地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道工程地層凍結(jié)法施工技術(shù)

摘要：在介紹某地鐵工程聯(lián)絡(luò)通道的地質(zhì)概況和施工方案的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了該聯(lián)絡(luò)通道工程采用地層凍結(jié)法在凍結(jié)帷幕主要技術(shù)參數(shù)、管孔布置、凍結(jié)帷幕參數(shù)、輔助設(shè)備和管路材料、凍結(jié)孔施工、冷凍站安裝、積極凍結(jié)和維護(hù)凍結(jié)以及融沉監(jiān)測和收尾工作等方面的施工技術(shù)，可供從事地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道工程施工技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;聯(lián)絡(luò)通道;地層凍結(jié)法;施工技術(shù)

1" "工程地質(zhì)概況

某地鐵上下行隧道之間的聯(lián)絡(luò)通道與泵站合建，距離聯(lián)絡(luò)通道正上方14m處建有居民區(qū)，但該區(qū)域沒有敷設(shè)重要市政管線。聯(lián)絡(luò)通道所在地層的上部、中部含較多的砂質(zhì)粉土和粉砂夾砂質(zhì)粉土，其透水性較強(qiáng)、強(qiáng)度偏低、具有壓縮性，在外部動力作用下容易發(fā)生大幅度流變現(xiàn)象。因此在聯(lián)絡(luò)通道和泵站施工中，要針對其上述地質(zhì)情況采取地層凍結(jié)法組織施工，以此創(chuàng)設(shè)安全的施工環(huán)境。

2" "施工方案

在擬建聯(lián)絡(luò)通道施工區(qū)域的外圍地層，鉆出若干個(gè)水平和傾斜狀態(tài)的凍結(jié)孔，在凍結(jié)孔內(nèi)設(shè)置凍結(jié)管，通過冷凍系統(tǒng)對該聯(lián)絡(luò)通道外圍的地層進(jìn)行凍結(jié)加固，構(gòu)成嚴(yán)密且強(qiáng)度較高的凍結(jié)帷幕（凍結(jié)墻），以此有效提高施工區(qū)域外圍土體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和封水性能。在凍結(jié)帷幕內(nèi)側(cè)采用礦山法組織土方開挖，并完成聯(lián)絡(luò)通道和泵房主體工程的施工任務(wù)。

3" "地層凍結(jié)法施工技術(shù)

3.1" "凍結(jié)帷幕主要技術(shù)參數(shù)

凍結(jié)帷幕平均溫度為-10℃，成型凍土所具備的力學(xué)性能如下：單軸抗壓強(qiáng)度為3.6MPa，抗剪強(qiáng)度為1.6MPa，抗折強(qiáng)度為1.8MPa;無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥3.0MPa。

3.2" "管孔布置

3.2.1" "凍結(jié)孔的布置

在上、下行線隧道里，按照上仰、水平、下俯3種角度布置凍結(jié)孔。共布置78個(gè)凍結(jié)孔，其中上行線隧道里布置64個(gè)、下行線隧道里布置14個(gè)。此外根據(jù)施工需要，設(shè)置4個(gè)上、下行線隧道的穿透孔，以此形成數(shù)量、位置適宜的凍結(jié)孔。

3.2.2" "測溫孔的布置

在上、下行線隧道里，共布置8個(gè)測溫孔，上、下行線隧道各4個(gè)。使用這8個(gè)測溫孔測量凍結(jié)帷幕的溫度，其深度各不相同，在2～6m之間，以便掌握凍結(jié)帷幕不同部位的溫度。根據(jù)實(shí)際情況采取相適應(yīng)的溫度控制措施，以達(dá)到凍結(jié)帷幕完整和安全施工的目的。

3.2.3" "卸壓孔的布置

在上、下行線隧道里，共布置4個(gè)卸壓孔，上、下行線隧道各2個(gè)。在完成卸壓孔的布置且尺寸滿足要求后，安裝壓力表，以此測定凍結(jié)帷幕的壓力值，以便根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)對凍結(jié)帷幕的形成情況做出準(zhǔn)確判斷。卸壓孔可用于釋放凍脹壓力，增強(qiáng)凍結(jié)帷幕的穩(wěn)定性。

3.3" "凍結(jié)帷幕參數(shù)

凍結(jié)帷幕分為2個(gè)階段，即積極凍結(jié)期和維護(hù)凍結(jié)期。其中積極凍結(jié)期的鹽水溫度為-30～-28℃，維護(hù)凍結(jié)期的鹽水溫度為-28～-25℃。積極凍結(jié)期為40天，根據(jù)隧道開挖和結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)度調(diào)整維護(hù)凍結(jié)期，兩者保持協(xié)調(diào)一致，也就是維護(hù)凍結(jié)期需貫穿隧道開挖和結(jié)構(gòu)施工的始終。各凍結(jié)孔流量均不小于3m3/h。對不同時(shí)段的鹽水溫度要求有所不同，凍結(jié)7天需降至-18℃以下，凍結(jié)15天需降至-28℃以下。開挖施工環(huán)節(jié)，凍結(jié)帷幕的溫度必須降至-28℃以下。

3.4" "輔助設(shè)備和管路材料

3.4.1" "輔助設(shè)備

凍結(jié)系統(tǒng)的輔助設(shè)備包括2臺IS150-125-315型鹽水循環(huán)泵、2臺IS150-125-315型冷卻水循環(huán)泵和2臺NBL-50型冷卻塔。

3.4.2" "管路材料

凍結(jié)管采用20#低碳鋼材質(zhì)Φ89×8mm無縫鋼管，單根長度為1～1.5m，鋼管之間使用絲扣連接;測溫管和卸壓管均為Φ32×3.5mm無縫鋼管;供液管采用普通鋼管，通過焊接連接;冷卻水循環(huán)管采用Φ133×4.5mm無縫鋼管;鹽水干管和集配液圈均采用Φ159×6mm無縫鋼管;冷凍排管采用Φ32×3.5mm無縫鋼管。

3.5" "凍結(jié)孔施工

3.5.1" "定位與開孔

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所有管孔均應(yīng)避開隧道的管片縫、螺栓、鋼管片肋板和主筋。管孔按照施工圖經(jīng)過準(zhǔn)確測量后，確定其位置并放線。采用J-200型金剛石鉆機(jī)開孔，根據(jù)開孔尺寸配置Φ130mm金剛石取芯鉆頭，取芯孔深度為200～250mm。用鋼楔斷開鉆成的巖心，將該巖心完整取出后，向孔中安裝提前制成的孔口管，并固定在隧道管片上。待孔口管穩(wěn)固后安裝密封裝置，保證其具有足夠的密封性。

3.5.2" "鉆孔方法

先設(shè)置穿透孔，成型后進(jìn)行檢測，并根據(jù)實(shí)測結(jié)果確定偏差，據(jù)此對鉆進(jìn)參數(shù)做必要調(diào)整。以設(shè)定的孔位為準(zhǔn)，按照自上而下的順序有序進(jìn)行鉆孔施工。此方法可高效完成鉆孔作業(yè)，且下層鉆孔施工不會對其上部地層帶來擾動。

3.5.3" "鉆孔參數(shù)的控制

管孔偏斜量需控制在150mm內(nèi)，單排管孔的最大間距不宜超過1.4m，多排管孔的最大間距不宜超過1.68m。若管孔間距過大，則需及時(shí)補(bǔ)孔。在鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格控制鉆孔深度，不可小于設(shè)計(jì)值。

3.5.4" "鉆孔施工和質(zhì)量檢測

鉆孔采用MD-50型鉆機(jī)，配備BW250型泥漿泵，利用Φ89×8mm無縫鋼管制作的凍結(jié)管作鉆桿。凍結(jié)管（包括測溫管和卸壓管）采取絲扣加焊接的連接方法。待接頭螺紋緊固后，再使用手工電弧焊接方法將接頭處焊接牢固，以增強(qiáng)凍結(jié)管連接的穩(wěn)固性。

鉆孔時(shí)安裝簡易鉆頭，全程均在無水條件下鉆進(jìn)。因某些特殊原因而導(dǎo)致鉆進(jìn)難度較大時(shí)，可在鉆頭處安裝單向閥門，采取帶水鉆進(jìn)方式，保證鉆進(jìn)作業(yè)的順暢性。當(dāng)凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，清理安裝在鉆頭處的單向閥，并對凍結(jié)管端部做密封處理。

鉆孔時(shí)存在較多干擾因素，需監(jiān)測孔位的偏斜情況，若出現(xiàn)偏斜應(yīng)及時(shí)糾正。凍結(jié)管深度滿足要求且偏斜量得到有效控制后，則以0.8MPa壓力進(jìn)行打壓試漏，并維持該壓力15min。期間若無壓力異常波動的情況，則凍結(jié)管安裝完成。此后，向凍結(jié)管內(nèi)置入供液管，再以焊接方式設(shè)置端蓋和出入回路接頭。

3.6" "冷凍站安裝

3.6.1" "布設(shè)位置和配套設(shè)備

在上行線隧道內(nèi)臨近聯(lián)絡(luò)通道的位置布設(shè)冷凍站。該冷凍站主要配套設(shè)備包括冷凍機(jī)、清水泵、鹽水泵、冷卻塔、配電控制柜等。

3.6.2" "管路的連接和保溫

管路采用法蘭連接，以保證連接的嚴(yán)密性與穩(wěn)定性。鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上均安裝測試元件，包括閥門、測溫儀、壓力表等。

鹽水管路保溫層的厚度為50mm，在其外側(cè)包扎塑料薄膜。每組凍結(jié)管的出口部位均設(shè)置1個(gè)閥門，以便在使用過程中根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)閥門開度，實(shí)現(xiàn)流量控制。蒸發(fā)器和低溫管路采用包裹棉絮構(gòu)成的保溫層進(jìn)行保溫;鹽水箱和鹽水干管采用厚度為50mm的保溫板進(jìn)行保溫（也可采用棉絮包裹）。

此外，還要對聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)管片的表面進(jìn)行保溫，盡可能減少其溫度損失。使用適量的素混凝土，將其填充至鋼管片格柵內(nèi);在凍結(jié)帷幕發(fā)展區(qū)域的管片處設(shè)置PEF板，以起到隔熱保溫作用。對設(shè)置在冷凍站對側(cè)隧道的凍結(jié)管，應(yīng)注重對其端部進(jìn)行處理。先在該處設(shè)置冷凍排管，再進(jìn)一步設(shè)置PEF板，以達(dá)到保溫效果。

3.7" "維護(hù)凍結(jié)

試運(yùn)轉(zhuǎn)的目的在于檢驗(yàn)凍結(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)所掌握的實(shí)際情況對壓力、溫度等關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)做出調(diào)整，使其穩(wěn)定運(yùn)行。凍結(jié)系統(tǒng)進(jìn)入積極凍結(jié)后，鹽水溫度需穩(wěn)定在-30～-28℃，正常情況下凍結(jié)時(shí)間需達(dá)到40天，凍結(jié)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際凍結(jié)情況以及現(xiàn)場環(huán)境適當(dāng)延長。

以溫度測量結(jié)果為主要依據(jù)，對凍結(jié)帷幕是否交圈及其實(shí)際凍結(jié)厚度做出判定。同時(shí)還判定凍結(jié)帷幕與隧道的膠結(jié)狀態(tài)。若這二者已經(jīng)交圈、滿足凍結(jié)設(shè)計(jì)厚度且已膠結(jié)，則可以進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。維護(hù)凍結(jié)過程中的溫度應(yīng)穩(wěn)定在-28～-25℃。對于維護(hù)凍結(jié)時(shí)間的控制，則需根據(jù)實(shí)際施工情況決定，即必須貫穿聯(lián)絡(luò)通道和泵站的開挖和主體結(jié)構(gòu)施工的始終。

3.8" "融沉監(jiān)測和收尾工作

3.8.1" "融沉監(jiān)測

從現(xiàn)場施工條件來看，地面條件較好，未分布重要管線。在采取凍結(jié)加固的方法后，可有效控制聯(lián)絡(luò)通道和泵站施工范圍內(nèi)土層的融沉，維持地層穩(wěn)定。如果發(fā)生地層融沉現(xiàn)象，可通過聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)上預(yù)留的注漿孔及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿。

3.8.2" "收尾工作

有序拆除施工設(shè)備，將其分類存放至指定位置。統(tǒng)一收集供液管，將供液管中的鹽水清理干凈。對孔口管和凍結(jié)管露出隧道管片的部分做切割處理，在管口處以焊接的方法設(shè)置12mm厚的封口板，實(shí)現(xiàn)對管口的有效封閉處理。

待聯(lián)絡(luò)通道混凝土結(jié)構(gòu)逐步成型且實(shí)測強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，可拆除鋼支架。期間需進(jìn)一步擰緊襯砌環(huán)內(nèi)的連接螺栓，保證其具有足夠的穩(wěn)定性。在集水井上方，按照設(shè)計(jì)要求加蓋尺寸合適的鋼蓋板。

制備適量混凝土用于澆筑鋼管片內(nèi)格柵;外露鋼構(gòu)件需刷涂環(huán)氧瀝青漆形成防護(hù)層，避免銹蝕。對施工現(xiàn)場做全面清理，要求聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)不存在附著泥漿和油污的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 谷丹.地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)[J].工程機(jī)械與維修，2021（1）：110-111.