地鐵聯(lián)絡(luò)通道局部?jī)鼋Y(jié)加固施工技術(shù)實(shí)踐

孔 令 輝

(北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

地鐵聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法進(jìn)行加固施工在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。凍結(jié)壁設(shè)計(jì)要求一般為形成完全封閉隔水且具有可靠承載能力的凍結(jié)體，方可在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行開挖及構(gòu)筑。但對(duì)于土巖結(jié)合地層的聯(lián)絡(luò)通道，若巖體強(qiáng)度足夠高且完整性較好時(shí)，采用全斷面冷凍的方式雖安全可靠，但綜合考慮工程經(jīng)濟(jì)性及施工工期等方面可能不是最優(yōu)的選擇。此時(shí)根據(jù)地層情況對(duì)土體及巖石破碎部分進(jìn)行凍結(jié)加固，而對(duì)于較完整的巖體部分視裂隙發(fā)育情況進(jìn)行注漿等措施加固也可形成隔水效果良好且具有可靠承載力的加固體。本文以濟(jì)南地鐵R2線某聯(lián)絡(luò)通道施工為例，探討如何在該類地層中安全實(shí)現(xiàn)局部?jī)鼋Y(jié)加固下的聯(lián)絡(luò)通道施工。

1 工程概況

濟(jì)南軌道交通R2線某聯(lián)絡(luò)通道及泵房線間距16.5 m，頂覆土埋深22.636 m。如圖1所示，通道位于粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖、強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖以及中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖中，通道底部約1 m深度范圍及以下整個(gè)泵房均為中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖。根據(jù)地勘資料，全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖：原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已破壞，不可辨，巖芯多呈砂柱狀，手捏易碎，巖芯采取率80%～85%，鉆進(jìn)速度快；強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖：原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造較清晰，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀、扁～短柱狀，偶有長(zhǎng)柱狀，錘擊易碎，巖芯采取率75%～85%，RQD=0～10。

巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ；中等風(fēng)化閃長(zhǎng)巖：灰綠色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，可見方解石巖脈，巖芯多呈柱狀，柱長(zhǎng)10 cm～25 cm，錘擊聲悶，巖芯采取率80%～90%，RQD=50～65。巖石堅(jiān)硬程度為較硬巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ。局部夾有全～強(qiáng)風(fēng)化軟夾層。該處地下水位埋深為地面以下2 m～3 m，水壓較大。全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖及中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖內(nèi)地下水均為基巖裂隙潛水，裂隙發(fā)育、風(fēng)化程度較高；中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖層巖體較完整，裂隙不發(fā)育。

原設(shè)計(jì)方案采用凍結(jié)法加固形成完整的凍結(jié)壁，聯(lián)絡(luò)通道在凍結(jié)壁保護(hù)下進(jìn)行開挖構(gòu)筑，凍結(jié)孔布置見圖2。

2 工況分析及優(yōu)化方案

聯(lián)絡(luò)通道側(cè)墻下部?jī)鼋Y(jié)孔施工過程中記錄遇到中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖的位置，最終確認(rèn)中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖與強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖交界面接近聯(lián)絡(luò)通道底板結(jié)構(gòu)上表面，近水平走向。后施工探孔7根，分別位于通道底板位置及泵房底部，如圖3所示。所有探孔取芯均為完整巖石，探孔內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)裂隙水。

原設(shè)計(jì)方案通道及泵房位置均采用凍結(jié)法加固，經(jīng)探孔確認(rèn)該處中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖巖體完整，無裂隙發(fā)育，可視為不含水且不透水的相對(duì)隔水層，可取消通道底部及泵房部位的凍結(jié)壁。為保證凍結(jié)壁與隔水層之間良好搭接，將凍結(jié)孔嵌入隔水層2 m以上，如圖3,圖4所示。上部?jī)鼋Y(jié)壁形成后通過設(shè)置在加固圈范圍內(nèi)的泄壓孔判斷是否交圈，若能正常交圈則說明底部巖體隔水效果良好，若不能判斷交圈則在通道底板位置施工長(zhǎng)探孔，若發(fā)現(xiàn)有裂隙水則采用水泥漿液進(jìn)行注漿封堵。

3 施工工藝流程

3.1 施工流程

開挖構(gòu)筑施工流程為：鉆孔施工→施工下部探孔并視破碎情況進(jìn)行注漿加固→積極凍結(jié)同時(shí)進(jìn)行開挖構(gòu)筑施工準(zhǔn)備→隧道預(yù)應(yīng)力支撐安裝→打開洞口管片→通道掘進(jìn)與支護(hù)層施工→施工防水層→通道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層施工→泵房開挖與臨時(shí)支護(hù)→泵房防水層施工→鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層施工→充填注漿→融沉注漿。

3.2 積極凍結(jié)

設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。檢查確認(rèn)電路系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)正常后才開冷凍機(jī)。冷凍機(jī)先空轉(zhuǎn)1 h～3 h，觀察運(yùn)轉(zhuǎn)是否異常。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要逐步調(diào)節(jié)能量、壓力、溫度和電機(jī)負(fù)荷等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)設(shè)備規(guī)程和運(yùn)行要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。

積極凍結(jié)7 d鹽水溫度降至-18 ℃～-20 ℃；積極凍結(jié)15 d鹽水溫度降至-24 ℃以下；開挖時(shí)凍土和管片交接范圍內(nèi)平均溫度低于-5 ℃，鹽水溫度降至-28 ℃以下，去、回路鹽水溫差不大于 2 ℃。如鹽水溫度或鹽水流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)根據(jù)凍結(jié)效果決定是否延長(zhǎng)積極凍結(jié)時(shí)間。

在聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)開挖范圍內(nèi)的隧道管片上設(shè)計(jì)有4個(gè)泄壓孔，其上安裝有泄壓閥門及壓力表。積極凍結(jié)期間保持泄壓閥門關(guān)閉，持續(xù)觀察泄壓孔壓力變化情況，當(dāng)泄壓孔壓力持續(xù)上漲，超過原始地層水壓時(shí)說明凍結(jié)壁已經(jīng)交圈，凍結(jié)壁及下部注漿加固體包裹范圍內(nèi)的土體因受凍脹作用使得內(nèi)部水壓上升，說明加固體封水效果良好。此為判斷加固效果的重要依據(jù)。

凍結(jié)施工期間，進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫監(jiān)測(cè)。每個(gè)凍結(jié)孔內(nèi)布置2個(gè)～3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，采用DS18B20探頭，該類探頭可采用單線總線連接方式，將探頭通過屏蔽線接入測(cè)溫模塊，輸出485信號(hào)后，再采用485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，將數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)，通過組態(tài)軟件或云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.3 開挖方式

根據(jù)工程及地質(zhì)特點(diǎn)，先進(jìn)行通道部分開挖及結(jié)構(gòu)施工，然后進(jìn)行泵房部分開挖及結(jié)構(gòu)施工。

開挖時(shí)上部土層部分采用小型挖機(jī)及人工風(fēng)鎬進(jìn)行土方開挖，并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)。上部土體在凍結(jié)壁保護(hù)下開挖，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴漿封閉開挖面，以免凍結(jié)壁長(zhǎng)期暴露于空氣中化凍掉塊。

中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖部分因市區(qū)范圍內(nèi)禁止使用爆破工藝施工，選擇采用大功率水鉆取芯切割+液壓柱狀劈裂棒破碎施工工藝。該工藝具有操作簡(jiǎn)單，成本低，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。劈裂棒動(dòng)力為液壓泵，可提供120 MPa的壓力，理論分裂力1 200 t。具體如下：上部軟土層開挖完成后清理工作面，采用水鉆鉆頭φ121 mm，沿聯(lián)絡(luò)通道四周開挖輪廓面垂直向下分層取芯，相鄰取芯孔相互搭接，將巖體切割成塊，每層深度以0.7 m～0.9 m為宜。可將巖體用水鉆取芯再度分割為較小的塊體。最后在小塊巖體上間隔0.5 m～1.0 m梅花形布孔，將劈裂棒放入孔中，將巖體劈裂。將破碎后的小塊采用挖機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備清除。一層開挖完成后繼續(xù)進(jìn)行下一層的施工，如圖5所示。

4 施工情況

本工程共施工48個(gè)凍結(jié)孔，下部探孔取芯干燥無水，且注漿時(shí)不吃漿。凍結(jié)第3天鹽水溫度下降至-18 ℃，凍結(jié)第6天下降至-28 ℃。開挖時(shí)鹽水溫度去路-28.1 ℃，回路-26.2 ℃，溫差1.9 ℃。積極凍結(jié)40 d時(shí)，通過各測(cè)溫孔數(shù)據(jù)判斷凍結(jié)壁厚度最薄弱處2.12 m，凍結(jié)壁平均溫度-10.9 ℃，達(dá)到設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度不小于2.1 m、平均溫度不高于-10 ℃的要求。泄壓孔壓力凍結(jié)第21天時(shí)開始上漲，原始地層水壓約0.21 MPa，泄壓孔最高水壓漲至0.35 MPa時(shí)(第28天)開始泄壓。最終泄壓孔內(nèi)水排空，無持續(xù)帶壓力水流出。

開挖過程中土體干燥，開挖面無滲漏水情況發(fā)生，開挖過程中將以下問題作為關(guān)鍵控制點(diǎn)：1)上部開挖時(shí)嚴(yán)格控制開挖步距，凍結(jié)壁暴露時(shí)間不超過24 h；2)每天關(guān)注測(cè)溫孔數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，如有異常及時(shí)分析原因，采取措施；3)每天巡視開挖面情況，特別是凍結(jié)壁與下部硬巖層交界面處。現(xiàn)場(chǎng)安裝有防護(hù)門，配備噴漿機(jī)、注漿泵、聚氨酯、雙快水泥等應(yīng)急設(shè)備和物資，并制定了應(yīng)急預(yù)案。

施工過程中未出現(xiàn)異常情況。從聯(lián)絡(luò)通道開孔施工到積極凍結(jié)再到開挖構(gòu)筑，隧道沉降、收斂，周邊建筑物和上部地表沉降較小，最大地表沉降量-2.12 mm，隧道最大變形量-0.32 mm，均在警戒值范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

本工程根據(jù)工程特點(diǎn)，因地制宜，采用凍結(jié)法進(jìn)行局部?jī)鼋Y(jié)，實(shí)際施工加固體效果良好，保證了開挖及構(gòu)筑工作的順利進(jìn)行。凍結(jié)法具有加固效果均勻，可檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可通過測(cè)溫孔及泄壓孔方便地進(jìn)行凍結(jié)效果判斷。對(duì)于非凍結(jié)加固區(qū)的加固效果的評(píng)判，可采用探孔方式進(jìn)行探水，判斷裂隙發(fā)育情況及涌水量。該類工程重點(diǎn)在于保證凍結(jié)區(qū)與非凍結(jié)區(qū)搭接效果。