金橫區(qū)間4#橫通道冷凍管施工技術

古付軍

（中交四航局第一工程有限公司）

1 工程概況

金融島站至橫琴站區(qū)間4#橫通道埋深26.8m，該橫通道（與泵房合建）左（右）行線位置里程分別為DK11+385（YDK11+405），線間距17.001m。橫通道兼泵房寬為3.8m、高為4.4m，采用的是直墻圓拱結構，泵房凈空尺寸為2.9m（深）×5.2m（長）×3.6m（寬）。該地位于華策國際大廈內部，是原先填海造陸所產生，與辛契峽水道的距離大概在200m，其地層包括花崗巖石層、淤泥質粘土層、全風化巖層、中砂。鑒于地層滲透系數偏大的特點，地層加固擬采用凍結法、臺階法施工，并輔以掌子面預注漿措施。

2 凍結孔布置

對4#橫通道布置凍結孔時，需要在左、右行線隧道兩側進行，且76 個分布在左線、40 個分布在右線，即凍結孔共116 個、總長達1105.663m。為了提升管片處的保溫功能，需要將5 排冷凍排管安裝在凍結壁上。

首先對破除的管片位置、高程進行測量，在定位精準的前提下再施工凍結孔。凍結孔開孔位置要保證將誤差控制在100mm 內，不能接觸主筋、管片接縫、螺栓。同時管片螺栓和接縫要遠離混凝土管片上的鉆孔孔口至少150mm，不得與管片接縫、螺栓和受力主筋沖突。其次需設置好防噴裝置，以避免在面對砂性土、有噴涌可能的土層發(fā)生噴涌。施工中應避免凍結孔體積小于土體流失量，如果出現該現象，為了讓地層停止沉降，必須立刻進行注漿作業(yè)。

其次先打透孔，檢查隧道預留口的位置是否在100mm 的合理誤差范圍內。為了嚴格測定各個時刻內凍結帷幕每一部分的溫度，需要添加14 個測溫孔。管片端焊接密封保證該處具有嚴密性，不可出現滲水現象。需將2 個卸壓孔設置在凍結帷幕封閉范圍的左、右線中，并且將壓力表配置在每個孔上。利用該壓力表對凍結帷幕的壓力時刻進行檢測，以便得知凍結帷幕的實況。為了讓凍結帷幕的壓力傳遞有效進行，卸壓管的前端保持開口且分布需以梅花狀進行。表1 為凍結孔技術參數。

表1 凍結技術參數

3 主要施工方法及工藝

3.1 水平注漿加固

于橫通道掌子面內設6 根超前水平注漿管，利用該管道注漿，通過漿液的作用實現對地層的預加固措施，從而提高其穩(wěn)定性。在管片上以孔口直徑最小值為110mm、終孔直徑最小值為91mm 的標準進行鉆孔。為了加強注漿管的穩(wěn)定性，安裝好注漿管后利用熱軋無縫鋼管（直徑108mm、壁厚5mm）進行加固。注漿的填充率按15%計算，水灰比為1：1 的普通水泥漿作為注漿材料。

注漿壓力：注漿壓力隨管片位置遠近進行調整，當較近時不能超過0.3MPa，當大于0.8m 時保持在0.5～1.0MPa。當壓力提升并到達終壓后持續(xù)進行10min 的反復、多次注漿。漿液擴散半徑1m。

上述步驟完成后，將直徑在110mm 的檢查孔設置在拱部以及左右邊墻上，用于檢測漿液擴散范圍內的平均出水量。要求單孔不超過2L/d，若無誤則用M10 水泥砂漿封堵。除了針對部分易破碎區(qū)域采取前進式注漿外，一般采用后退式注漿。注漿鉆進期間若出現涌水現象需暫停鉆進作業(yè)，查明成因后正確處理，待各項施工條件滿足要求后方可恢復注漿。

3.2 二次注漿加固

在進行橫通道加固之前，需要進行二次補充注漿加固，該工序主要針對中線左右各5 環(huán)管片的外側進行。此次注漿采取水灰比為1：1 的單漿液，壓力保持在0.5～0.6MPa，注漿流量控制在30～50L/min。

4 凍結孔施工

4.1 凍結孔施工順序

依據橫通道冷凍孔設計孔位，在主隧道管片上測量放樣出全部凍結孔孔位。為防止點位破壞，須用電鉆在點位處鉆上小孔，用大紅油漆做標記并編上孔位號。透孔施工在前，以便根據該工序可能出現的偏差調整豎向、水平方向傾角的參數。為防止下層施工影響上部地層，布孔需要依據由下到上的順序進行。

4.2 凍結孔的定位

根據凍結圖紙建立凍結孔坐標系，以隧道腰線為X軸，橫通道中心線為Y 軸。先放樣再測量，一般利用全站儀進行放樣。

首先根據實際里程點、隧道腰線、橫通道中心線這三個基準點，參照施工圖完成孔位放線，孔位布置一般以管片配筋圖為依據，該過程要盡量避開主筋、螺栓、管縫及鋼管片肋板。

孔位中心點確定后，開孔器移動導軌需保持與橫通道中心線平行，然后依據設計圖紙鉆孔仰俯角，利用量角器確定開孔角度，即完成凍結孔定位[1]。

4.3 凍結孔開孔及孔口密封裝置

利用配有φ130mm 金剛石取芯鉆頭的J-200 型金剛石鉆機進行開孔，深度按300mm 控制（具體根據現場作業(yè)條件靈活調整），預留管片厚度約5cm。巖心需要利用鋼楔楔斷，取出之后將已經加工好的孔口管打入，設置至少4 個固定點，之后安裝孔口密封裝置。鉆孔每進行一次時利用焊接的方式將鋼板添加在孔口和凍結管中間，以增強其穩(wěn)定性。

4.4 凍結孔鉆進

⑴MD-80A 鉆機用于聯絡通道處的鉆孔，泥漿泵采用BW250，φ89×8mm 凍結管作為鉆桿而使用。此次施工中的連接方式采用套管絲扣的方法，當接頭螺紋緊固之后利用手工電弧焊工藝。

⑵每個孔的施工條件都不一樣，所以在正式鉆進前需要先行調整運行參數。之后把凍結管頂進入密封裝置中，在該裝置穩(wěn)定的前提下將孔口管處的大球閥打開，再對管片施工，取芯完成便更換一般鉆頭，持續(xù)向下鉆進，直至滿足孔深要求為止。

⑶以無水鉆進的方法為宜。該法能有效緩解水土流失問題，避免出現地面及隧道大范圍沉降的情況。遇鉆進難度較大的地段時，在鉆頭處增設單向閥門，轉為帶水鉆進的方法。當不斷推進到設計深度后沖洗單向閥、密封管。

⑷鉆進期間加強觀察，若存在水土流失現象則利用旁通閥對土體補壓漿。

⑸鉆進期間做好密切的監(jiān)測工作，若存在孔偏斜問題及時糾偏，盡可能減小誤差；凍結管下放好之后再次測量其長度，據此完成鉆孔偏斜圖的繪制，以便分析。

⑹對于隧道預留口用透孔進行檢驗，如果發(fā)生大于100mm 的偏差，需對凍結孔重新調整，且不能破壞凍結壁厚度。透孔鉆進施工前將取芯鉆頭、取芯管和錐形體與鉆桿連接，碰觸對側管片時，轉為低速慢進的作業(yè)狀態(tài)，為實現止水密封的效果，鉆孔之后開始快速推進，以保證椎體進入到管片開孔處[2]。

4.5 凍結管安裝

⑴凍結管的連接需要兩步，首先對接頭螺紋緊固，其次用手工電弧焊進行焊接，而且連接方式采用絲扣。該過程保證同心度、焊接強度均達到設計要求。凍結管的長度應符合設計長度的要求。

⑵復測相關數據記錄后繪制鉆孔偏斜圖，以便對前期施工質量進行預判。集水井處凍結孔的終孔間距在1600mm 內，如果發(fā)生超過上限值的情況，可以通過延長凍結時間或者補孔的方式進行補救。

⑶打壓試漏需要凍結管長度和偏斜檢測結果符合實際要求之后進行，而且壓力保持在0.8MPa 內，隨時檢測壓力值并確定損失量，要求前15min 的損失量在0.05MPa 以內，后30min 壓力維持穩(wěn)定。如果試壓不符合要求，需要先將凍結管拔出，再次鉆孔或下套管。

⑷在確保凍結管安裝無誤后向其中下供液管，再焊接端蓋和去、回路羊角。

4.6 泵房部位鉆孔施工控制

泵房部位凍結孔的施工主要受泵房部位中粗砂層及底部巖石層的影響。砂層處與海側海水相連，橫通道泵房部位承壓水壓力大，在隧道管片注漿口試鉆小孔時出現高壓水柱現象。為減少凍結管施工過程中受到承壓水及砂層噴涌影響，在每個孔位處先安裝孔口管和旁通閥，確保鉆孔過程中整個盾構隧道的安全。在泵房底冷凍管鉆進過程中，鉆頭處受水壓影響經常涌入砂粒，在鉆進過程中管內外砂粒不斷與冷凍管壁摩擦，使鋼管壁厚變薄，在鉆至微風化巖石面時鉆進慢且鉆機力度大，鉆桿在巖層鉆進過程中晃動過大，由于隧道管片處孔位固定，造成管片處扭矩大。在主隧道右側施工冷凍管時，靠近大里程側的冷凍管鉆孔受砂層及巖石層的影響，在鉆進過程中已磨損壞3 條鉆桿，須重新鉆孔，嚴重影響冷凍孔完成時間，造成冷凍帷幕時間推后。為把控節(jié)點時間，對鉆孔工藝進行改進，改進工藝如下：

⑴更換更加耐磨的復合片金鋼鉆頭。

⑵循環(huán)泥漿的比重加大，選用納基膨潤土。

⑶電焊工焊接絲扣時預留5mm 縫隙，焊接電流由105A 增加至120A 左右，使焊接更加飽滿，增加焊接強度。

⑷焊接好的接頭，停頓5min 左右使其自然冷卻，避免淬火造成的焊接強度下降。

⑸鉆孔至巖層，降低鉆速，鉆動扭矩增大時來回抽動鉆桿，勻速進尺。

⑹遇水壓較大的砂層增加一套密封裝置。

⑺更改89×8mm 鉆桿公母絲連接方式為雙內絲加連接絲方式，增強公母絲絲扣連接點強度，減少斷管現象。

經過改進，成孔速度大大提升，每天的鉆孔完成數量超過了預定的計劃目標，追趕上了耽擱的時間，并提前5 天完成左右線冷凍管的全部鉆孔施工，為橫通道凍結提供更寬裕的凍結時間。

5 結語

經對凍結效果進行分析，冷凍管的設計布局及施工進度達到了設計預期目的，橫通道及泵房高承壓水部位的開挖及混凝土澆注工作比原施工進度計劃提前了10多天，為主隧道無砟道床及軌道鋪設提供了良好的條件。