上的兩個監測點之間的距離，求出與上次收斂計量測值之間的凈空變化量，該數據即為此處兩監測點方向的凈空變化值。每個監測斷面在拱頂、拱底、兩側拱腰處布設監測點，水平豎向布設兩條收斂線，拱頂、拱底的凈空收斂監測點可兼作豎向位移監測點。監測點安裝后進行3次獨立觀測，且3次獨立觀測較差應小于標稱精度的2倍，觀測結果應取3次獨立觀測讀數的平均值。管片結構豎向位移采用電子水準儀加正尺和倒尺測量。

（3）管線監測。管線的豎向位移監測點應布設在地下管線的節點、轉角點、位移變化敏感或預測變形較大的部位。由于施工場地周邊道路下的管線均需隨施工布局進行改遷改排，管線監測點也需根據管線具體改遷情況布設。該部位全部采用間接點法，在地下管線相應上方鉆孔取混凝土芯，埋入直徑25mm的鋼筋固定，通過測試鋼筋頂的變形情況確定管線所在位置土體變形，進而確定管線的變形情況。聯絡通道開挖過程中，隧道管片變形監測范圍為聯絡通道兩側隧道管片各50m。

4 結束語

通過對聯絡通道冷凍法施工進行信息化施工監測，對監測數據收集及整理分析，判斷冷凍凍結施工過程中影響凍結的因素。同時指導現場施工并及時調整施工指標，提前采取對應的工程措施，優化施工方案，進行信息化施工，保證施工的安全性及可控性，防止事故的發生，保證工程順利進行。