王力功 WANG Li-gong

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030000）

0 引言

在地鐵建設(shè)過(guò)程中其正線區(qū)間隧道一般采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，該方法不但施工速度快而且安全性也高，但區(qū)間隧道之間的聯(lián)絡(luò)通道由于垂直于線路且受場(chǎng)地限制盾構(gòu)機(jī)無(wú)法施工，一般采用礦山法進(jìn)行開(kāi)挖。相比于盾構(gòu)施工，礦山法可在狹小空間進(jìn)行作業(yè)，但該方法施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較高，施工工序繁瑣且施工進(jìn)度較慢，同時(shí)若施工不當(dāng)極易造成周邊地表沉降或位移，因此在施工前必須采用有效的地質(zhì)加固措施。地鐵施工加固方案分為兩種，一是超前注漿，對(duì)于淺層地質(zhì)該施工方法操作簡(jiǎn)單，效果明顯，但當(dāng)?shù)刭|(zhì)復(fù)雜或深度較深時(shí)施工質(zhì)量無(wú)法保證；二是冷凍加固，其適用于深層復(fù)雜情況的地質(zhì)加固，而且還可以有效隔離地下水，其抗?jié)B性是其他方法無(wú)法比擬的。在徐州市城市軌道交通6 號(hào)線一期工程地鐵區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中，由于該聯(lián)絡(luò)通道位于城市交通主干道路面以下位置，周邊地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜且地下水位較高，因此在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制地面沉降，否則一旦發(fā)生地表變形過(guò)大，可能造成通行受阻，造成使用功能不正常，影響市民生活，同時(shí)也必須確保施工區(qū)域在開(kāi)挖過(guò)程中處于安全可控狀態(tài)。為此采用冷凍加固技術(shù)對(duì)聯(lián)絡(luò)通道周邊地質(zhì)進(jìn)行加固處理，同時(shí)對(duì)施工中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控。通過(guò)一系列措施，不但有效加快了施工作業(yè)，而且大大降低了對(duì)地面交通道路的影響，同時(shí)也確保了施工區(qū)域作業(yè)環(huán)境的安全，有效減少了重大安全隱患發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

市政府站～紫金路站區(qū)間從市政府站北端引出，沿漢風(fēng)路路下向北走行，側(cè)穿在建招銀大廈、在建金融中心A6、A8 地塊、側(cè)穿肖莊河橋、側(cè)穿綠地商務(wù)城16 號(hào)樓、側(cè)穿綠地繽紛城、側(cè)穿綠地梵頓公館、側(cè)穿綠地書(shū)香苑后進(jìn)入紫金路站。區(qū)間隧道起止里程為左（右）DK28+300.713～左（右）DK29+593.178，左線設(shè)一處短鏈4.117m，左線全長(zhǎng)1289.348m，右線全長(zhǎng)1293.465m。線間距16～63m，區(qū)間隧道覆土厚度11.5～19.3m，區(qū)間于右DK28+539.578（左DK28+540.261）處設(shè)置1#聯(lián)絡(luò)通道，于右DK29+133.578（左DK29+129.461）處設(shè)置2#聯(lián)絡(luò)通道。

1#聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)為復(fù)合式襯砌，橫通道開(kāi)挖尺寸：長(zhǎng)×寬×高為16.8m×4.3m×4.42m；拱部為弧形，直邊墻襯砌，初期支護(hù)拱部、邊墻、底板厚度250mm，二次襯砌拱部、邊墻、底板厚度400mm。2#聯(lián)絡(luò)通道橫通道開(kāi)挖尺寸：長(zhǎng)×寬×高為17m×4.3m×4.42m；拱部為弧形，直邊墻襯砌，初期支護(hù)拱部、邊墻、底板厚度250mm，二次襯砌拱部、邊墻、底板厚度400mm。（圖1）

圖1 項(xiàng)目線路平面示意圖

圖2 孔口管及孔口裝置示意圖

2 總體施工方案

聯(lián)絡(luò)通道處正線管片采用鋼管片和混凝土管片組合而成。1#聯(lián)絡(luò)通道位于（2）-3a-3 黏土（可塑）、（5）3a-4b含砂姜黏土（硬塑），2#聯(lián)絡(luò)通道位于（2）-3a-3 黏土（可塑）、（5）3a-4b 含砂姜黏土（硬塑）、（5）3a-4c 含砂姜黏土（硬塑）。（2）-3a-3 黏土為微透水層，（5）3a-4b 含砂姜黏土、（5）3a-4c 含砂姜黏土為中等透水層。兩座聯(lián)絡(luò)通道采用冷凍法加固，全斷面法開(kāi)挖。根據(jù)圖紙要求，聯(lián)絡(luò)通道工作面周邊布置凍結(jié)孔82 個(gè)、測(cè)溫孔8 個(gè)、泄壓孔4 個(gè)，施工過(guò)程中由下至上進(jìn)行鉆孔施工。每處聯(lián)絡(luò)通道各設(shè)置一處冷凍站，2#聯(lián)絡(luò)通道冷凍站設(shè)置于右線390～420 環(huán)范圍內(nèi)，1#聯(lián)絡(luò)通道冷凍站設(shè)置與市政府站接收井負(fù)二層中板。冷凍站設(shè)施安裝完成后，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道前后十環(huán)管片進(jìn)行二次注漿加固，加強(qiáng)管片與土體之間的密實(shí)程度，注漿完成后開(kāi)始進(jìn)行凍結(jié)孔施工。

冷凍孔鉆孔施工完畢后進(jìn)行冷凍管及區(qū)間臨時(shí)支護(hù)、臨時(shí)安全門安裝，在通道開(kāi)口處隧道管片開(kāi)口環(huán)中不開(kāi)口部位均勻設(shè)置支撐點(diǎn)隧道支架，以減輕聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖構(gòu)筑施工及冷凍施工對(duì)隧道產(chǎn)生不利的影響。臨時(shí)支護(hù)安裝完畢后開(kāi)始進(jìn)行凍結(jié)施工，盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)。

3 聯(lián)絡(luò)通道冷凍加固主要施工工藝

3.1 總體施工工藝流程

聯(lián)絡(luò)通道總體施工流程為：施工準(zhǔn)備→鉆孔定位→鉆孔→冷凍管測(cè)斜→冷凍管打壓→冷凍器安裝→冷凍系統(tǒng)測(cè)試→積極凍結(jié)→鋼管片焊接→開(kāi)管片試挖→通道開(kāi)挖初期支護(hù)→通道防水施工→通道結(jié)構(gòu)層施工→充填融沉注漿→驗(yàn)收。

3.2 凍結(jié)加固設(shè)計(jì)

凍結(jié)采用鹽水循環(huán)凍結(jié)，鹽水最低溫度為-28～-30℃。維護(hù)凍結(jié)鹽水溫度為≤-28℃。①根據(jù)凍結(jié)深化設(shè)計(jì)凍結(jié)壁為2m。凍結(jié)壁平均溫度不高于-10℃。加固土體的滲透系數(shù)小于10-9cm/sec。②凍土強(qiáng)度指標(biāo)為：抗壓不小于4.0MPa，抗折不小于1.8MPa，抗剪不小于1.5MPa（-10℃）。③積極凍結(jié)時(shí)間為45 天。④凍結(jié)孔最大允許偏斜不大于150mm，終孔間距小于1.2m。施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，防止凍結(jié)管的斷裂及滲漏。

3.3 凍結(jié)站設(shè)備選型

根據(jù)施工籌劃，每座聯(lián)絡(luò)通道分別建一座凍結(jié)站，2#聯(lián)絡(luò)通道冷凍站設(shè)置在區(qū)間隧道內(nèi)該處聯(lián)絡(luò)通道南側(cè)（對(duì)應(yīng)區(qū)間右線390～420 環(huán)）；1#聯(lián)絡(luò)通道冷凍站設(shè)在市政府站接收井負(fù)1 層中板，冷凍站設(shè)備規(guī)格型號(hào)及冷凍量計(jì)算如表1 所示。

表1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

3.4 冷凍孔施工

區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工完成后，對(duì)左右線聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行位置、高差、夾角、里程進(jìn)行二次測(cè)量復(fù)核，總結(jié)聯(lián)絡(luò)通道中線位置管片偏差等數(shù)據(jù)，合理調(diào)整凍結(jié)孔位置。首先對(duì)施工后的透孔偏差值進(jìn)行測(cè)量檢查，根據(jù)所得出的偏差值調(diào)整后續(xù)的鉆孔參數(shù)。為減少施工過(guò)程中所引起的地層擾動(dòng)問(wèn)題，在鉆孔過(guò)程中先鉆下部再鉆上部。

凍結(jié)孔位置必須按照施工圖設(shè)計(jì)位置進(jìn)行放樣，每個(gè)孔口需安裝閘閥并做好密封裝置，在首孔打開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)無(wú)突水突泥情況時(shí)方可繼續(xù)鉆進(jìn)施工。在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)傾斜角度需與孔位傾斜角度一致，開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)采用干鉆方式鉆進(jìn)，待干鉆無(wú)法進(jìn)尺后打開(kāi)鉆進(jìn)進(jìn)水孔繼續(xù)鉆進(jìn)施工，同時(shí)密切觀察出水出泥情況，確保周邊地質(zhì)不出現(xiàn)沉降。

凍結(jié)管鉆孔完成后，應(yīng)利用孔口管預(yù)留旁通閥對(duì)孔口管與凍結(jié)管環(huán)形空間進(jìn)行注漿，并對(duì)注漿壓力與注漿量進(jìn)行雙控。注漿結(jié)束后觀察旁通閥及孔口管法蘭處無(wú)滲漏后方可拆除球閥及壓緊裝置。

3.5 積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)

凍結(jié)設(shè)備安裝后必須進(jìn)行調(diào)試及試運(yùn)轉(zhuǎn)，在試運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中要密切觀察溫度、壓力等各項(xiàng)參數(shù)，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)處于良好可控狀態(tài)。在凍結(jié)過(guò)程中，安排專人對(duì)鹽水流量、溫度及凍土壁擴(kuò)展情況進(jìn)行觀察記錄，當(dāng)凍結(jié)效果未達(dá)到理想狀態(tài)時(shí)需及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。凍結(jié)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可進(jìn)入積極凍結(jié)節(jié)段，在積極凍結(jié)過(guò)程中，要求鹽水溫度下降至-18℃的時(shí)間＜7 天，溫度下降至-24℃的時(shí)間＜15 天，同時(shí)去路和回路管道鹽水之間溫差不得大于2℃。在聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖前鹽水溫度低于-28℃。每天對(duì)鹽水溫度做好記錄整理，以此來(lái)分析判斷凍結(jié)壁的厚度及擴(kuò)展速度。

在積極凍結(jié)過(guò)程中，需要根據(jù)前期記錄的凍結(jié)數(shù)據(jù)判斷凍結(jié)帷幕的厚度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)判斷凍結(jié)帷幕與隧道之間的膠結(jié)狀況，待凍結(jié)帷幕與隧道膠結(jié)良好且滿足要求后方可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。凍結(jié)質(zhì)量控制施工流程如圖3 所示。

圖3 凍結(jié)質(zhì)量控制施工流程

4 凍結(jié)壁計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)的幾何尺寸見(jiàn)設(shè)計(jì)的施工圖，聯(lián)絡(luò)通道及泵站凍結(jié)壁厚度：2m；凍結(jié)壁平均溫度為≤-10℃。設(shè)計(jì)取-10℃凍土的彈性模量和泊松比分別為126.1MPa 和0.267，凍土強(qiáng)度指標(biāo)為：抗壓4.0MPa，抗折1.8MPa，抗剪1.5MPa。凍土壁承載力驗(yàn)算采用許用應(yīng)力法，根據(jù)《旁通道通道凍結(jié)技術(shù)規(guī)程》中的Ⅲ類凍結(jié)壁強(qiáng)度檢驗(yàn)，安全系數(shù)?。嚎箟?.0，抗折3.0，抗剪2.0。凍土壁承載力驗(yàn)算采用許用應(yīng)力法，安全系數(shù)?。嚎箟?.0，抗折3.0，抗剪2.0。

4.2 聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)力

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁力學(xué)分析采用均質(zhì)線彈性三維模型，考慮結(jié)構(gòu)埋深較深，初始地應(yīng)力產(chǎn)生的變形對(duì)凍結(jié)壁影響較大，故采用中間未凍土開(kāi)挖模擬的方式進(jìn)行計(jì)算。凍土力學(xué)特性參數(shù)取凍結(jié)壁平均溫度下的凍土力學(xué)特性值。根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，取結(jié)構(gòu)的1/4 作為計(jì)算模型。見(jiàn)圖4 所示。

圖4 通道凍結(jié)壁受力有限元計(jì)算結(jié)果（接口最不利位置）

4.3 凍結(jié)壁應(yīng)力計(jì)算

W—凍結(jié)壁截面模量，喇叭口：

喇叭口底板、通道正常段和泵站：

A—截面面積，喇叭口：

喇叭口底板、通道正常段和泵站：

最大剪應(yīng)力：

Q—截面剪力；A—截面面積

4.4 計(jì)算結(jié)果

由結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算結(jié)果可知，凍土的抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度均具備一定安全儲(chǔ)備，滿足相關(guān)規(guī)范要求。因此，總體上來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)凍結(jié)壁能夠滿足承載力要求。詳見(jiàn)表2 所示。

表2 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁最大應(yīng)力、位移計(jì)算值及安全系數(shù)

5 安全質(zhì)量保障措施

①間隔施工凍結(jié)孔，必要時(shí)調(diào)整中間凍結(jié)孔的施工軌跡，減小凍結(jié)孔最大成孔間距，使凍結(jié)孔間隔均勻。凍結(jié)孔成孔后采用經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜，測(cè)斜前，應(yīng)檢查實(shí)際開(kāi)孔位置與后視點(diǎn)是否一致。②鹽水管路系統(tǒng)必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不得小于凍結(jié)工作面鹽水壓力的l．5 倍，并持續(xù)15min 壓力不下降為合格。③解凍過(guò)程中，要加強(qiáng)地面和隧道變形監(jiān)測(cè)、凍土融化溫度監(jiān)測(cè)，防止對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用冷凍加固技術(shù)對(duì)聯(lián)絡(luò)通道周邊地質(zhì)進(jìn)行加固處理，同時(shí)對(duì)施工中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控等一系列措施，不但有效加快了施工作業(yè)，而且大大降低了對(duì)地面交通道路的影響，同時(shí)也確保了施工區(qū)域作業(yè)環(huán)境的安全，有效減少了重大安全隱患發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該冷凍加固技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工地質(zhì)加固中取得很好的效果，也為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。