郭 力

（北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著城市隧道埋深增加、地下水變化等原因，地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道開挖復(fù)雜性增加，風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)一步增大，采用傳統(tǒng)開挖方法難以形成封閉體系，易出現(xiàn)安全事故[1]。在地鐵工程施工中，富水地層區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法開挖效果良好[2]。在地鐵盾構(gòu)區(qū)間工程完成后，采用凍結(jié)法開挖，通過(guò)低溫作用將地層土體變成不透水的整體性穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，與區(qū)間盾構(gòu)管片形成嚴(yán)密貼合體，以抵抗土體壓力、隔絕地下水，從而達(dá)到提高施工安全可靠性的目的。同時(shí)，在對(duì)土層變形的監(jiān)控中，要特別注意凍土的發(fā)展，通過(guò)信息化的監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行動(dòng)態(tài)指導(dǎo)和調(diào)整，采取在凍結(jié)加固區(qū)進(jìn)行跟蹤注漿等方法，確保凍結(jié)法的應(yīng)用效果[3-6]。本文將結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)凍結(jié)法施工技術(shù)要點(diǎn)及效果進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

某地鐵盾構(gòu)區(qū)間地處北京市通州區(qū)的富水粉細(xì)砂地層，該區(qū)間位于八通線南延工程里程右K38＋217.021（左K38＋245.382），終點(diǎn)里程右K39＋625.850（左K39＋625.850），區(qū)間右線長(zhǎng)度1408.829m，左線長(zhǎng)度1380.468m。該區(qū)間包含2 個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，其中1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道與排水泵站合建。本文所研究的聯(lián)絡(luò)通道位置的地鐵區(qū)間管片為加強(qiáng)鋼筋混凝土管片，區(qū)間斷面外徑為6m,內(nèi)徑為5.4m，管片寬度為1.2m，管片厚度為300mm，具體參數(shù)見表1。

表1 區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道技術(shù)參數(shù)

2 凍結(jié)法加固設(shè)計(jì)

1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道及泵房土體的加固采用凍結(jié)法加固方式，在進(jìn)行積極凍結(jié)時(shí)，在凍結(jié)區(qū)附近200m 范圍內(nèi)不得采取降水措施，避免含水率、流速發(fā)生變化導(dǎo)致凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)或者達(dá)不到凍結(jié)效果。在凍結(jié)區(qū)內(nèi)土層中不得有集中水流，否則會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)冷量被帶走。在聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁處的地鐵區(qū)間管片內(nèi)側(cè),凍結(jié)壁邊界外1m采用阻燃或難燃的軟質(zhì)塑料泡沫的保溫層,厚度為5cm，該保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.04W（/m·K）。凍土單軸抗壓強(qiáng)度不小于3.6MPa，抗拉強(qiáng)度不小于1.8MPa，抗剪強(qiáng)度不小于1.6MPa。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)帷幕結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁平面圖

圖2 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁剖面圖

3 凍結(jié)施工技術(shù)要點(diǎn)及控制

3.1 孔位布置

3.1.1 凍結(jié)孔布置

施工前要確保施工孔施工的有利條件，在水平凍結(jié)孔施工中做好質(zhì)量控制尤為重要。該聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔數(shù)量為74 個(gè)，其中左線設(shè)置15 排共計(jì)53 個(gè)，右線設(shè)置6 排共計(jì)21 個(gè)，工程總量約760m。在通道中部設(shè)置用于為隧道對(duì)側(cè)凍結(jié)管和冷凍排管鹽水供應(yīng)的4 個(gè)穿透孔。在凍結(jié)站對(duì)側(cè)隧道上沿凍結(jié)壁敷設(shè)6 排間距為450mm 的冷凍排管，排管采用Φ 45mm×3mm 無(wú)縫鋼管，或者采用加工完成的槽鋼，以加強(qiáng)對(duì)管片處的保溫效果。凍結(jié)孔按上仰、水平、下俯3 種角度布置。

施工時(shí)，首先進(jìn)行打透孔，復(fù)核兩隧道的預(yù)留口位置,如相對(duì)位置誤差＞100mm，在調(diào)整處理中要把握保證凍結(jié)壁設(shè)計(jì)厚度的原則。凍結(jié)管用Φ89mm×8mm的無(wú)縫低碳鋼管，凍結(jié)管耐壓值不低于1.0MPa，并且大于1.5倍凍結(jié)面鹽水壓力。在凍結(jié)孔鉆孔前，要確保鉆進(jìn)精確度，一般由測(cè)量人員結(jié)合實(shí)際情況重新復(fù)核聯(lián)絡(luò)通道中心高程。根據(jù)4 處透孔的施工情況計(jì)算透孔的實(shí)際角度及深度，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較分析。針對(duì)誤差的大小，及時(shí)調(diào)整糾偏：如果誤差值大于設(shè)計(jì)值100mm，那么凍結(jié)孔角度及長(zhǎng)度需調(diào)整。如果凍結(jié)孔的開孔誤差＜100mm，施工前應(yīng)注意避開地鐵區(qū)間盾構(gòu)的管片接縫處、螺栓處、主筋處等。還要注意凍結(jié)孔的最大允許偏斜不大于150mm。凍結(jié)孔成孔后，要控制間距不大于1300mm。要注意施工凍結(jié)孔時(shí)的土體流失量，若超過(guò)了凍結(jié)孔體積，需要及時(shí)進(jìn)行注漿，確保地層沉降安全，確保土體穩(wěn)定。

3.1.2 測(cè)溫孔布置

該聯(lián)絡(luò)通道通過(guò)布置8 個(gè)測(cè)溫孔來(lái)測(cè)量?jī)鼋Y(jié)施工范圍內(nèi)不同部位的溫度發(fā)展變化情況。測(cè)溫管長(zhǎng)度選用Φ32mm×3.5mm 無(wú)縫鋼管。測(cè)溫管前端要焊接密封，管內(nèi)不得有滲水出現(xiàn)，通過(guò)布置測(cè)溫孔進(jìn)行觀測(cè)分析，進(jìn)而采用相應(yīng)控制措施確保施工安全。

3.1.3 泄壓孔布置

在凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域內(nèi)土層中下部，左右線共計(jì)布置4個(gè)卸壓孔，一側(cè)各2個(gè)。通過(guò)卸壓孔上安裝的壓力表數(shù)值變化，監(jiān)測(cè)凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力變化情況。通過(guò)每日觀測(cè)到的信息，及時(shí)有效地判斷凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域的土體加固情況，并可直接釋放凍脹壓力。

卸壓管選用的是Φ45mm×3mm 無(wú)縫鋼管，管前端開口，安裝閥門及壓力表，進(jìn)入土體段的管壁上鉆呈梅花布置的若干孔,端頭密封,以確保凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力有效傳遞。

3.2 冷凍站安裝及冷凍施工

冷凍站安裝因后期可能涉及與鋪軌交叉作業(yè)，冷凍站安裝在地面上，在管片上敷設(shè)凍結(jié)管路至聯(lián)絡(luò)通道附近，現(xiàn)場(chǎng)情況見圖3，針對(duì)下方2 個(gè)透孔專門安裝了Φ108mm×8mm 的無(wú)縫鋼管進(jìn)行鹽水分流以保證對(duì)側(cè)隧道下部?jī)鼋Y(jié)孔鹽水流量，上方2 個(gè)透孔則采用高壓膠皮軟管連接。對(duì)側(cè)隧道按照設(shè)計(jì)布置了5 排冷凍排管以加強(qiáng)對(duì)側(cè)隧道管片與凍土交接處的凍結(jié)。因考慮聯(lián)絡(luò)通道附近鹽水壓力可能較大，對(duì)于所有連接處全部用鉛絲加固并與孔口管法蘭盤進(jìn)行連接。

圖3 聯(lián)絡(luò)通道現(xiàn)場(chǎng)情況

冷凍站開始試運(yùn)轉(zhuǎn)3d 后鹽水溫度已達(dá)到-10℃以下，7d 已達(dá)到-19℃，15d 后降至最低溫度-29.5℃。原土體壓力普遍增至0.3MPa 左右，這表明凍結(jié)效果正常，凍結(jié)帷幕已膠圈形成封閉體，為防止凍脹力對(duì)隧道管片造成影響,開始對(duì)卸壓孔進(jìn)行卸壓，卸壓孔出現(xiàn)壓力增長(zhǎng)較快，卸壓有部分泥沙涌出。凍結(jié)46d 卸壓孔情況基本穩(wěn)定，在未凍區(qū)域打設(shè)探孔無(wú)泥沙涌出，布設(shè)測(cè)溫線對(duì)距管片約1m 處測(cè)溫為0℃，說(shuō)明凍土凍結(jié)效果良好，達(dá)到自立的目的。

3.3 開挖構(gòu)筑施工

聯(lián)絡(luò)通道先進(jìn)行洞門破除，見圖4。開挖上行線喇叭口導(dǎo)洞，再開挖通道。通道開挖完畢后，刷擴(kuò)上下行線喇叭口，刷擴(kuò)完畢后，進(jìn)行錨噴施工。錨噴施工全部結(jié)束以后，進(jìn)行通道及喇叭口部分的防水、鋼筋、混凝土施工。最后再進(jìn)行集水井施工，集水井施工工序同通道施工工序。由于土體采用凍結(jié)法加固，凍土強(qiáng)度較高，凍結(jié)帷幕承載能力大，因而開挖時(shí)（除喇叭口處側(cè)墻和拱頂外）可以采用全斷面一次開挖，開挖步距為0.3～0.5m，通道、集水井開挖步距為0.5m。兩端喇叭口處斷面較大，為減輕開挖對(duì)隧道變形的影響，開挖步距控制為0.3m。

圖4 洞門破除

隧道及地面的監(jiān)測(cè)凍結(jié)孔施工結(jié)束，地面及建筑物最大沉降為-0.7mm，隧道最大沉降為-0.6mm；開挖前報(bào)表地面及建筑物最大沉降為5.2mm，隧道最大沉降為3.7mm；結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后地面及建筑物最大沉降為-5.2mm,隧道最大沉降為-4.4mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際工程案例情況分析可知，聯(lián)絡(luò)通道施工過(guò)程中，對(duì)土體產(chǎn)生了擾動(dòng)，凍結(jié)帷幕產(chǎn)生了蠕變，造成周邊環(huán)境的沉降。但由于凍結(jié)法施工措施運(yùn)用得當(dāng)，嚴(yán)格控制開挖布距，快速開挖，及時(shí)支撐；在施工工藝上采取分段開挖的方法，及時(shí)加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)的強(qiáng)度，有效控制了凍土蠕變和周邊環(huán)境的沉降量,對(duì)聯(lián)絡(luò)通道周邊環(huán)境、地面及隧道沒有造成影響，高質(zhì)量地完成了該聯(lián)絡(luò)通道的主體結(jié)構(gòu)施工。

針對(duì)凍結(jié)法施工存在的凍脹和融沉的2 個(gè)問(wèn)題，采取了凍脹開孔卸壓，安裝預(yù)應(yīng)力支架等技術(shù)措施，有效地控制了隧道變形和地表沉降，變形量均低于規(guī)定范圍，說(shuō)明隧道泵站加固采用凍結(jié)法施工是合理的，開挖構(gòu)筑施工是成功的。