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        富水流砂砂層地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)

        2022-12-15 10:00:50張玉如裴春偉上海建科工程咨詢有限公司上海200032
        建設(shè)監(jiān)理 2022年9期
        關(guān)鍵詞:泵房球閥孔口

        瞿 鵬,張玉如,裴春偉(上海建科工程咨詢有限公司, 上海 200032)

        0 引 言

        凍結(jié)法施工是常見的對(duì)土體進(jìn)行加固的方法,為了形成的良好凍結(jié)帷幕并保證開挖面的穩(wěn)定性,須嚴(yán)格控制凍結(jié)孔的施工工藝及施工質(zhì)量。如朱澤萱[1]以福州地鐵2號(hào)線紫陽(yáng)站-五里亭站區(qū)間的66 m超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道工程為背景,采用雙集水井結(jié)構(gòu)、減小聯(lián)絡(luò)通道尺寸等設(shè)計(jì)優(yōu)化措施,解決一系列聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)難題;郭紅斌[2]基于凍結(jié)法的軌道交通聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工技術(shù),闡述了凍結(jié)孔施工工序,并提出相應(yīng)的質(zhì)量、安全保證措施;葉松明[3]針對(duì)上海軌道交通17號(hào)線漕盈路-淀山湖大道站區(qū)間6號(hào)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)后開挖過程中的漏水搶險(xiǎn)及后續(xù)修復(fù)處理進(jìn)行總結(jié)介紹。

        以某市地鐵某工區(qū)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工工程(以下簡(jiǎn)稱“本工程”)為例,簡(jiǎn)單介紹該工程的地質(zhì)狀況、工程聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工工藝和施工步驟,重點(diǎn)闡述工程凍結(jié)孔過程中遇到的涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)狀況及采取的具體搶險(xiǎn)措施,并在事后分析風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因,討論凍結(jié)孔成孔后試壓性試驗(yàn)不合格情況下的優(yōu)化處理方式,為相似地質(zhì)條件下的聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工風(fēng)險(xiǎn)控制及質(zhì)量控制提供一定的參考。

        1 工程概況

        1.1 工程地質(zhì)特性

        聯(lián)絡(luò)通道埋深21.7 m,區(qū)間主要穿越③2粉砂、③3j砂質(zhì)粉土與粉質(zhì)黏土互層、③3砂質(zhì)粉土夾粉砂。各地層物理力學(xué)性能、滲透性能如表1和表2所示。

        表1 各地層物理力學(xué)性能圖

        表2 各地層滲透性能

        1.2 聯(lián)絡(luò)通道及泵房設(shè)計(jì)概況

        聯(lián)絡(luò)通道水平通道為直墻圓弧拱結(jié)構(gòu),泵房為矩形結(jié)構(gòu),通道和泵房均采用兩次襯砌,其中通道初襯(鋼支架噴射混凝土)厚度為300.00 mm,泵房初襯厚度為300.00 mm;通道的開挖輪廓長(zhǎng)約8.01 m,寬4.00 m,高約4.22 m,局部(喇叭口處)高約4.47 m,寬4.60 m;泵房開挖輪廓長(zhǎng)5.00 m,寬4.00 m,深約3.96 m。通道二次襯砌底板厚0.70 m,頂板厚0.45 m,側(cè)墻厚0.45 m,局部(喇叭口處)頂板厚1.03 m,泵房豎墻和底板厚均為0.45 m,采用C40P10混凝土澆筑。聯(lián)絡(luò)通道副線凍結(jié)孔28個(gè)、測(cè)溫孔8個(gè)、泄壓孔2個(gè);聯(lián)絡(luò)通道主線凍結(jié)孔56個(gè),測(cè)溫孔2個(gè)。

        2 凍結(jié)孔鉆孔施工

        2.1 凍結(jié)孔定位及開孔控制

        由于里程及管片拼裝誤差,聯(lián)絡(luò)通道的方位角并非是理想中的設(shè)計(jì)角度,為了防止鉆孔發(fā)生偏差,需再對(duì)隧道中線及聯(lián)絡(luò)通道控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,重新定方位角和高程后再重新進(jìn)行復(fù)核。凍結(jié)孔需依照施工圖進(jìn)行凍結(jié)孔孔位放線,孔位布置應(yīng)避開管片接縫、螺栓、主筋、止水條和鋼管片肋板[4],誤差一般不應(yīng)大于100 mm。在正式開孔前,利用隧道管片上的補(bǔ)漿孔鉆小孔進(jìn)行探孔,檢查地層穩(wěn)定性。混凝土管片鉆孔須選用金剛石開孔鉆機(jī),350 mm厚管片開孔深度至300 mm時(shí)停止鉆進(jìn)并預(yù)留50 mm以上的保護(hù)層,用鋼楔楔斷巖心,取出后安裝孔口管,并用膨脹螺絲固定在管片上,裝上閘閥,再將閘閥打開,用Φ110 mm金剛石鉆頭從閘閥內(nèi)開孔,一直將混凝土管片開穿,如地層內(nèi)的水砂流量大,就及時(shí)關(guān)好閘門。鋼管片鉆孔時(shí),須在鋼管片上焊好孔口管,在孔口管上接好閘閥,用鉆機(jī)接上金剛石鉆頭,從閘閥內(nèi)切割鋼管片鉆進(jìn)。使用夯管錘工藝在鋼管片上開夠深度后,一定要裝好防噴裝置才能進(jìn)行二次開孔[5]。聯(lián)絡(luò)通道孔口管鉆孔安裝示意圖,如圖1所示。

        圖1 孔口管鉆孔安裝示意圖

        本工程聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔凍結(jié)孔施工順序?yàn)橄仁┕ね缚?,透孔能夠起到?lián)系測(cè)量聯(lián)絡(luò)通道兩個(gè)洞門位置并校核凍結(jié)孔角度的作用;副線凍結(jié)孔施工順序?yàn)橄虏績(jī)鼋Y(jié)孔F4~F5鉆進(jìn),再到上部?jī)鼋Y(jié)孔B12~B1鉆孔作業(yè);聯(lián)絡(luò)通道主線凍結(jié)孔(冷凍機(jī)所在設(shè)備一側(cè))施工順序?yàn)橛上虏縈7~M1到上部?jī)鼋Y(jié)孔A20~A21。其中,C1~C10為測(cè)溫孔。

        為了防止下部?jī)鼋Y(jié)孔施工影響上部土層的擾動(dòng),凍結(jié)孔的施工順序應(yīng)為由上至下,本工程施工順序有待商榷。

        2.2 凍結(jié)孔鉆進(jìn)與凍結(jié)管設(shè)置控制

        孔口管安裝及鋼格倉(cāng)填充完成后,按照設(shè)計(jì)圖紙要求角度進(jìn)行鉆機(jī)就位,大球閥安裝完成后用φ110 mm的鉆頭進(jìn)行鉆磨管片,待管片磨穿后更換φ89 mm的凍結(jié)管進(jìn)行鉆進(jìn)。凍結(jié)管的尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)配,每個(gè)凍結(jié)管之間的絲口須進(jìn)行焊接,并檢查焊接質(zhì)量,根據(jù)設(shè)計(jì)要求復(fù)核凍結(jié)管的外露尺寸及鉆孔角度,在滿足上述要求后方能對(duì)孔口管預(yù)留的注漿孔進(jìn)行注漿作業(yè),待注漿完成24 h后方能拆卸球閥并立即用環(huán)形鋼板把凍結(jié)管與孔口法蘭焊接。

        正常鉆進(jìn)時(shí),宜先采用無水鉆進(jìn),這樣可以減少水土流失,對(duì)控制地面和隧道的沉降十分有利。鉆進(jìn)困難時(shí),可在鉆頭部位安裝一個(gè)特制單向閥門,采用帶水鉆進(jìn)方式。凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后沖洗單向閥,并密封凍結(jié)管端部。在鉆進(jìn)過程中,如發(fā)生水土流失,可根據(jù)每日的監(jiān)測(cè)情況,及時(shí)通過安裝在孔口管部位的旁通球閥對(duì)土體進(jìn)行補(bǔ)壓漿,以單液漿為主,以控制鉆孔對(duì)周邊環(huán)境的影響。在凍結(jié)管內(nèi)安插供液管,然后焊接凍結(jié)管端蓋和去、回路羊角。

        2.3 成孔質(zhì)量檢查

        (1)保證凍結(jié)孔開孔位置誤差不應(yīng)大于100 mm、開孔間距誤差不應(yīng)大于150 mm。

        (2)由于凍結(jié)孔深度小于10 m,故凍結(jié)孔成孔最大間距不得大于1.3 m,凍結(jié)孔最大偏斜率不得大于1%。

        (3)凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)深度,不宜大于設(shè)計(jì)深度0.5 m;凍結(jié)管管口露出孔口管不宜小于100 mm,施工完成后的凍結(jié)管應(yīng)做好保護(hù),管內(nèi)不得留有任何雜物。

        (4)凍結(jié)管長(zhǎng)度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏,試驗(yàn)壓力應(yīng)為凍結(jié)工作面鹽水壓力的1.5倍~2倍,且不宜低于0.7 MPa,試壓30 min壓力下降不應(yīng)超過0.05 MPa,穩(wěn)定15 min壓力無變化則為試壓合格。

        3 鉆孔、成孔期間存在的問題、風(fēng)險(xiǎn)控制及其優(yōu)化處理

        3.1 鉆孔期間涌水涌砂搶險(xiǎn)措施

        主線聯(lián)絡(luò)通道A7凍結(jié)孔鉆孔期間,發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象。A7凍結(jié)孔為上部仰角孔,設(shè)計(jì)角度為22°,設(shè)計(jì)深度為5.7 m。未鉆孔前地層壓力約為1.2 MPa。

        發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象后,現(xiàn)場(chǎng)大量流砂從大球閥與孔口管之間密封墊涌出,作業(yè)人員立刻抽出鉆桿,關(guān)閉球閥閥門,但由于球閥安裝前未進(jìn)行試驗(yàn)性檢測(cè),該球閥已損壞,導(dǎo)致無法正常關(guān)閉閥門,技術(shù)人員迅速將應(yīng)急物資中的圓木塊端頭裹上棉絮,再通過鉆機(jī)推力強(qiáng)行頂入孔口管內(nèi)。待無涌水涌砂后,通過旁通球閥進(jìn)行補(bǔ)充注漿,注漿泵壓力達(dá)到3 MPa后停止注漿,累計(jì)注漿量約2 t。涌水涌砂失控時(shí)間約為15 min。通過第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)量地表沉降量,單日地表下沉量累計(jì)沉降值為1.7 mm,未超過3 mm的預(yù)警值,無需進(jìn)行地表注漿。待旁通球閥補(bǔ)充注漿完成12 h后,打開旁通球閥注漿閥門,無流砂現(xiàn)象后拆除老化球閥更換新球閥及密封墊,重新進(jìn)行鉆孔施工。

        3.2 成孔試壓凍結(jié)孔問題優(yōu)化處理

        為了檢測(cè)凍結(jié)管的密封性,成孔結(jié)束后應(yīng)對(duì)每個(gè)凍結(jié)孔進(jìn)行試壓試驗(yàn)。本工程聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔試壓期間發(fā)現(xiàn)A8凍結(jié)孔試壓存在密封性問題。

        A8凍結(jié)孔為上部仰角孔,設(shè)計(jì)角度為22°,設(shè)計(jì)深度為5.7 m;打壓期間初始?jí)毫?.9 MPa,30 min后下降至0.78 MPa,試壓不合格。

        技術(shù)人員對(duì)A8凍結(jié)孔進(jìn)行洗孔并重新安裝絲堵,但隨后進(jìn)行的打壓試驗(yàn)仍不滿足要求。依照已確定的方案,下放鋼質(zhì)套管,套管內(nèi)下放直徑約32 mm的鋼質(zhì)供液管。由于凍結(jié)管直徑為89 mm,套管直徑為50 mm,凍結(jié)管與套管之間存在隔層,積極凍結(jié)期間將影響冷量傳遞及凍結(jié)帷幕的形成。為了不影響后期凍結(jié)效果,將A8凍結(jié)孔單獨(dú)集配液圈接一個(gè)管路,積極凍結(jié)期間不進(jìn)行鹽水循環(huán),并在A8凍結(jié)孔中部放置一個(gè)溫度觀感器,用來監(jiān)測(cè)溫度變化,待周邊土體凍結(jié),觀感器溫度在0℃以下后取出溫度觀感器,用兩根細(xì)銅管(一根用于進(jìn)水,一根用于出氣)深入套管與凍結(jié)管的孔隙(隔層)中至單向閥位置,用簡(jiǎn)易注水泵通過細(xì)銅管向隔層中注水,使水由上往下流,且凍結(jié)管孔口位置應(yīng)提前用封水板進(jìn)行密封,保證水不流失,待隔層注滿水且隔層完全結(jié)冰后再裝羊角管及鹽水管路,進(jìn)行積極凍結(jié)。積極凍結(jié)期間羊角結(jié)霜正常且無滲漏。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        本文主要從鉆孔前準(zhǔn)備、鉆孔期間施工工藝流程、鉆孔期間涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)控制具體措施及凍結(jié)孔成孔后試壓試驗(yàn)不合格情況下所采取的優(yōu)化方案這四部分進(jìn)行闡述。過程分析如下。

        (1)從凍結(jié)孔施工全過程來看,凍結(jié)孔在施工順序上存在問題,雖然從后續(xù)凍結(jié)帷幕的形成及開挖面的穩(wěn)定性等方面來看,并未對(duì)土層造成實(shí)質(zhì)性影響,但仍不可取。

        (2)鉆孔期間最容易被忽視的往往就是施工前的材料檢查,如本工程中的大球閥及法蘭間的密封墊。施工前應(yīng)組織相關(guān)人員檢查材料設(shè)備及應(yīng)急物資的準(zhǔn)備情況,為施工期間提供保障。

        (3)成孔后,由于密封性問題采用下放套管的方案,雖然操作過程較為復(fù)雜,但相較于重新補(bǔ)孔帶來的風(fēng)險(xiǎn),仍算是優(yōu)選方案。

        總體而言,本工程施工過程中未發(fā)生較大質(zhì)量問題,整體控制效果較好,能夠?yàn)轭愃乒こ烫峁﹨⒖肌?/p>

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