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        凍結(jié)法在富水砂層地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用

        2021-11-21 04:05:05劉海鵬
        商品與質(zhì)量 2021年1期
        關(guān)鍵詞:孔口鹽水土體

        劉海鵬

        中煤特殊鑿井有限責(zé)任公司 安徽淮北 235000

        凍結(jié)法加固土體、礦山法暗挖已成為地鐵隧道單側(cè)泵站的主要施工方法。但土體在凍結(jié)過(guò)程中體積會(huì)發(fā)生膨脹,解凍融化過(guò)程中由于凍土體排水固結(jié)、凍土體積減小,會(huì)引起較大的壓密沉降和地表融沉,對(duì)隧道、道路管線(xiàn)和附近建筑造成一定的影響。地鐵隧道單側(cè)泵站結(jié)構(gòu)完成后,常規(guī)的自然解凍及跟蹤注漿的工法,一般需要4-6 個(gè)月時(shí)間。由于凍結(jié)壁自然解凍持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),后期地層的融沉注漿質(zhì)量難以得到有效保證?,F(xiàn)實(shí)中地鐵隧道旁通道及側(cè)向泵站施工還面臨著鋪軌施工工期和進(jìn)度的考驗(yàn),凍結(jié)法施工沉降未穩(wěn)定就鋪設(shè)軌道道床,后期將面臨道床與隧道一起沉降的問(wèn)題,影響列車(chē)通車(chē)上線(xiàn)調(diào)試和運(yùn)行安全。因此,加快凍土體解凍的速度,有效控制隧道融沉,成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。采取快融注漿的方法就是利用原凍結(jié)管及部分原鹽水循環(huán)系統(tǒng),將凍結(jié)管中的冷鹽水換成熱鹽水進(jìn)行循環(huán),使凍結(jié)土體的溫度逐漸上升,凍土中的冰快速融化,達(dá)到快速解凍土體、縮短融沉?xí)r間的目的。在快速解凍過(guò)程中,需要及時(shí)跟蹤注漿控制沉降,保護(hù)好隧道及地面環(huán)境。

        1 凍結(jié)加固工藝原理

        凍結(jié)法在地層加固領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,其主要以人工制冷技術(shù)為核心搭建凍結(jié)管系統(tǒng),通過(guò)低溫冷媒在其中循環(huán),將產(chǎn)生的冷量持續(xù)向現(xiàn)場(chǎng)地層傳遞,可使土體水分溫度達(dá)到冰點(diǎn)的溫度要求,最終結(jié)冰。然后利用冰的膠結(jié)作用,使土體形成一個(gè)不透水的整體結(jié)構(gòu),以大幅度增強(qiáng)土體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗?jié)B性,從而形成隔絕地下水的屏障,有效抵抗巖土壓力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全的開(kāi)挖和支護(hù)作業(yè)。以制冷方式為依據(jù),凍結(jié)法可細(xì)分為循環(huán)制冷和直接制冷兩種方式。其中,循環(huán)制冷的核心工作思路在于將氨或氟利昂作為制冷劑,鹽水作為冷媒。該方式造價(jià)低,使用較為普遍。直接制冷所采用的制冷劑則是低溫液氮等相關(guān)材料,在泵裝置的作用下傳輸?shù)蜏匾后w,使其經(jīng)由凍結(jié)管后作用于地層,使地層轉(zhuǎn)為凍結(jié)狀態(tài)??紤]循環(huán)式制冷方式和直接制冷方式兩種凍結(jié)方式的特點(diǎn),該工程決定采用循環(huán)式制冷方式凍結(jié)法進(jìn)行施工。循環(huán)式制冷方式得以運(yùn)行的核心在于得到制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)及冷媒水循環(huán)三個(gè)循環(huán)的協(xié)同配合。

        2 凍結(jié)孔施工

        先施工透孔,根據(jù)穿透孔的偏差,進(jìn)一步調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。然后根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道施工的孔位,采用由下向上的順序進(jìn)行施工,這樣可防止因下層凍結(jié)孔的施工引起上部地層擾動(dòng),減小鉆孔施工時(shí)的事故發(fā)生率。

        (1)定位開(kāi)孔及孔口管安裝:在鑿平孔口區(qū)域布設(shè)4 個(gè)φ12mm 膨脹螺栓,在魚(yú)鱗扣上緊密纏繞麻絲,砸入孔口管后,將其與膨脹螺栓穩(wěn)定連接,再安裝DN125 閘閥,經(jīng)二次開(kāi)孔后,完全穿透砼管片。

        (2)孔口裝置安裝:根據(jù)要求選擇孔口裝置,將其穩(wěn)定安裝至閘閥上,并配置適量密封墊片。

        (3)鉆孔:鉆孔作業(yè)所用設(shè)備為MD-80 型鉆機(jī),在施工中要合理調(diào)整好鉆機(jī)的位置,對(duì)其采取固定措施,使鉆頭有效進(jìn)入孔口裝置內(nèi)。若無(wú)誤,則將盤(pán)根壓在盤(pán)根盒內(nèi)。

        (4)封閉孔底部:封堵孔底(可通過(guò)接長(zhǎng)桿將絲堵至孔內(nèi))。

        (5)測(cè)量:全面檢測(cè)凍結(jié)管,明確其長(zhǎng)度情況,再組織測(cè)斜作業(yè),保證偏斜率≤1%。

        (6)打壓試驗(yàn):封閉孔口,借助手壓泵打水入孔。隨著水壓的持續(xù)提升,待該值達(dá)到0.8MPa 并滿(mǎn)足至少為凍結(jié)工作面鹽水壓力1.5 倍的要求后,便可暫停打壓。此后檢驗(yàn)打壓效果,緊閉閥門(mén),持續(xù)觀測(cè)30min,保證該期間降壓量≤0.05MPa。

        3 工程質(zhì)量與安全技術(shù)保證措施

        3.1 預(yù)防凍結(jié)孔施工漏水的措施

        首先,應(yīng)采用二次開(kāi)孔工藝,使用膨脹螺絲對(duì)孔口管進(jìn)行固定處理,并在管口位置安裝好閥門(mén)。其次,應(yīng)先充填鋼管片格倉(cāng)并焊上蓋板后再在鋼管片上開(kāi)孔。與此同時(shí),處理凍結(jié)管時(shí),應(yīng)使用夯管法進(jìn)行處理,夯管過(guò)程中,必須確保安裝孔口密封壓緊裝置與水平鉆進(jìn)法相同。最后,應(yīng)事先準(zhǔn)備好凍結(jié)管蓋板與橡膠止?jié){塞,如果凍結(jié)管發(fā)生破裂,則對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的封堵。

        3.2 凍結(jié)孔施工安全質(zhì)量技術(shù)措施

        首先,應(yīng)準(zhǔn)確找到需要進(jìn)行開(kāi)孔的孔位,并在隧道兩邊分別布設(shè)點(diǎn)位,從而為施工中的校驗(yàn)、控制凍結(jié)孔等工作的開(kāi)展。同時(shí),應(yīng)增加鉆機(jī)到開(kāi)口之間的距離,并架設(shè)孔外導(dǎo)向裝置和開(kāi)口短導(dǎo)向管,以此降低開(kāi)孔后誤差。其次,考慮到管片中鋼筋的密集程度,使用開(kāi)孔器進(jìn)行開(kāi)孔之前,應(yīng)按照管片施工圖準(zhǔn)確找到隧道管片中結(jié)構(gòu)鋼筋的位置,從而避開(kāi)鋼筋,并對(duì)開(kāi)孔位置進(jìn)行調(diào)整,確保其與設(shè)計(jì)之間的偏差控制在100mm 以?xún)?nèi)。最后,進(jìn)行第一個(gè)凍結(jié)孔施工時(shí),應(yīng)對(duì)地層鉆進(jìn)過(guò)程中的參數(shù)變化情況進(jìn)行分析與觀察,詳細(xì)檢查與觀測(cè)地質(zhì)、水文情況,如有發(fā)生異常,應(yīng)立即采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理。

        3.3 地層凍結(jié)安全質(zhì)量技術(shù)措施

        對(duì)地層凍結(jié)安全質(zhì)量進(jìn)行控制時(shí),如果凍結(jié)孔偏斜較大,可增設(shè)輔助凍結(jié)孔,確保凍土帷幕不留薄弱環(huán)節(jié)。同時(shí),選擇效率高、體積小、制冷量大、便于運(yùn)輸安裝和操作控制的螺桿冷凍機(jī)組,并采用串并聯(lián)循環(huán)方式,加大鹽水在凍結(jié)管內(nèi)的流量,加快凍結(jié)管的熱交換。

        3.4 凍結(jié)孔鉆進(jìn)

        一般情況下,進(jìn)行凍結(jié)孔鉆進(jìn)施工時(shí),應(yīng)先安裝簡(jiǎn)易鉆頭,直接進(jìn)行無(wú)水鉆進(jìn)。無(wú)法進(jìn)行深入鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)在鉆頭位置安裝單向閥門(mén),使用帶水鉆進(jìn)的方法繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)。當(dāng)凍結(jié)管達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,對(duì)單向閥進(jìn)行沖洗,并對(duì)凍結(jié)管的端部進(jìn)行密封處理。為了確保鉆進(jìn)精度符合要求,應(yīng)對(duì)開(kāi)孔段進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。鉆進(jìn)前2m 時(shí),必須對(duì)凍結(jié)管的方向進(jìn)行反復(fù)核對(duì),而后對(duì)鉆機(jī)的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,并在確保經(jīng)經(jīng)緯儀、精密羅盤(pán)檢測(cè)無(wú)偏移等問(wèn)題后,才能夠繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)。按照凍結(jié)孔實(shí)際的施工位置,合理的調(diào)整鉆機(jī)的位置,并將其固定好,完成固定后,將鉆頭裝入到孔口裝置中,在盤(pán)根盒內(nèi)輕壓盤(pán)根,鉆進(jìn)的過(guò)程中,應(yīng)先使用干式鉆進(jìn)法,當(dāng)鉆進(jìn)比較難時(shí),且無(wú)法前進(jìn),則應(yīng)使用注水式鉆進(jìn)法,并打開(kāi)小閥門(mén),對(duì)出水、出砂情況進(jìn)行觀察,通過(guò)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)控制出漿量,保證地面安全,避免出現(xiàn)地面下沉的情況。凍結(jié)管下入孔內(nèi)前要先配管,保證凍結(jié)管同心度。下好凍結(jié)管后,采用經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜法檢測(cè),然后復(fù)測(cè)凍結(jié)孔深度,并進(jìn)行打壓試漏。凍結(jié)孔試漏壓力控制在0.8-1.0MPa,穩(wěn)定15min 壓力無(wú)變化或前15min 壓降<0.05MPa,后15min 不降為試壓合格。在凍結(jié)管內(nèi)下入供液管。供液管底端連接150mm 長(zhǎng)的支架,準(zhǔn)8mm 鋼筋焊接。然后安裝去、回路羊角和凍結(jié)管端蓋。凍結(jié)管安裝完畢后,用堵漏材料密封凍結(jié)管與孔口管之間的間隙,然后拆卸孔口密封裝置。

        3.5 管路連接、保溫與測(cè)試儀表

        取隧道管片斜坡的位置,于該處搭建具有足夠穩(wěn)定性的管架,再設(shè)置鹽水管。為加強(qiáng)對(duì)管道與冷卻水循環(huán)管路連接部分的處理,可在該處設(shè)置伸縮接頭等附件。圍繞鹽水管路展開(kāi)試漏及清洗作業(yè),再利用阻燃材料保溫,形成厚度約50mm 的保溫層,于外側(cè)包扎阻燃布,實(shí)現(xiàn)全方位的防護(hù)。集配液管與凍結(jié)管的連接處可設(shè)置高壓膠管,凍結(jié)管各進(jìn)出口均需安裝閥門(mén),目的在于后期能根據(jù)實(shí)際需求及時(shí)調(diào)整流量。部分凍結(jié)管位于聯(lián)絡(luò)通道四周,可將該部分按照4 個(gè)/組的方式串聯(lián),剩余凍結(jié)管各組數(shù)量以5-6 個(gè)為宜。各組均配置集配液管,對(duì)凍結(jié)器接口依次編號(hào)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1)快速解凍采用雙鹽水箱設(shè)置,先用低溫鹽水循環(huán),并逐步加熱到30℃的熱鹽水循環(huán)0.5h 后,再轉(zhuǎn)換至加熱到70℃的鹽水箱進(jìn)行循環(huán)解凍,可有效地控制斷管風(fēng)險(xiǎn),整個(gè)鹽水加熱解凍期間沒(méi)有出現(xiàn)斷管的現(xiàn)象。

        (2)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并及時(shí)注漿是有效控制隧道及地面沉降的保證,根據(jù)隧道、地面、管線(xiàn)以及建筑物的沉降和解凍溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)掌握解凍發(fā)展情況,調(diào)整注漿量和注漿時(shí)間間隔,保證凍土融化空間的及時(shí)填充,從而減小隧道和地面沉降。

        (3)快速解凍不需要拔出凍結(jié)管安裝注漿花管,可在拆除凍結(jié)站后組織實(shí)施,既減少了用電量,也避免了拔出凍結(jié)管的施工風(fēng)險(xiǎn)。

        (4)合理分區(qū),跳孔連接分組,適時(shí)循環(huán)熱鹽水快速解凍,并采取合理的注漿參數(shù)(注漿壓力、注漿量、流量等)及時(shí)注漿,這是保證注漿質(zhì)量控制隧道及地面沉降穩(wěn)定的關(guān)鍵。

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