溫 漢 宏

(北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

0 引言

我國軌道交通建設(shè)已進入快速發(fā)展階段，而盾構(gòu)法因其不影響周邊交通、不受風(fēng)雨氣候影響、對附近居民干擾少等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于地鐵隧道施工，在盾構(gòu)施工中，始發(fā)與接收是否順利，往往決定著工程的成敗。端頭井是盾構(gòu)進出的一端所修建的工作井，當端頭井周圍地質(zhì)條件差，存在涌水涌砂風(fēng)險時，需要對端頭井周圍土體進行加固，凍結(jié)法因其加固體強度高，封閉性能好而被廣泛采用[1,2]。

本文以天津地鐵某區(qū)間端頭井凍結(jié)加固工程為例，對施工過程中的風(fēng)險進行分析，并提出了應(yīng)對措施，為盾構(gòu)始發(fā)與接收順利完成提供了強力保障。

1 工程概況

天津市文化中心地下交通樞紐地下交通工程Z1線尖山路站—文化中心站盾構(gòu)區(qū)間左線里程DK68+675.048～DK69+971.450，線路長1 316.845 m；右線里程DK68+675.047～DK69+971.450，線路長1 296.403 m，區(qū)間左右線均于尖山路站始發(fā)，沿樂園道向西南方向推進，于文化中心站接收。區(qū)間隧道為地下雙線單圓盾構(gòu)隧道，盾構(gòu)直徑6.34 m，隧道外直徑6.2 m，隧道內(nèi)直徑5.5 m，管片厚度350 mm，盾構(gòu)始發(fā)位置地面標高+2.42 m，隧道中心標高-21.132 m，盾構(gòu)接收位置地面標高+3.2 m，隧道中心標高-19.243 m。

由于盾構(gòu)區(qū)間所處地層含粉砂，屬于承壓含水層，為確保盾構(gòu)始發(fā)與接收施工安全，采用凍結(jié)法進行端頭井土體加固。因工期緊張，尖山路站始發(fā)加固施工必須在車站施工結(jié)束前進行，所以不具備水平凍結(jié)條件，故采用垂直凍結(jié)的始發(fā)加固方式；文化中心站接收端上方為文化中心地下交通樞紐，不具備垂直凍結(jié)條件，故采用明洞+水平凍結(jié)加固的接收方式。

2 地質(zhì)條件

區(qū)間始發(fā)端與接收端凍結(jié)加固區(qū)域主要位于8-1粉質(zhì)粘土、8-1t3粘質(zhì)粉土、9-1粉質(zhì)粘土、9-23f粉砂、B10-1粉質(zhì)粘土層。如圖1，圖2所示。其中，第8-1層屬不透水～微透水層，可視為潛水含水層與其下承壓含水層的相對隔水層；第9-1層屬承壓含水層，透水性好。

3 凍結(jié)設(shè)計

尖山路站采用垂直凍結(jié)的始發(fā)方式，共布置35個垂直凍結(jié)孔，孔深30.3 m，凍結(jié)管采用φ127×4.5 mm低碳鋼無縫鋼管，凍結(jié)孔分3排布置，排間距為1 m，最近排凍結(jié)孔距離地連墻0.4 m，孔間距為0.8 m，其余2排孔間距均為1 m。

文化中心站采用明洞+水平凍結(jié)的接收方式，明洞是1個能容納盾構(gòu)機的鋼筋混凝土箱體，在明洞內(nèi)布置3圈共57個水平凍結(jié)孔，凍結(jié)管采用φ89×8 mm低碳鋼無縫鋼管，第1圈凍結(jié)孔布置在洞圈外，圈徑8 m，布置32個凍結(jié)孔，孔間距0.784 m，進入土層6 m；洞圈內(nèi)設(shè)置凍結(jié)孔共25個，均進入土層2.5 m，第二圈凍結(jié)孔圈徑5.4 m，布置16個凍結(jié)孔，孔間距1.053 m；第3圈凍結(jié)孔圈徑2.7 m，布置8個凍結(jié)孔，孔間距1.033 m；洞門中心布置1個凍結(jié)孔。

4 風(fēng)險分析

1)本工程的盾構(gòu)始發(fā)和接收均位于承壓含水層，凍結(jié)施工范圍內(nèi)9-23f粉砂層厚度分別達到了5.9 m和4 m，垂直凍結(jié)孔鉆孔施工時存在塌孔、埋鉆風(fēng)險；水平凍結(jié)孔鉆孔施工時存在涌水涌砂風(fēng)險；砂層凍結(jié)壁在停凍后化凍速度快，會在凍結(jié)管與結(jié)構(gòu)層之間形成導(dǎo)水通道，割管時存在涌水涌砂風(fēng)險。

2)本工程的地層埋深大，盾構(gòu)始發(fā)端垂直凍結(jié)孔緊靠地連墻布置，鉆孔深度超過30 m，如果打到地連墻，存在卡鉆風(fēng)險；接收端水平凍結(jié)孔沿鋼圈布置，算上結(jié)構(gòu)層厚度，外圈凍結(jié)管鉆孔深度超過7 m，如果外圈凍結(jié)管內(nèi)偏進入盾構(gòu)推進范圍，盾構(gòu)接收時存在刀盤卡死及鹽水泄漏風(fēng)險，對凍結(jié)孔施工精度和凍結(jié)管的焊接質(zhì)量提出了更高的要求。

3)始發(fā)端與接收端洞門處均存在不同程度的漏水現(xiàn)象，始發(fā)端采取洞圈內(nèi)全部澆筑混凝土的方式進行封堵，然而，地連墻與封堵層的接縫不在垂直凍結(jié)加固區(qū)域內(nèi)，探孔施工至該接縫處時，存在涌水涌砂風(fēng)險，無法滿足鑿除洞門的條件。接收端采用洞圈內(nèi)部分澆筑混凝土的方式進行封堵，水平凍結(jié)孔施工時，封堵層與地連墻接縫處易開裂存在涌水涌砂風(fēng)險。另外，洞門漏水會加快凍結(jié)加固區(qū)域地下水流速，不利于凍結(jié)壁發(fā)展。

4)接收井上方為地下1層文化中心交通樞紐，周邊有東方之珠KTV娛樂超市、銀河地下商業(yè)廣場等建構(gòu)筑物，周邊環(huán)境對凍結(jié)效應(yīng)較為敏感，應(yīng)控制鉆孔、凍脹及融沉對地層的擾動。

5)工期緊張，接收端水平凍結(jié)加固與明洞施工均在端頭井的狹小空間內(nèi)交叉進行，施工過程中存在互相干擾。

5 應(yīng)對措施

5.1 鉆孔施工保證措施

1)為保證垂直凍結(jié)孔的施工質(zhì)量，鉆機就位前后都應(yīng)對孔位進行復(fù)核，每進尺3 m對鉆孔垂直度進行復(fù)核并及時糾偏，凍結(jié)管連接采用長150 mm的外接箍圍焊，以控制凍結(jié)管的垂直度，每個外接箍焊接完成后用靠尺進行垂直度檢驗，凍結(jié)管的偏斜率應(yīng)控制在1%以內(nèi)。調(diào)制合適的泥漿，進行潤滑和護壁，解決垂直凍結(jié)孔鉆孔時塌孔、埋鉆的問題。

2)鉆孔施工前應(yīng)對洞門結(jié)構(gòu)漏水處進行注漿堵水，避免因鉆孔施工引發(fā)水土壓力變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫處發(fā)生涌水涌砂事故。洞門結(jié)構(gòu)注漿堵水也能減小凍結(jié)加固區(qū)域地下水流速，有利于凍結(jié)壁發(fā)展。

3)選擇夯管法[3]進行水平凍結(jié)孔鉆孔施工，與跟管鉆進法相比，夯管法出泥砂量更少、可加尺的單節(jié)管材更長、成孔速度更快。采用二次開孔的方式，一次開孔安裝孔口管和球閥，在球閥的保護下進行二次開孔，夯管鉆進時安裝孔口密封裝置，夯管結(jié)束后，對凍結(jié)管與結(jié)構(gòu)層之間的通道進行注漿封堵，并將凍結(jié)管與孔口管之間的環(huán)縫進行滿焊處理。按照自下而上的順序施工水平凍結(jié)孔，每根凍結(jié)管鉆孔施工結(jié)束，均應(yīng)根據(jù)出泥砂量多少進行地層補償注漿。

4)水平凍結(jié)孔開孔前應(yīng)復(fù)核孔位，用精密地質(zhì)羅盤調(diào)整開孔鉆機的角度，夯進前調(diào)整凍結(jié)管和夯管錘方位，第1 m凍結(jié)管夯進時，要控制夯進速度(減小供風(fēng))，反復(fù)校核凍結(jié)管方向，調(diào)整夯管錘位置，檢查偏斜無問題后方可繼續(xù)夯進，逐節(jié)夯入凍結(jié)管，接頭采用內(nèi)襯管對焊連接，焊接時用1 m靠尺檢查確保順直，焊縫要飽滿并用角磨機打磨與管壁齊平。位于洞圈內(nèi)需拔除的凍結(jié)管應(yīng)盡量采用無接頭的整管，避免后期拔管時發(fā)生接頭斷裂。

5)每根凍結(jié)管鉆孔結(jié)束均應(yīng)及時進行耐壓試驗及終孔測斜，并復(fù)核孔深，確保凍結(jié)孔施工質(zhì)量符合設(shè)計要求。

5.2 凍結(jié)施工保證措施

1)為控制凍脹并減少冷量的無謂損耗，垂直凍結(jié)加固采用在凍結(jié)管內(nèi)下入雙供液管(長進短出)的局部凍結(jié)方式，然而，非凍結(jié)段也有少量凍土擴展，拔管時化凍效果差。為此，在凍結(jié)管頭部加裝回水接頭，正常凍結(jié)期間將短供液管作為回水通道循環(huán)低溫鹽水，拔管時將凍結(jié)管與供液管之間的環(huán)形空間作為回水通道循環(huán)熱鹽水，從而保證非凍結(jié)段的化凍效果。

2)垂直凍結(jié)探孔施工時，有打到凍結(jié)管的風(fēng)險。應(yīng)結(jié)合凍結(jié)孔的實際偏斜情況，選擇合理的開孔位置，避開凍結(jié)管，并控制探孔深度。另外，為避免探孔施工至封堵層與地連墻接縫時造成漏水，應(yīng)提前對接縫部位進行環(huán)洞門注漿堵水。

3)積極凍結(jié)期間，應(yīng)控制鹽水的降溫梯度，避免因鹽水溫度驟降導(dǎo)致凍結(jié)管發(fā)生斷裂，為后期拔管帶來困難。

4)凍結(jié)過程中，應(yīng)加強對周圍環(huán)境的監(jiān)測，必要時可對制冷系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，采取間歇凍結(jié)或提高鹽水溫度的方法，控制凍脹對周圍環(huán)境的影響。

5)凍結(jié)壁解凍時有少量收縮，從而使地層產(chǎn)生融沉。為了消除地層融沉引起的地面沉降，利用隧道內(nèi)注漿管，采取跟蹤注漿的方法加以補償。

5.3 明洞中水平凍結(jié)施工保證措施

1)明洞施工時機選取在凍結(jié)鉆孔施工完成后的積極凍結(jié)期間，應(yīng)保證各工序有序錯開。明洞施工時，要注意避讓凍結(jié)管路，避免破壞管路，造成鹽水泄漏。

2)鹽水管路穿越明洞箱體會影響其密封性。外圈孔進回水連接膠管穿越明洞段宜改用鋼管并加焊止水鋼板，逐根分開澆筑到明洞頂板中；內(nèi)圈孔連接膠管可以從預(yù)留洞口穿越，待內(nèi)圈孔拔管后就可以將膠管移除，如圖3所示。

3)在明洞內(nèi)部進行凍結(jié)管拔除時，熱鹽水澆到冰上和焊割產(chǎn)生的煙氣會影響作業(yè)人員的視野和職業(yè)健康。應(yīng)在明洞的兩個預(yù)留口分別安裝軸流風(fēng)機(一壓一抽)，加快明洞內(nèi)煙氣排放，改善作業(yè)環(huán)境。

4)盾構(gòu)接收過程中，外圈凍結(jié)孔需維持正常凍結(jié)，往明洞中回填砂漿會對外圈孔管路造成沖擊，此時如果發(fā)生凍結(jié)管路破損將難以恢復(fù)。故應(yīng)在遠離洞門的預(yù)留口進行砂漿回填，并控制回填速度，減小對凍結(jié)管路的沖擊。另外，外圈孔應(yīng)進行跳孔分組，避免因一處管路破損造成大范圍停凍，回填前對鹽水管路采取必要的保護措施。

5)通常盾構(gòu)接收完成即可停止凍結(jié)，然而，亦必須等到明洞鑿除完畢，盾構(gòu)機吊出后，才能進行外圈凍結(jié)管割除，但此時，凍結(jié)壁已解凍，割管時存在涌水涌砂風(fēng)險。故應(yīng)提前對凍結(jié)管與結(jié)構(gòu)層之間的環(huán)形空間進行注漿堵水。

6 結(jié)語

通過對復(fù)雜條件下端頭井凍結(jié)加固施工風(fēng)險及其應(yīng)對措施的探討，得出以下幾點體會：

1)粉砂層鉆孔施工風(fēng)險大，應(yīng)采取合理措施解決塌孔埋鉆、涌水涌砂等問題。

2)洞門處存在漏水現(xiàn)象時，應(yīng)在凍結(jié)施工前進行結(jié)構(gòu)層注漿堵水，此時采用水平凍結(jié)進行土體加固效果更佳。

3)采用明洞法進行盾構(gòu)接收時，應(yīng)采取針對性的措施解決水平凍結(jié)施工與明洞施工之間的互相干擾，有條件的情況下，宜采用垂直凍結(jié)加固配合明洞進行盾構(gòu)接收施工。