楊子健

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000）

聯(lián)絡通道的工程施工作業(yè)是目前盾構隧道項目中實施的風險高發(fā)作業(yè)，在隧道中聯(lián)絡通道，地層條件偏差，往往會由工程人員先使用地層加固，之后再使用礦山開挖的方式。冷凍法比較適合淤泥層、砂礫層的土層，以及那些凍土穩(wěn)定程度、質量好的底層土壤。工程人員檢測地下水溫度變化狀況，了解凍土層的實際狀況，而且工程控制相對精確，凍土完整程度好。

1 凍結法的概述

在盾構隧道聯(lián)絡通道地層下地下水相對較多，而在地層中分布著透水性比較好的砂礫層，地下水流速偏快，在形成洞口時，耗費能量多，洞口凝結時間較長，而且凍土質量不容易保證，這時，使用注漿法來加固地層，堵塞地下水道能減少地下水流速，之后再冷凍，這樣才可以達到更好使用效果，凍土也會形成凍脹。因此控制好地面強度相對困難，凍結法投入成本大，造價費用高。工期施工時間長，地層中地下水流速超出了30m/天，地層地下水流速會達到90m/天，從專業(yè)角度上來講，冷凍方案風險偏大，并且凍土融化之后,能造成融沉結構薄弱位置出現(xiàn)滲水漏水。

2 冷凍施工的要點分析

2.1 冷凍帷幕的設計

凍土層硬度強度設計指標值為抗折性2MPa，抗剪性為1.35MPa，抗壓為3.5MPa。在地上挖掘周邊外圍，要不設凍結壁或者隧道管片交接的面上，其高度不能夠超出零下5℃，其部位設計平均溫度為零下10℃凍結后，加厚層為1.8m。

2.2 凍結布孔

（1）凍結孔的布置。凍結孔需要按照上揚、水平、下浮的三個角度來布設，共布置的洞穴孔達到了64個，其中會設置4個穿透孔。在隧道兩側來進行打孔施工，凍結孔的開孔實際位置誤差不能夠超過10cm。凍結開口需要有最大允許偏差，誤差范圍不會超出15cm，其中凍結孔會碰到盾構側管片，能夠循環(huán)的接水管頭，其總共長度不會超出15cm，使用直徑為89mm，管壁厚為8mm凍結管。并使用型號為20低碳型鋼材、無縫管。

在凍土孔施工作業(yè)中，整個土體的流失量不能夠大于凍結孔體，否則就要及時進行注漿控制。施工透孔要做到與隧道流口的位置沒有偏差，或者鉆孔施工質量如果大于10cm，那么就要保證凍結壁的實際厚度，原則上與凍結孔的布置能做出合理調整。

（2）測溫孔的布置。測溫孔布置為6個，在上行為3個，下行為3個，布置測溫孔多是監(jiān)測凍結帷幕的不同位置上溫度，并且根據(jù)這些溫度變化，采取合理控制措施，以保證整個施工安全。測溫孔尺寸要求，測溫管可使用直徑為32mm，厚度為4mm的無縫鋼管，管道長度可以達到6m。在管前端應用焊接來密封管內，不能夠留有滲水的縫隙。

（3）卸壓孔的布置。在凍結的帷幕封閉區(qū)域上行和下行分別為2個孔，安裝上壓力表，這樣就能夠直觀檢測凍結帷幕內部壓力變化狀況。通過每日觀測，及時判斷凍結孔形成可直接釋放凍脹壓力。卸壓管可以選擇直徑為32mm的無縫鋼管，鋼管壁厚為3.5mm，每個線壓管長度為2m。在管圈端口開孔，進入到土體內部，鉆孔會呈現(xiàn)梅花狀，這樣會保證凍結孔體內部壓力可以傳遞。

（4）制冷的設計。土層冷凍期及鹽水溫度會達到零下20℃，圍護凍結期的溫度為零下25℃。整個凍結的時間會達到30天，凍結的時間為25天。

3 冷凍質量控制和監(jiān)測

3.1 監(jiān)測內容

使用凍結設備來監(jiān)測土壤內的凍存狀況，其鹽水溫度可冷卻時，進出時溫度數(shù)值及冷凍機室排氣運動和鹽水泵運行時壓力數(shù)值。凍結排氣壓力數(shù)值和制冷系統(tǒng)冷凝的壓力數(shù)值。智能系統(tǒng)檢測氣化壓力值、溫度，開挖支護的帷幕表面溫度和開發(fā)之后的凍結帷幕，檢查隧道主體建設內容，檢測隧道水平垂直方向產(chǎn)生的變形狀況，進一步去檢測地面管線的沉降狀況。

3.2 監(jiān)測方法

工程人員使用水平凍結孔偏斜監(jiān)測，并且配合燈光來進行凍結期密封性的檢測，在管理部注水，來檢測密封性狀況，使用壓泵加壓方法檢查土體滲漏，滲漏程度都要符合水平凍結設計要求。在溫度監(jiān)測方面，制冷設備內部的冷水循環(huán)，可以使用測溫儀器設備，使用精密化水銀溫度計量設備檢測，每天檢測三次。在初期要每三小時檢測一次。在制冷設備系統(tǒng)內部的工作壓力，要安裝壓力表來檢測，這種高壓系統(tǒng)會使用2.5MPa的壓力表，中低壓系統(tǒng)會使用0.16MPa的壓力表來檢測，檢測頻次為每天三次。地面測量在聯(lián)絡通道位置上，距離地面中心有50m，在這些穩(wěn)定區(qū)域上要放置2個沉降檢測基準點。在聯(lián)絡通道位置上，距地面有20m區(qū)域內，布設沉降點，測點間距會達到5m，在聯(lián)絡通道位置上及管線和建筑物的位置上加密監(jiān)測點。

在聯(lián)絡通道的50m之外的穩(wěn)定區(qū)域，分別放置水平和兩個垂直型的基準點作為負荷點，在通道兩側50m范圍之內，在隧道水平位置上及垂直方向上,要求地縫變形對其進行系統(tǒng)監(jiān)測，監(jiān)測點上還要放置在隧道地面上，各監(jiān)測點的距離大約為2m。隧道內數(shù)量監(jiān)測點布置要在隧道上下方和作業(yè)隧道壁上，都需要布置，涂抹油漆來標記。

4 融沉注漿施工要點

4.1 融沉的工程控制原則

結合目前隧道施工環(huán)境，采用自然解凍的方法來解凍，并且結合監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，及時跟蹤，以管控好融沉，在停止解凍的5天左右及混凝土硬度強度值達到近70%，就可以開展融沉的操作進行漿液的灌注。

4.2 注漿孔的布置

聯(lián)絡通道隧道底部的端口可以使用管片增加，在有必要時候，可使用鉆機在管片上開孔，同時增加注漿孔聯(lián)絡通道結構，預埋注漿口的布置，在聯(lián)絡通道兩端各布置一個注漿斷面通道部位，布置三個注漿斷面，埋設的管道可以用5mm的焊接管，頂端會帶有螺紋管道。

4.3 注漿工藝的要點

融沉注漿操作應該在施工前使?jié){液完成澆筑之后，結合檢測反饋信息，快速去注漿，并以此控制好注漿量，使用凍結帷幕的施工方式在注漿。合理注漿操作，整個凍結區(qū)還需要壓漿，緊密壓實，使用結構體預埋注漿管，在原有管片上來注入混凝土漿液。將停止凍結之后的混凝土結構體強度會達到70%。并且進行融沉的注漿，使其持續(xù)的時間會達到4個月。一般會使用水泥漿液的配比為水和水泥比例為1:1，注降壓一般控制在0.3～0.5MPa。工程人員控制好地面的沉降變形，這是目前混凝土漿液澆筑的一大目的，在解凍期間，還要進一步加強對地面變形檢測，中筒溫度監(jiān)測與凍土后的水土壓力檢測，融沉注漿結束之后會以地面變形穩(wěn)定作為實際，依據(jù)凍結壁全部融化且不注漿的狀況，實際的地層沉降數(shù)值在一個月內不會超出0.5mm，此時來停止融沉補償性的注漿。

5 富水砂層盾構隧道聯(lián)絡通道施工研究

隧道聯(lián)絡通道中使用地面管道降水和洞內的降水技術相融合方法，這種方法就能夠進一步實現(xiàn)加固堵水作用，還可以實現(xiàn)減壓限排的工程作用，為了能夠使聯(lián)絡通道在少水條件下挖掘。在地面降水能夠達到工程建設要求狀況下，使用周邊的小導管注漿，這樣就可以降低基坑施工時的流水和流沙的風險，這種方案更加合理，而且技術措施比較有效，施工效果更好。

砂礫層往往會夾雜著中沙或者細粉沙，如果使用普通類型的設計方案，及使用水玻璃、普通水泥顆粒物變大，會造成漿液擴散。在進行注漿加固位置薄弱部位偏多，容易出現(xiàn)用水問題發(fā)生。注漿時，使用超細水泥或者聚氨酯類的注漿材料，來及時補充砂漿液、漿液內，不可以在細小孔隙內擴散，并且實現(xiàn)進一步的加固，可有效改善目前的注漿施工效果，顯著降低地層滲透系數(shù)，也進一步延長時間，為支護作業(yè)而創(chuàng)造更好的工作環(huán)境。

在施工作業(yè)中，工程人員注漿，就能夠進一步增強地層密實性，實現(xiàn)地層加固，及多水的工程建設目的。注漿方法受到局限，注漿位置區(qū)域會存在著盲區(qū)，因此要及時避免盲區(qū)，以保證整體的工程和環(huán)境的安全。

在覆水的沙礫層開挖隧道，挖掘地坑會產(chǎn)生突水涌砂的問題，造成地基出現(xiàn)管涌的風險，在施工作業(yè)前，要制定好應急處理方案，及時做好應急處理準備，并且還要準備凝塊、溺水袋、沙袋、棉紗。一旦發(fā)生險情，要快速處理應對，及時封堵，防止這些險情發(fā)生。在該施工作業(yè)場地，開挖基坑時，使用棉紗、木塞方式來快速堵住出水點，并且要用沙袋去反壓，噴射混凝土漿液來封閉補強，會達到更好的施工注漿效果。

6 通道及泵房構筑

在施工前段面的挖掘方法，開挖布局為0.5m，先試挖之后保證安全，再去拆除鋼管片，之后再正式挖掘通道。人工裝土到區(qū)間隧道中運行的運輸車輛中運走。根據(jù)前期探孔揭示的聯(lián)絡通道處地質情況，適合采用風鎬及鐵鍬開挖。

挖掘方法使用人工和機械挖掘的方法，往往會使用全斷面人工挖掘方法，開挖斷面，會使用風鎬。施工過程中嚴格遵循短開挖、強支護、快封閉、勤測量的原則，有利于支護盡早封閉，控制地表沉降，開挖斷面超挖不大于30mm。

聯(lián)絡通道開挖方面時，首先沿軸線方向挖長1.2m、高1.8m、寬1.2m的導洞，導洞支撐用16號工字鋼“門”字形焊接架設，支撐間距0.4m（架設3榀），支撐靠近土體的一側安裝木背板，導洞的作用是利用喇叭口的土體對喇叭口部位進行保溫，待通道全部挖完后再回刷喇叭口，這樣減少喇叭口的暴露時間。由于洞口尺寸小于聯(lián)絡通道結構尺寸，開挖洞口截面在1.5m范圍內漸變至結構截面。開口處采用爬坡開挖,爬坡角度控制在30度以內。為保證洞口穩(wěn)定，洞口1.5m漸變段為后挖帶，即在聯(lián)絡通道其余部分開挖完成后再開挖該部位，待通道二襯施工完成后最后開挖泵房段。

開挖面土體溫度檢測：開挖過程中，使用“點溫計”定期（每3小時一次）對掌子面頂部、側面、下部土體進行溫度測量，進行記錄，溫度應具有規(guī)律性的漸變，如發(fā)現(xiàn)異常變化升高，應高度關注測溫孔、鹽水系統(tǒng)溫度變化是否正常，檢查掌子面是否有滲水漏水情況，做好應急準備，分析升高原因，務必確保凍結壁完好，此時應及時封閉已開挖的暴露凍結壁。

二襯澆筑前對排水管溝槽進行一次性開挖，開挖成U型槽形狀的斷面，U型槽上口尺寸為2.5m，下口尺寸為1m，深度按排水管的標高進行開挖，原則上讓排水管周圍全部均由混凝土包裹，以確保后期排水管不漏水。

聯(lián)通通道開發(fā)之后，地面中原有應力平衡受到破損，而引起道路周邊地槽應力再次重新統(tǒng)計分布，這種分布應力，可以使上層地層出現(xiàn)位移，而且會形成新的附加荷載。將加固好的凍土，當凍土超出所承受的壓力，超出了凍土強度數(shù)值時，凍土帷幕中出現(xiàn)緊縮問題，要最大化控制好這種問題。凍土開挖之后，還要對凍結部分，做好必要支護，將聯(lián)絡通道突擊支護作為維護地層等穩(wěn)定基層，這是保證施工現(xiàn)場安全的重要措施，將初期的維護，可以作為永久維護的重要組成。

考慮到目前施工現(xiàn)場有加工好的鋼格柵，一方面，鋼格柵是完全滿足設計承載力要求的；另一方面，上一次開挖該通道時，除兩端門口位置處，通道部分使用鋼格柵已經(jīng)完成了大部分的初期支護，預計此次開挖過程僅需對兩端頭及個別初支損壞處進行支護，使用鋼格柵支護后立即噴砼的方案對凍結壁影響較小（融化作用對凍結壁的影響不至于使凍結壁破壞），且噴錨完成后對該處支護是一種加強作用，可以抵消凍結壁的弱化。因此，使用鋼格柵是完全滿足要求不具備風險的。

7 結語

在隧道施工作業(yè)場地出現(xiàn)富水砂層，要通過使用冷凍方法來凍結地層，工程人員在施工場地，要合理布設凍結口，把握凍結孔內的直徑和各孔之間的間距，及控制好孔身。并且在施工場地周邊布設大量測溫孔和泄壓孔，加強冷凍土的溫度監(jiān)測，檢測鉆孔深度，鋪設凍結管長度，及建立起凍結監(jiān)測系統(tǒng)，加強隧道周邊土體監(jiān)測和凍結帷幕的檢測，及溫度檢測、壓力檢測和地面檢測及隧道監(jiān)測。