馮　碩，王保貴（鄭州市軌道交通有限公司，河南省 鄭州市 450000）

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地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工

馮碩，王保貴（鄭州市軌道交通有限公司，河南省 鄭州市 450000）

地鐵盾構(gòu)法隧道施工時(shí)，聯(lián)絡(luò)通道可能會(huì)因?yàn)槭┕さ刭|(zhì)和地域氣候的原因，采取不一樣的加固方法。在高溫氣候地區(qū)，聯(lián)絡(luò)通道常用地面旋噴樁加固。而在地質(zhì)松軟地區(qū)，聯(lián)絡(luò)通道常用冷凍法加固。冷凍法施工技術(shù)比傳統(tǒng)加固技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)被我國地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工廣泛采用。本文就此舉例分析了地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的冷凍法施工，探討了冷凍法施工的要點(diǎn)，為冷凍法在我國南方地區(qū)的使用積累經(jīng)驗(yàn)。

地鐵；盾構(gòu)區(qū)間；冷凍法；聯(lián)絡(luò)通道；施工

1　工程概況

上海市M8線成山路站—楊思站區(qū)間隧道，采用盾構(gòu)法施工，襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，通縫拼裝。管片混凝土強(qiáng)度C55，隧道底板埋深約14.9～21.6m，底板標(biāo)高約為-10.2～-16.4m。聯(lián)絡(luò)通道處上、下行盾構(gòu)中心間距為12.80m，上行線隧道中心標(biāo)高-13.712m，下行線隧道中心標(biāo)高-13.738m，聯(lián)絡(luò)通道對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為4.17m。聯(lián)絡(luò)通道所在位置較淺，涉及土層主要為淤泥質(zhì)粘土和粉土，且有微承壓水，工程風(fēng)險(xiǎn)較大，確定采用冷凍法的施工方案。

2　冷凍法加固設(shè)計(jì)

冷凍法是以人工制冷技術(shù)，凍結(jié)地層中的水，增加天然巖土的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，施工人員可在凍結(jié)壁保護(hù)下進(jìn)行地下工程和襯砌施工。在實(shí)施冷凍法之前，要先做好凍結(jié)帷幕的設(shè)計(jì)，并布置好凍結(jié)孔、測(cè)溫孔和卸壓孔。

2.1凍結(jié)帷幕的設(shè)計(jì)

聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)斷面是拱形，結(jié)構(gòu)受力較好。根據(jù)資料顯示，聯(lián)絡(luò)通道埋設(shè)的底板約在18.1m深，凍結(jié)帷幕中心的深度為19.9m。并以靜止壓力得出通道的側(cè)向和上部荷載情況。通道開挖高度為4.3m、寬度為3.1m，帷幕厚度約在1.5m。以超靜定理計(jì)算出聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)的彎矩和軸力，再得出截面的剪應(yīng)力、拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。

圖1　凍土帷幕受力圖

2.2布置凍結(jié)孔

以凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)和聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)，布置凍結(jié)孔按照上仰、下俯、近水平三種角度布置。共布置56個(gè)凍結(jié)孔，并設(shè)置3個(gè)穿透孔。凍結(jié)孔開孔誤差不能超出100mm，盡量避開主筋、螺栓和接縫。凍結(jié)孔的開孔間距偏斜誤差不能超出150mm，其有效深度要大于設(shè)計(jì)深度。如果凍結(jié)管的管頭觸碰到了對(duì)側(cè)管凍結(jié)孔，管頭長度要低于150mm。在施工過程中，凍結(jié)孔土體流失要小于凍結(jié)孔體積，否則就要及時(shí)注漿。

2.3布置測(cè)溫孔

布置5個(gè)測(cè)溫孔，分別處在凍結(jié)最薄弱的部位。測(cè)溫孔是為了測(cè)量整個(gè)凍結(jié)帷幕不同部位溫度發(fā)展?fàn)顩r，保保障施工安全。測(cè)溫管的淺孔選擇φ30×4mm，深孔選擇φ87×8mm。每個(gè)測(cè)溫管長度都要在4m左右，前端密封，不能有滲水。

2.4布置卸壓孔

卸壓孔布置在凍結(jié)帷幕的封閉區(qū)域，左邊線和右邊線都各有兩個(gè)。卸壓孔中安裝好壓力表，能夠?qū)鼋Y(jié)帷幕壓力變化進(jìn)行直觀監(jiān)測(cè)。每次觀測(cè)判斷出凍結(jié)帷幕形成情況，并釋放凍脹壓力。卸壓管選擇φ30×4mm，每個(gè)長度在3m左右。前端開口，入土體為梅花狀鉆孔，保證有效傳遞凍結(jié)帷幕中的壓力。

3　凍結(jié)施工

布置好凍結(jié)孔后，安裝孔口裝置，并鉆孔、測(cè)量、封閉孔底和打壓。在凍結(jié)孔施工時(shí)要解決涌砂和漏水的情況，避免水土流失。鉆孔要根據(jù)規(guī)定調(diào)整鉆機(jī)，并控制好鉆機(jī)垂直度和位置，認(rèn)真觀察出砂和出水的情況。凍結(jié)管為鉆桿，先用燈光經(jīng)緯儀對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)繪，等到偏斜率和長度都合格后再打壓試漏，控制好壓力。同時(shí)，在隧道內(nèi)還需設(shè)置冷凍站。冷凍站中包括鹽水箱、清水泵、鹽水泵、配電控制柜和冷凍機(jī)。用管架將鹽水管敷設(shè)在管片斜坡上，而冷結(jié)管和集配液圈用高壓膠管連接，進(jìn)出口閥門控制流量。

4　制冷設(shè)計(jì)

4.1計(jì)算制冷量

凍結(jié)需冷量由下式計(jì)算：

式中：H——凍結(jié)總長度；

d——凍結(jié)管的直徑；

K——凍結(jié)管的散熱系數(shù)。

將上述參數(shù)代入公式得：

Q=1.3·π·d·H·K=58169Kcal/h=67.6kW/h

根據(jù)冷量計(jì)算，選用YSKF212.5型螺桿機(jī)組2臺(tái)套，單臺(tái)設(shè)計(jì)工況制冷量44.2kW，機(jī)組外型尺寸：長×寬×高=4m× 1.8m×2.0m，電機(jī)功率57.2kW。選擇氟立昂F-22為制冷劑，氯化鈣溶液為冷媒劑。

4.2管路的連接和保溫

凍結(jié)管選用φ95×8mm，20#低碳無縫鋼管，絲扣連接，單根長度1m或1.5m，總長度約650m。測(cè)溫管選用φ32×3mm，20#低碳無縫鋼管。供液管選用低碳無縫鋼管，采用焊接連接。管理連接用法蘭。在冷卻水循環(huán)和鹽水管路中安裝測(cè)溫儀、閥門和壓力表。鹽水管洗凈后用棉絮或保溫板保溫，并用塑料薄膜包住保溫層。冷凍機(jī)組的低溫管路和蒸發(fā)器、鹽水干管和鹽水箱用棉絮進(jìn)行保溫。聯(lián)絡(luò)通道的兩側(cè)管片選擇PEF板，并隔熱保溫凍結(jié)帷幕區(qū)域，加強(qiáng)管片和凍結(jié)帷幕的膠結(jié)。

4.3積極凍結(jié)和維護(hù)凍結(jié)

積極凍結(jié)是運(yùn)用設(shè)備所有功能，加快凍土的進(jìn)展。在規(guī)定時(shí)間中將鹽水溫度降低至設(shè)計(jì)溫度。一般來說，凍結(jié)鹽水大約在-27℃左右。試運(yùn)轉(zhuǎn)要定時(shí)監(jiān)測(cè)鹽水流量、溫度和凍土帷幕情況，并調(diào)整凍結(jié)運(yùn)行參數(shù)。等到凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)正常便開始積極凍結(jié)。積極凍結(jié)鹽水約在-29℃，凍結(jié)時(shí)間為30多天。積極凍結(jié)時(shí)，依據(jù)實(shí)測(cè)溫度能夠得出凍結(jié)帷幕膠圈的設(shè)計(jì)厚度，隧道完全膠結(jié)之后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)。維護(hù)凍結(jié)是調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，停止繼續(xù)凍土。維護(hù)凍結(jié)期約在-28℃，其凍結(jié)時(shí)間貫穿了主體結(jié)構(gòu)施工和聯(lián)絡(luò)通道的開挖。

5　通道開挖與構(gòu)筑

在通道開挖之前要做好水密試驗(yàn)，并安裝安全門作為緊急防護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)要配備液氮和應(yīng)急沙包等設(shè)施，準(zhǔn)備發(fā)電機(jī)組，不間斷的進(jìn)行供電。根據(jù)該工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，聯(lián)絡(luò)通道開挖掘進(jìn)采取分區(qū)公層方式進(jìn)行。在開挖過程中，采用短段短砌技術(shù)，每開挖0.3～0.5m，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，在金屬棚與凍土間輔以木背板作支護(hù)。在1、2、3三個(gè)區(qū)間開挖完成后，先在金屬架上噴射C20素混凝土150mm，中間為防水層，內(nèi)層為C30鋼筋混凝土，雙層鋼筋混凝土支護(hù)400mm。

圖2　聯(lián)絡(luò)通道開挖順序圖

6　融沉控制

凍結(jié)4～7d后，土層混凝土?xí)_(dá)到70%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并可以融沉注漿和充填注漿。注漿時(shí)要分局監(jiān)測(cè)沉降變化和土體溫度及時(shí)注漿，從而控制融沉。

6.1充填注漿

充填注漿是為了減小凍結(jié)壁的變形和補(bǔ)強(qiáng)襯砌，避免襯砌透水。注漿的漿液是水泥漿。以結(jié)構(gòu)預(yù)埋注漿孔和管片注漿孔做好壓漿，聯(lián)絡(luò)通道注漿壓力要小于靜水壓力。在集水井處的注漿壓力要小于0.1MPa，并以下至上進(jìn)行注漿。等到上一層的注漿孔返漿后停止下層注漿，保證充填注漿至拱頂。

6.2融沉注漿

充填注漿完成后進(jìn)行融沉注漿，以監(jiān)測(cè)反饋信息組織注漿，控制好注漿量。同時(shí)在凍結(jié)帷幕邊注漿，壓密注漿整個(gè)凍結(jié)的區(qū)域。注漿壓力要小于0.5MPa。以監(jiān)測(cè)反饋及時(shí)安裝注漿循環(huán)。注漿先從通道底板，再到側(cè)墻和拱頂。先深層后淺層，反復(fù)注漿，保證控制要求。融沉注漿是根據(jù)地面變形情況來確定是否繼續(xù)注漿，地層隆起2mm則暫停注漿。

7　結(jié)束語

冷凍法應(yīng)用在地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道中取得了良好的效果。實(shí)踐證明，冷凍法適用于多種地層構(gòu)造，尤其適合淤泥質(zhì)粘土和軟土地層中。隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道交通不斷增加。在軟土地層、風(fēng)化地層中采用冷凍法，不僅施工程度提高，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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2016-3-12

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2095-2066（2016）09-0208-02