岳飛

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也獲得了較大進步。但在施工期間不免會遇到各種障礙物影響施工，尤其是地鐵隧道施工期間。對此，應(yīng)采用合理方法及時清除障礙物，保證施工進度。本文通過地鐵盾構(gòu)隧道掘進期間遇到的障礙物問題，提出了具體的處理方案，以期為此后地鐵施工提供更多的借鑒依據(jù)。

盾構(gòu)施工對地上建筑物的影響較小，機械自動化性能較高，適用于不同地面，但掘進期間會遇到一些障礙物，加大了施工難度。對此，應(yīng)充分掌握盾構(gòu)施工障礙物的清理工作，采用合理恰當(dāng)?shù)那宄椒ā?/p>

一、工程概況

某市地鐵2號線隧道總長為873m，管片外徑為6200mm，管片內(nèi)徑為5500mm，共728環(huán)。隧道盾構(gòu)機在掘進至562環(huán)674m時，無法繼續(xù)推進，施工人員開始檢查故障原因。通過帶壓進倉檢查發(fā)現(xiàn)掌子面存在障礙物，為兩根DN200熱軋無縫鋼管，侵入掌子面內(nèi)的長度為1900mm、1030mm。具體障礙物與刀盤之間的關(guān)系圖見下圖1所示。

圖1 障礙物與刀盤位置示意圖

同時，檢查盾構(gòu)機停機位置的周圍環(huán)境發(fā)現(xiàn)，刀盤位于圍欄外人行道，左線盾構(gòu)機停機處頂部埋深為32.5m，位于粉砂層中。

二、障礙物處理方案

當(dāng)?shù)竭_隧道埋深32.5m時，盾構(gòu)機停機此處位于粉細(xì)砂層，掌子面存在較大的水土壓力，增大了障礙物的處理難度。此隧道屬于節(jié)點工程，工期受到一定限制，在確定障礙物處理方案時應(yīng)綜合考慮工期與安全因素。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，施工人員初步確定明挖法、直接進倉處理、鹽水冷凍加固進倉處理以及液氮冷凍加固再進倉處理等幾種方案，進行對比分析。

1.明挖法施工

清除障礙物時若采用明挖施工法，需要清除隧道影響范圍內(nèi)的鋼筋混凝土，之后回填土方至地面，穿過明挖區(qū)域。明挖法施工雖可以保證隧道范圍內(nèi)的鋼筋混凝土被徹底清除，但施工難度大，風(fēng)險較高。期間施工人員需要遷改管線，將其移至地下，但管線較多，且道路狹窄，周邊存在較多的建筑物，因此可供管線改遷的空間范圍較小。同時，管線年久失修，缺乏參考資料，增大了物探難度，當(dāng)清除障礙物時采用明挖施工方法會中斷路面的交通。因此，施工單位需要結(jié)合實際情況，改成曲線繞行或半幅通行模式。且每條管線的遷改工期各不相同，排布站點需要20天左右的時間，甚至復(fù)雜的站點排布還會持續(xù)2-3個月的時間。完成管線的改遷工作后，施工人員還應(yīng)對隧道進行豎井開挖，通過機械開挖方法處理粉細(xì)砂層、卵石圓礫層以及雜填土等，并人工輔助進行有效修整。明挖采用分層方法，在建立環(huán)框梁后掛網(wǎng)噴錨，并利用長臂挖機處理豎井開挖期間產(chǎn)生的碴土，利用卡車運出，因此完成整個開挖過程大約需要15-20天。

2.直接帶壓進倉處理

施工人員應(yīng)采用高壓水開挖作業(yè)洞室、帶壓進倉切割的施工方案，在固定掌子面時采用高強度膨潤土漿，在明確泥膜厚度之后再確定作業(yè)洞室的開挖厚度，之后向掌子面壓注膨潤土漿液，并開始開挖洞室，循環(huán)進行作業(yè)，直至開挖洞室可以進倉進行切割鋼管作業(yè)。

3.冷凍加固后進倉處理

鹽水冷凍時先加固掌子面周邊，采用垂直鉆孔凍結(jié)方式，之后帶壓進倉切割，在掌子面前方與盾構(gòu)機上采用垂直凍結(jié)加固地層方法，凍結(jié)掌子面左右側(cè)、上部以及前方內(nèi)的土體，利用形成的冷凍加固體固定掌子面。

4.方案比較

在結(jié)合隧道實際情況的基礎(chǔ)上合理選擇施工方案，并綜合考慮施工成本、工期、周邊環(huán)境影響等因素。發(fā)現(xiàn)帶壓直接進倉雖然技術(shù)具備一定的可行性，但無法確定障礙物清除的徹底性，且存在較大的安全風(fēng)險。鹽水冷凍加固與帶壓進倉方法可以檢查障礙物的清除效果，穩(wěn)定性較強且安全性較高，但需要較長的冷凍時間，且對周邊環(huán)境的影響程度較大。液氮冷凍加固與帶壓進倉方法可以檢查障礙物的清除效果，進倉切割比較安全，冷凍時間較短，雖然對周邊環(huán)境也會存在影響，但程度較輕。

綜合各種因素，最終選擇液氮冷凍加固后帶壓進倉切割方法，在盾構(gòu)機上部及掌子面利用垂直凍結(jié)孔保證地層的進一步加固，之后凍結(jié)掌子面左右側(cè)、上部以及前方范圍，當(dāng)帶壓進倉切割鋼管時，可以利用冷凍加固體穩(wěn)定掌子面。

三、冷凍清障施工流程

1.冷凍孔鉆孔施工

合理布置冷凍孔鉆孔位置，保證孔間距為1.0-1.2m，且呈梅花形狀，總共布置三排冷凍孔，根據(jù)盾構(gòu)機頂部深度確定具體深度，A型冷凍孔底距盾構(gòu)機周邊為1m，設(shè)置16個，B型冷凍孔深度為42m，設(shè)置13個，且同步設(shè)計測溫孔，保證深度為42m。

2.凍結(jié)施工

冷凍過程中，還應(yīng)通過控制時間保證冷凍體效果，在凍結(jié)管中，液氮的蒸發(fā)量各不相同，凍土發(fā)展速度為1-5cm/h，根據(jù)施工經(jīng)驗，凍土發(fā)展速度確定為10cm/d。人員合理設(shè)定凍結(jié)孔間距為1m，且凍土滿足厚度與時間設(shè)計要求。在完成冷凍管的布設(shè)工作后，施工人員開始采用液氮冷凍方法，確定合理的冷凍體擴散速度，在冷凍運行10天后，則可以完全交圈冷凍體。之后確定掌子面冷凍體的厚度，距離掌子面600mm，為了保證水倉作業(yè)空間不結(jié)冰，還應(yīng)設(shè)置刀具保護措施。

3.帶壓進倉開挖洞室

開始運行冷凍后，通過測溫孔測定溫度，達到要求后帶壓進倉開挖洞室，并在完成后焊接槽鋼與鋼板，以防掌子面掉落土體。在完成洞室的開挖工作后，施工人員帶壓進倉切割鋼管。

四、安全性分析

使用上述液氮冷凍方法依然存在一定風(fēng)險，施工單位還應(yīng)合理測定冷凍體溫度與周邊環(huán)境的影響，保證安全性。一是監(jiān)控冷凍體溫度，對測溫孔進行溫度監(jiān)控，統(tǒng)計冷凍開始至開挖洞室完成這段時間內(nèi)冷凍孔溫度數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)在冷凍10天后，溫度穩(wěn)定，冷凍體成型質(zhì)量滿足要求。在停止冷凍后，開挖洞室清除障礙物。二是測定周邊環(huán)境，最大限度地減小影響。冷凍開始至障礙物清除過程中，凍脹效應(yīng)管線最大隆起量為5-6mm，隨著冷凍的解除，管線沉降保持在3-4mm內(nèi)，對周邊環(huán)境的影響較小，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

五、結(jié)語

本文描述了某市地鐵2號線隧道障礙物的處理過程，得出如下結(jié)論：一是地鐵施工采用冷凍加固法清除地下障礙物時，應(yīng)詳細(xì)計算冷凍參數(shù)，確定合理的冷凍強度、冷凍范圍以及冷凍時間等參數(shù)，確保施工順利進行。二是在施工期間應(yīng)考慮冷凍加固技術(shù)對周邊環(huán)境的影響，分析發(fā)現(xiàn)，融沉效應(yīng)的下沉量為3-4mm，冷凍效應(yīng)產(chǎn)生的最大隆起量為5-6mm，對周邊建筑影響較小。