軟土條件下聯絡通道凍結施工

胡俊杰，胡敏清，田中勝，豐曉文

（北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101）

1 工程概況

濱海新區B1 線某盾構區間右線里程為YDK13+429.577～YDK14+853.774，長1 424.197 m；左線里程為ZDK13+429.577～ZDK14+853.774，短鏈20.255 m，長度為1 403.942 m。隧道縱坡為“V”形坡，最大縱坡為25.07‰，區間為地下雙線單圓隧道，盾構直徑6.8 m，隧道內徑、外徑分別為5.9 m、6.6 m，管片厚度350 mm，區間設置兩處聯絡通道，區間里程右線YDK14+017.500 處設置1#聯絡通道兼泵房，聯絡通道長7.6 m，內寬2.5 m、高2.75 m，泵房長3.5 m、寬2.3 m、高3.0 m，軌面標高-22.368 m；2#聯絡通道，軌面標高-20.118 m，聯絡通道內寬2.5 m，高2.75 m，長7.27 m，用凍結法加固地層，開挖采用礦山暗挖法。

聯絡通道呈直墻圓拱結構形式，聯合應用鋼筋格柵、噴射C25 混凝土（250 mm 厚）的方法起支護作用，二次襯砌材料采用C45P10 鋼筋混凝土，厚度以300 mm 為主，泵房處增厚至400 mm。泵房臨時支護和二次襯砌結構層之間鋪設50 mm厚防水保護層。于臨時支護和二次襯砌之間設防水層，采用自粘膠膜防水卷材，厚1.5 mm，以此全面提升結構的防水性能。

2 地質條件

區間1#聯絡通道兼泵房位于⑧1 層粉質黏土、⑧2 層砂質粉土、⑨1 層粉質黏土、⑨1t 層黏質粉土層中，頂部為⑧1 層粉質黏土、⑧2 層砂質粉土，泵房底板下為⑨1 層粉質黏土；2#聯絡通道位于⑦層粉質黏土、⑧1 層粉質黏土、⑧2 層砂質粉土，頂部為⑦層粉質黏土，底部為⑧2 層砂質粉土。

本區間場地區域不良地質作用主要為地面沉降，引起地面沉降的原因主要為區域地下水超量開采、欠固結土固結和大量的工程建設。地面沉降對地鐵的危害主要為：過大的不均勻沉降會導致地鐵結構變形和滲漏；區域地面沉降將導致地面標高損失。為此，需充分考慮地面沉降問題，基于所得信息預測其可能會對地鐵造成的不良影響。

現場地下水分布方面，以承壓含水層為主，其中第一層：

本次擬建的盾構區間的抗浮設計水位可按大沽標高2.50 m 考慮。承壓水對混凝土有微腐蝕作用?？傮w來看，區間承壓水對混凝土結構存在一定影響，程度以弱腐蝕為主。

3 場地和地基的地震效應

本場地地形比較平坦，有厚層的軟弱土分布，且分布有輕微液化粉土、粉砂層，根據GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016 年版）有關條款綜合判定，盾構區間所在區域屬于建筑抗震不利地段。

位于淤泥質土中的盾構結構均應考慮震陷的影響，建議對淤泥質黏土進行加固處理，避免震陷的影響；盾構結構位于淤泥質土之下，但是由于是線性工程，在淤泥質土中的盾構結構震陷的影響也會對未在淤泥質土的盾構結構產生不均勻沉降的影響。

4 冷凍設計

1）由專業單位開展凍結設計工作，根據各部位的情況合理設置凍結壁厚度，以聯絡通道、喇叭口兩處為例，該值均為2 m，平均溫度為-10 ℃。

2）凍土強度指標：彎折抗拉強度不小于2.0 MPa，單軸抗壓強度不小于3.6 MPa，抗剪強度不小于1.5 MPa（-10 ℃條件下）。

3）經校核，1#聯絡通道左右線里程分別為YDK14+017.500、ZDK14+001.949，左右線軌面標高分別為-22.368 m、-22.356 m。2#聯絡通道左右線里程分別為YDK14+480.000、ZDK14+460.179，左右線軌面標高分別為-20.118 m、-20.133 m。凍結管長度及方位滿足凍結設計要求。因該地層含鹽量較高，凍土強度指標已做相應調整，確保風險可控。根據施工地質情況，聯絡通道主要處于黏土層及粉土層中，地層凍脹量差異較小，對凍結管的影響較小，原凍結設計滿足相應要求。

4.1 凍結孔布置

1）區間1#聯絡通道兼泵房設計凍結孔70 個（其中，主線48 個，對側22 個，包括對穿孔4 個）凍結孔長度為536.86 m。

2）區間2#聯絡通道設計凍結孔57 個（其中，主線40 個，對側17 個，包括對穿孔4 個）凍結孔長度為358.86 m。

3）各聯絡通道主、副凍結孔布置根據盾構區間實際施工情況，可將主、副凍結孔互換施工。

4）以管片配筋情況為主要參考，做適當的調整，但此時不可與主筋、管片螺栓孔、管片縫產生干擾。為考慮在施工下部泵站凍結孔時兩側隧道打到中間交接時相互碰上，鉆進時根據兩側隧道凍結孔的方位角0.1°～0.2°進行調整，以避開對側凍結孔。并根據管片配筋情況和管片加強筋位置，在避開主筋的前提下可適當調整鉆孔位置[1]。

4.2 凍結需冷量

以DG/TJ 08-902—2006《旁通道凍結法技術規程》為依據，按如下方法展開計算，確定凍結需冷量：

式中，Q為凍結需冷量，kJ/h；d為凍結管直徑，mm；H為凍結管總長度，mm；K為凍結管散熱系數。

4.3 凍結制冷設備選型

根據聯絡通道需冷量情況，選用TBSD620.1J 型螺桿鹽水冷凍機組3 臺（單臺冷凍機工況制冷量為41.86×104kJ/h），其中1 臺備用，能滿足設計需要。

各功能管的具體材料為：凍結管、測溫孔管，均選用φ89 mm×8 mm、20#低碳無縫鋼管；鹽水干管和集配液圈采用φ159 mm×4 mm 無縫鋼管；冷卻水管采用φ127 mm×4 mm 供水鋼管；供液管采用φ45 mm×5 mm 塑料管。

5 聯絡通道融沉注漿的施工工藝

1）注漿管埋設。融沉注漿管一般采用φ60 mm 無縫鋼管，長度以穿透初襯達到凍土帷幕為原則。

2）注漿材料。以水灰比為1∶1 的單液水泥漿為宜，遇地面大幅度沉降的情況時，可先用雙液漿加以控制，此時按照水泥漿∶水玻璃=1∶1 的關系予以配制。為此，在現場準備足量的水玻璃，以備不時之需。

3）注漿流程。按照先底板、后側墻的順序依次注漿，對于底板，首先從通道中部開始注漿，再向兩端有序推進，完成整個凍結區域的注漿作業。

4）注漿參數。注漿壓力不大于0.5 MPa，注漿流量10～20 L/min。

5）注漿時間。聯絡通道在一天內的沉降超0.5 mm，或產生的累計沉降超1.0 mm 時，均有必要安排融沉注漿。

6）注漿原則及方法。遵循“少量、多次、均勻”的基本原則。依照工程經驗，單孔一次注漿量為0.5 m3，最大不超過1 m3，實際注漿過程中嚴格控制好注漿壓力，每孔注漿以注漿壓力達到0.5 MPa 為結束標準，同時結合地面沉降實時調整。正式注漿前，先開啟注漿管及相鄰的注漿管閥門，注漿期間加強檢查，判斷相鄰孔的狀態，待其連續出漿時，隨即將鄰孔閥門關閉。定量壓入后即可停止本孔注漿，關閉閥門，然后接著對鄰孔注漿[2]。注漿管內竄漿時，若未及時處理，該部分將發生固結，從而出現堵管現象?？捎瞄L沖擊鉆頭予以處理，有效通管。采用鉆孔前進式注漿工藝，即從支護層外側凍土或管片外側凍土開始打孔注漿，本次注漿孔深比上次孔深深5～10 cm，以此類推，直至融沉注漿施工結束。

7）注漿期間的監測。化凍過程中，加強監測，準確掌握地面變形、凍土溫度、凍結壁厚和水土壓力幾項關鍵參數，根據實測結果采取有效的控制措施。對于注漿壓力的監測，較為適宜的方法是在相鄰孔安裝壓力表，根據該儀器顯示的數據加以判斷。

6 地表變形監測

著重考慮聯絡通道及泵站影響范圍內的地表，加強對此類區域的沉降監測，根據實測數據判斷變形情況。以聯絡通道中部地面為例，該區域的監測結果如圖1 所示?？梢园l現，融沉注漿初始沉降相對較大，而在注漿量逐步增加的情況下，得益于注漿的加固作用，融化沉降得到了有效控制，地表上抬。解凍期間，漿體周邊的未解凍土融化，形成新孔隙，地表有下沉的跡象，但在后續的補漿過程中，地表隨之上抬。以多次補漿的方法完成現場融沉注漿作業，可以發現在整個過程中地表變形曲線呈波浪狀。注漿量共計82 t，地表最大抬升在1 mm以內，變形沉降在3 mm 以內，均在可控范圍。

圖1 融沉注漿期間通道中部地表變形曲線

7 風險分析及應對措施

基于整個場所具備的穩定性展開進一步分析發現，凍結孔鉆孔的精度不易控制，在鉆孔與切割凍結管時，易發生涌水及涌砂災害。

應對措施：

1）鉆孔施工保證措施。加強水平凍結孔鉆孔精度的控制，每次鉆孔施工前應對孔位進行復核檢查，確保孔位與設計方案一致，每進尺3 m 復核鉆孔垂直度，出現偏差及時進行糾偏；加強對凍結孔施工精度和凍結管焊接質量的控制，采用長度為150 mm 的外接箍圍焊，檢測凍結管的垂直度，確保凍結管偏斜率＜1%；預防水平凍結孔施工精度問題；

2）加強凍結孔鉆孔施工，如出現涌水涌砂及時關閉孔口管球閥，對其進行二次注漿，加固地層后再施工，同時做好結構與凍結孔滲漏水的管理[3]。及時對滲漏水問題進行處理，實施注漿封堵，保證鉆孔施工效率與質量。

8 結語

本文基于聯絡通道的工程特征、地質條件及場地和地基的地震效應，歸納了注漿管的埋設、材料的選擇、施工順序等技術要點，并分析了聯絡通道施工中存在的風險，同時介紹了聯絡通道融沉注漿的施工工藝并對地表變形進行了監測，監測結果顯示各項指標在可控范圍內。嚴格執行聯絡通道融沉注漿的施工工藝標準，加強聯絡通道施工風險控制，才能降低風險事故的發生頻率，減少經濟損失，確保工程建設效果，實現質量安全及緊急效益等多重目標。

【收稿日期】2022-04-27