付 財

(1.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013; 2.天地科技建井研究院,北京 100013)

0 引言

人工地層凍結(jié)技術(shù)以其地層適應(yīng)性強、封水性好、布置靈活、環(huán)境污染小等特點，已替代或局部聯(lián)合水泥系加固方式被廣泛應(yīng)用于城市地鐵聯(lián)絡(luò)通道工程中，目前上海地鐵聯(lián)絡(luò)通道幾乎全部采用凍結(jié)法施工。旁通道凍結(jié)法技術(shù)規(guī)程(DG/T J08—902—2006)[1]規(guī)定：在凍結(jié)壁形成期間，凍結(jié)壁內(nèi)或凍結(jié)壁外200 m區(qū)域內(nèi)的透水砂層中不宜采取降水措施，地下水流速不應(yīng)大于5 m/d，否則，應(yīng)進行針對性設(shè)計。但地鐵工程復(fù)雜的交叉施工，尤其是人工降水施工，在凍結(jié)期間可導(dǎo)致地下水水頭劇烈變化[2]，地下水流速加快，冷量流失，延長凍結(jié)壁交圈時間；嚴(yán)重時，可沖刷凍結(jié)壁形成“窗口”[3]，破壞已形成的凍結(jié)壁，甚至引發(fā)工程事故。因此，在凍結(jié)期間，應(yīng)排查周邊人工降水情況，監(jiān)測地下水流速流向，以便采取針對性技術(shù)措施。

本文以南昌某地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工為背景，詳細介紹了凍結(jié)過程中，由于人工降水導(dǎo)致凍結(jié)壁長時間不交圈而采取的針對性的技術(shù)措施，并提出了相關(guān)建議。

1 工程概況及重難點分析

南昌某地鐵聯(lián)絡(luò)通道兼泵房工程隧道中心線間距為12 m，結(jié)構(gòu)埋深17.824 m，為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期襯砌采用厚度300 mm的型鋼+木背板+C25噴射混凝土，二次襯砌結(jié)構(gòu)采用450 mm厚C40P10模筑混凝土，初期襯砌與二次襯砌之間設(shè)置1.5 mm厚PVC全包防水層。

聯(lián)絡(luò)通道兼泵房正上方為豐和南大道，東側(cè)約50 m為正在進行基坑開挖的某地下商場工程，東側(cè)約900 m為正處于豐水期的贛江，水源補給充足。

根據(jù)詳勘資料，聯(lián)絡(luò)通道兼泵房所處地層從上至下依次為：②7圓礫層，滲透性系數(shù)為4.1×10-2cm/s，為承壓水地層；②5粗砂層，滲透性系數(shù)為1.4×10-2cm/s；⑤1-2泥質(zhì)粉砂巖層，為強風(fēng)化泥巖；地下水埋深約1.2 m。設(shè)計采用水平凍結(jié)法施工，凍結(jié)孔布置示意圖如圖1所示。主要凍結(jié)參數(shù)如表1所示。

表1 聯(lián)絡(luò)通道主要凍結(jié)施工參數(shù)

該聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法施工的重點及難點突出。

1)地層條件差。聯(lián)絡(luò)通道腰線以上均為②7高滲透性的飽和砂卵石地層，且局部因上部存在不透水層，具有承壓性，鉆孔和開挖過程中透水風(fēng)險極大。

2)地下水豐富。地下水位埋深淺，水頭高，且東側(cè)臨江，地下水補給充足，贛江的潮汐作用對凍結(jié)壁形成極為不利。

3)人工降水施工交叉影響。東側(cè)緊鄰一地下商場基坑，坑內(nèi)設(shè)有10個人工降水井，在高滲透性富水砂層中，若全面啟用降水井可導(dǎo)致凍結(jié)壁長時間不交圈或沖刷破壞已形成的凍結(jié)壁出現(xiàn)“窗口”，若處理不當(dāng)會造成開挖過程中透水甚至淹井事故。

2 凍結(jié)施工簡況

積極凍結(jié)7 d，鹽水溫度降至-20 ℃，積極凍結(jié)15 d，鹽水溫度降至-28 ℃，此后一直維持在-28 ℃以下。積極凍結(jié)第10天始，對比右線隧道測溫孔C3降溫趨勢，左線隧道測溫孔C1和C9出現(xiàn)明顯的降溫異常，積極凍結(jié)22 d溫度仍處于5 ℃左右，因其余測溫孔降溫正常，初步判斷凍結(jié)壁長時間不交圈范圍為聯(lián)絡(luò)通道腰線以上，降溫異常測溫孔溫度歷時曲線如圖2所示。

經(jīng)排查，地下商場基坑工程在聯(lián)絡(luò)通道積極凍結(jié)第10天開始逐步進行人工降水施工，鑒于雙方工期壓力及基坑施工安全，人工降水施工與聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工將同時進行，且具有不可調(diào)和性。經(jīng)多方協(xié)調(diào)，雖然該地下商場基坑工程分別在積極凍結(jié)第15天,第20天采取了暫停抽水和止水樁施工等措施，但由于砂卵石地層滲透性高，聯(lián)絡(luò)通道在積極凍結(jié)45 d時仍未交圈。

3 縱向測溫

為全面了解凍結(jié)壁發(fā)展?fàn)顩r，準(zhǔn)確判斷凍結(jié)壁薄弱位置，對左線隧道聯(lián)絡(luò)通道腰線以上凍結(jié)孔進行縱向測溫[4]。左線隧道第1排、第2排以及第3排凍結(jié)孔縱向測溫結(jié)果如圖3～圖5所示。

由圖3可知，第1排凍結(jié)孔淺點0.45 m位置測點溫度較深點高5 ℃以上，縱向上其余測點溫度較為穩(wěn)定，且均處于-8 ℃以下的較低溫度水平?？梢酝茢喑雎?lián)絡(luò)通道頂部與左線隧道管片交界處凍結(jié)壁存在不交圈的薄弱位置[5]。由橫向?qū)Ρ瓤梢?，淺點0.45 m處D5和D6位置溫度較D1～D4位置高4 ℃以上，可以推斷出聯(lián)絡(luò)通道右上角與左線隧道交界處最為薄弱。

由圖4可知，第2排凍結(jié)孔除淺點0.45 m測點外，縱向溫度較為穩(wěn)定且均處于-16 ℃以下的較低溫度水平。第2排凍結(jié)孔縱向測溫結(jié)果與第1排類似，進一步驗證了凍結(jié)壁薄弱位置即為聯(lián)絡(luò)通道頂部與隧道管片交界處。由橫向?qū)Ρ瓤芍?，淺點0.45 m處D7和D13位置溫度異常偏高，可以推斷聯(lián)絡(luò)通道左上角及右上角與左線隧道交界處最為薄弱。

由圖5可知，第3排凍結(jié)孔最淺部0.45 m位置及最深部10 m位置較其余測點溫度高5 ℃以上，溫度明顯異常，縱向上其余測點均處于-10 ℃以下的較低溫度水平，可以準(zhǔn)確判斷凍結(jié)壁薄弱處即為聯(lián)絡(luò)通道頂部與左線隧道管片的交界處。

在D1與D7及D8與D13凍結(jié)孔中心連線中點位置施工探孔T1和T2，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)均有涌砂，在D10與D3，D4凍結(jié)孔形成的三角形形心位置施工探孔T3，孔內(nèi)見凍土，驗證了縱向測溫結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

4 地下水流速流向測試

為確定人工降水施工對聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工的影響，全面了解人工降水施工后地下水流速流向狀態(tài)，在聯(lián)絡(luò)通道正上方東西兩側(cè)各施工水文觀測井1個(E井和W井)。

采用GEOTECH型AquaVISION地下水流速流向儀[6]對2個觀測井中地下水流速流向進行測定，測定深度均為12 m，2個水文觀測井的測試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 AquaVISION地下水流速流向儀測定結(jié)果

由測定結(jié)果可知，西側(cè)觀測井(左線隧道上方)地下水流速高達68.67 m/d，遠大于常規(guī)凍結(jié)設(shè)計規(guī)定的5 m/d限值，由地下水流速流向點散布圖可知，流向點分布近乎一條水平線，不符合自然地下水流規(guī)律，必定是受到更大的外力所致，使水流中粒子克服了自然狀態(tài)下的擺動而更趨于一致。根據(jù)現(xiàn)場對比，地下商場基坑處于聯(lián)絡(luò)通道北偏東41°方位，可見基坑人工降水是聯(lián)絡(luò)通道地下水流速異常加劇的主要原因。

5 注漿與雙排管凍結(jié)

由于人工降水施工不可調(diào)和，為解決地下水流速大導(dǎo)致的凍結(jié)壁不交圈問題，在維持凍結(jié)的同時，對聯(lián)絡(luò)通道腰線以上的凍結(jié)孔進行補孔，與原有孔位呈梅花形布置形成最大孔間距不大于500 mm的雙排管布局。共補打17個凍結(jié)孔，補孔參數(shù)如表3所示，補孔孔位布置如圖6所示。

表3 補孔參數(shù)表

補孔施工完成后，通過補孔孔口管處的旁通閥向地層注入水泥—水玻璃雙液漿，降低地層滲透系數(shù)，堵塞凍結(jié)區(qū)域內(nèi)地下水滲流通道，從而降低地下水流速。最后，在原凍結(jié)時間的基礎(chǔ)上，采用雙排管凍結(jié)延長積極凍結(jié)時間20 d。

6 探孔檢驗

雙排管凍結(jié)20 d后，測溫孔溫度降溫正常，推算出凍結(jié)壁厚度和平均溫度等凍結(jié)壁參數(shù)指標(biāo)均達到了設(shè)計要求，泄壓孔漲壓正常，打開探孔后孔內(nèi)均干燥無流水，探孔內(nèi)溫度均低于-5 ℃，凍結(jié)效果達到預(yù)期。并于凍結(jié)第80天時開始開挖施工，歷時7 d完成通道開挖、初支支架及噴錨，形成封閉體，確保了開挖施工的安全。該聯(lián)絡(luò)通道因人工降水導(dǎo)致的凍結(jié)壁長時間不交圈問題的成功解決，為今后聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

7 建議

1)在高滲透性富水砂層中進行凍結(jié)施工應(yīng)加大人工降水施工排查范圍，以便在凍結(jié)設(shè)計階段考慮該不利影響并進行針對性設(shè)計。

2)凍結(jié)施工前應(yīng)進行地下水流速流向測定，凍結(jié)施工期間可通過水文觀測孔持續(xù)監(jiān)測地下水動態(tài)。

3)縱向測溫技術(shù)及雙排管強化凍結(jié)技術(shù)是檢測和解決凍結(jié)壁長時間不交圈問題的有效手段。