【摘 要】論文結(jié)合南昌軌道交通1號線艾溪湖東站～太子殿站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工實(shí)例，介紹“隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固周邊土體和定向鉆孔”法在復(fù)雜地質(zhì)條件下的聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用，對凍結(jié)加固施工、凍法法鉆孔施工技術(shù)等進(jìn)行了論述，為凍結(jié)法在各類極其復(fù)雜地層中的超長距離加固開挖施工提供了參照，也為其他類似的施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道；凍結(jié)法；聯(lián)絡(luò)通道；施工技術(shù)；應(yīng)用

引言：

在城市地鐵規(guī)劃設(shè)計中，上下行隧道間通常要設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。地鐵聯(lián)絡(luò)通道常用的施工方法有明挖法、管棚法、土體加固暗挖法、頂管法、小型盾構(gòu)法、土層凍結(jié)法。隨著近年來地下工程的迅速發(fā)展，凍結(jié)法加固技術(shù)因?yàn)槠浞浪Ч?，對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)而越來越多地應(yīng)用于城市地鐵建設(shè)中。隧道內(nèi)凍結(jié)法加固，即沿開挖斷面周邊布置與聯(lián)絡(luò)通道方向基本水平或傾斜凍結(jié)孔，然后在凍結(jié)孔中循環(huán)低溫鹽水，使凍結(jié)孔附近的含水地層結(jié)冰，形成強(qiáng)度高、封水性好的水平凍土帷幕，在凍土帷幕的保護(hù)下進(jìn)行開挖與構(gòu)筑施工。合理選用凍結(jié)法施工工藝，可以確保土體加固質(zhì)量和聯(lián)絡(luò)通道開挖安全。

一、工程概況

本南昌軌道交通某工程區(qū)間長度1316.824m，采用單圓盾構(gòu)隧道，盾構(gòu)基礎(chǔ)底板埋深12.5m～26.2m，隧道內(nèi)凈空5.4m，管片厚度0.3m。其中1#聯(lián)絡(luò)通道線間距35.1m，是目前國內(nèi)最長的地鐵聯(lián)絡(luò)通道，采用水平凍結(jié)法進(jìn)行施工，即是圓礫層中超長聯(lián)絡(luò)通道水平凍結(jié)法施工技術(shù)。

（1）1號聯(lián)絡(luò)通道工程線間距長達(dá)35.1米，埋深22米，為國內(nèi)最長的地鐵聯(lián)絡(luò)通道，土層巖性由上向下依次為素填土（厚3m）、粉質(zhì)粘土（厚6m）、細(xì)砂（厚1m）、中砂（厚2m）、粗砂（厚2m）、礫砂（厚6m）、圓礫（厚2m），采用水平凍結(jié)法預(yù)加固+礦山法開挖進(jìn)行施工；

（2）通道位于圓礫層中有承壓水且聯(lián)絡(luò)通道處于疊線隧道正下，且聯(lián)絡(luò)通道泵站集水井處凍結(jié)管均處于中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)度較高，凍結(jié)管難以鉆進(jìn)，施工難度及風(fēng)險極高；

（3）通道正上文是南昌市最繁忙的紫陽大道，路面下方有DN150雨污合流管、DN800供水管、強(qiáng)弱電等重要管線；

（4）凍結(jié)孔布孔總數(shù)118個，凍結(jié)孔總長度1909.4m（左線隧道凍結(jié)孔59個，右線布置59個），鉆孔深度由5.4m～18.3m不等，中間部分搭接長度為2m；

（5）擬建場地地下水類型可分為上層滯水、松散巖類孔隙水、紅碎屑巖類裂隙溶隙水三種類型。

二、研究內(nèi)容

超長水平凍結(jié)在圓礫層中的適用特性，實(shí)施雙面打孔的施工組織要點(diǎn)、控制圓礫層中超長鉆孔精度的技術(shù)難題等一系列在圓礫層中實(shí)施超長水平凍結(jié)的施工組織要點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵等內(nèi)容。

三、研究目標(biāo)

1、鉆孔精度技術(shù)指標(biāo)：凍結(jié)孔成孔間距控制在1.5m之內(nèi)，凍結(jié)孔允許偏斜（凍結(jié)成孔軌跡與設(shè)計軌跡之間的距離）250mm；

2、凍結(jié)厚度技術(shù)指標(biāo)：凍結(jié)帷幕厚度不小于2.2m；

3、安全可靠的完成聯(lián)絡(luò)通道的開挖及構(gòu)筑施工；

4、后期融沉控制技術(shù)指標(biāo)：聯(lián)絡(luò)通道隧道收斂15mm，拱頂下沉10mm，地表沉降+10～-30mm。

四、水平凍結(jié)法施工技術(shù)的應(yīng)用

1、材料

凍結(jié)材料：二氟一氯甲烷（R22）制冷劑、工業(yè)鹽水（40Be）

2、設(shè)備配置

鉆頭選用一般鉆頭、合金鉆頭、球齒鉆頭，三種鉆頭配合使用，鉆孔設(shè)備選用MD-80A水平鉆機(jī)成孔；冷凍設(shè)備選用武冷螺桿冷凍機(jī)組，其制冷能力為8.6×104Kcal/hr。

3、施工工藝

4、關(guān)鍵點(diǎn)

（1）鉆孔施工

①為了防止聯(lián)絡(luò)通道在施工過程中出現(xiàn)偏差，在聯(lián)絡(luò)通道鉆孔施工前對左、右線通道中心線和腰線進(jìn)行測量校核，確定是否在同一平面上，校核后準(zhǔn)確方可進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道鉆孔施工；

②鉆孔施工時先施工透孔（即穿透兩條隧道的管片），用來進(jìn)一步校核聯(lián)絡(luò)通道中心線和腰線，根據(jù)透孔的上揚(yáng)角度約為1°及對鉆孔所處的地層，對后續(xù)施工的凍結(jié)孔時將角度向下調(diào)整1°，確保凍結(jié)孔成孔軌跡、終孔偏斜滿足設(shè)計要求；

③鉆孔期間嚴(yán)格控制鉆孔角度，做到鉆孔前放樣校正，鉆孔中鉆機(jī)校核，姿態(tài)調(diào)整，成孔后用經(jīng)緯儀及時測斜；

④鉆孔施工完成后，對所有凍結(jié)孔進(jìn)行打壓試驗(yàn)、測斜和測深，待全部達(dá)到設(shè)計要求后方可進(jìn)行凍結(jié)施工，若達(dá)不到要求，則需要進(jìn)行下套管、補(bǔ)孔等方式處理，以防止后期凍結(jié)時鹽水泄漏而導(dǎo)致凍結(jié)失敗；

⑤采用密封圈和盤根雙重密封裝置，最大限度的減少層泥沙流失；根據(jù)流沙情況，及時進(jìn)行孔口封堵注漿及地層充填注漿，以流失多少注多少為原則，有效降低地表沉降；

⑥針對不同的地層情況選用相應(yīng)的鉆頭，在細(xì)砂、中粗砂、礫砂施工時直接使用凍結(jié)管鉆進(jìn)，選用一般鉆頭；在圓礫層鉆進(jìn)施工時，選用鉆頭處焊接硬質(zhì)合金合金鉆頭；在強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖層施工時，鉆進(jìn)難度增大，鉆進(jìn)角度較不易控制，一般鉆頭及合金鉆頭磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)卡鉆、扭矩達(dá)大而斷桿現(xiàn)象，此時選用球齒鉆頭。

（2）凍結(jié)施工

① 凍結(jié)前對凍結(jié)管路進(jìn)行串聯(lián)時，通過調(diào)節(jié)每個串聯(lián)孔的長度，使每個凍結(jié)回路總長度基本一致，以確保各串聯(lián)支路的供冷平衡；

②凍結(jié)過程中應(yīng)觀察泄壓孔的壓力變化情況，當(dāng)壓力值在長時間穩(wěn)定情況下突然上升，則表示凍結(jié)帷幕已形成交圈，一般交圈時間在20～25天，此時，應(yīng)及時釋放凍結(jié)土體的壓力，以防壓力過大而破壞隧道管片；

③在積極凍結(jié)過程中，由于在凍結(jié)期間會產(chǎn)生凍脹力，易對隧道管片產(chǎn)生破壞，聯(lián)絡(luò)通道兩端均需安裝預(yù)應(yīng)力支架，且應(yīng)在凍結(jié)帷幕交圈（即20天）前完成安裝；

④在日常凍結(jié)施工過程中要加強(qiáng)對鹽水溫度、土體溫度、泄壓孔壓力、冷凍設(shè)備和鹽水水位的日常監(jiān)測工作，并做好記錄；

⑤在兩個冷凍站內(nèi)各放置一臺250KV的備用發(fā)電機(jī)，以防止斷電事故的發(fā)生，確保冷凍機(jī)組的持續(xù)運(yùn)行，保證凍結(jié)連續(xù)性；

⑥凍結(jié)循環(huán)時，為加快溫度的降低，循環(huán)水水源采用低溫地下水，同時在循環(huán)水池處安裝兩臺冷卻塔并采用噴灑裝置相結(jié)合，降低循環(huán)水的溫度，確保設(shè)備及時散熱。

5、實(shí)施效果

在1#聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，未出現(xiàn)涌砂涌水、坍落等現(xiàn)象，在保證聯(lián)絡(luò)通道施工安全的同時也確保了隧道貫通按期完成。經(jīng)測深、測斜、打壓、開挖揭露及監(jiān)測，冷凍法施工達(dá)到了預(yù)期效果，凍結(jié)孔成孔間距最大值為1.3m，凍結(jié)孔允許偏斜最大值235mm，凍結(jié)帷幕厚度最小值為3.22m，聯(lián)絡(luò)通道隧道最終收斂值為4mm，拱頂最終下沉值為3mm，地表最終沉降值為-11.6mm，說明水平凍結(jié)法在圓礫層中超長聯(lián)絡(luò)通道施工中得到了成功的應(yīng)用。

五、經(jīng)濟(jì)、社會效益

本項(xiàng)目成功的經(jīng)驗(yàn)為凍結(jié)法在各類極其復(fù)雜地層中的超長距離加固開挖施工提供了參照，也為其他類似的施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市地下工程建設(shè)發(fā)展迅猛，施工地段地層復(fù)雜，復(fù)雜淺埋地層施工越來越多，地面建筑物龐多，該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)填補(bǔ)了這項(xiàng)空白，對國內(nèi)地下構(gòu)筑工程施工將起到極大的促進(jìn)作用，其推廣應(yīng)用的前景廣闊且深遠(yuǎn)，其社會經(jīng)濟(jì)效益巨大，在項(xiàng)目開展實(shí)施中應(yīng)避免聯(lián)絡(luò)通道施工產(chǎn)生涌水涌砂；減少凍脹融沉對地面結(jié)構(gòu)的影響，避免對上部隧道引起上部隧道施工沉降過大及變形，以實(shí)現(xiàn)最大化的直接經(jīng)濟(jì)效益，在安全和施工質(zhì)量上爭創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程。

六、存在的問題、解決措施及建議

由于聯(lián)絡(luò)通道位置離隧道口距離約750m，距離較長，直接采用地泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)混凝土澆筑容易發(fā)生堵管。因此，可在洞口采用泵車將混凝土輸送至隧道口平臺，再由自卸三輪車將混凝土運(yùn)送至聯(lián)絡(luò)通道洞口，到達(dá)聯(lián)絡(luò)通道位置后再由小型泵車將混凝土輸送至工作面。此方法澆筑結(jié)構(gòu)混凝土所耗的時間較長，在混凝土澆筑過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的初凝時間、和易性、坍落度等指標(biāo)，保證結(jié)構(gòu)混凝土的澆筑質(zhì)量。

七、結(jié)論

采用水平凍結(jié)法加固聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)今后將在其他市政、公路等暗挖隧道工程中應(yīng)用具有較好的前景，對加固砂層、保護(hù)周圍構(gòu)筑物、管線、有效的降低暗挖隧道施工的風(fēng)險具有較好的效果。

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