凍結(jié)造孔施工技術(shù)要點

代婧瑜 李 林

(1.中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司重慶分公司，重慶 400000;2.天地科技股份有限公司建井研究院，北京 100013)

人工凍結(jié)法是利用冷媒傳遞冷量給地層使含水地層降溫凍結(jié)，依靠凍土的強度達(dá)到承受地壓和防止涌水的目的，使開挖和襯砌工作處于凍土保護(hù)之下安全進(jìn)行［1，2］。人工凍結(jié)法作為地下工程處理地下水的主要方法［3］近年來在越江隧道盾構(gòu)進(jìn)出洞［4］、城市地鐵旁通道［5，6］、礦山豎斜井穿越富水地層等工程中被廣泛應(yīng)用，凍結(jié)造孔是人工凍結(jié)法的關(guān)鍵工序，是關(guān)系到凍結(jié)壁發(fā)展速度、人工凍結(jié)法整體工期的主要部分。其工期約占人工凍結(jié)法總工期的20%～30%。凍結(jié)造孔能否優(yōu)質(zhì)、按期完成直接影響到整個凍結(jié)工程的成敗，直接制約著地下工程的早日投產(chǎn)運營。

人工凍結(jié)法的凍結(jié)造孔主要包括進(jìn)場準(zhǔn)備、凍結(jié)造孔工程構(gòu)筑物施工、凍結(jié)造孔設(shè)備進(jìn)場安裝、凍結(jié)孔鉆進(jìn)、終孔復(fù)壓復(fù)測、鉆機撤場等幾個組成部分。下面結(jié)合施工經(jīng)驗對各部分的主要環(huán)節(jié)及注意事項分別說明:

1)進(jìn)場準(zhǔn)備。因前期人員配置較少，事務(wù)較多，凍結(jié)造孔的進(jìn)場準(zhǔn)備常得不到足夠的重視，為日后的順利生產(chǎn)埋下了隱患。進(jìn)場準(zhǔn)備主要包括水電和場地四個方面。

關(guān)于水，要確定前期灰土盤施工用水及造孔用水水量是否能夠滿足，對甲方所提供水的水質(zhì)存在質(zhì)疑時，應(yīng)通知監(jiān)理并進(jìn)行見證取樣送檢，落實施工人員的生活用水水源，保證其水質(zhì)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于電，如在招標(biāo)文件中甲方提供生產(chǎn)用電，要依據(jù)相關(guān)招標(biāo)文件核實甲方電力提供情況，具體包括送電時間，電壓及功率，上一級變電所各類過載超載保護(hù)的整定值。依據(jù)實際情況確定凍結(jié)法施工單位所配備變壓設(shè)備是否滿足生產(chǎn)要求，并保留必要的余量，確保生產(chǎn)。

對于場，要求甲方提供詳實可靠的場地平面圖、高程圖。辦理相關(guān)高程控制點及坐標(biāo)控制點的技術(shù)交底手續(xù)，并由專業(yè)測量人員對移交點位進(jìn)行復(fù)測。

2)凍結(jié)造孔工程構(gòu)筑物施工。凍結(jié)造孔工程構(gòu)筑物主要包括灰土盤、泥漿池、泥漿泵基礎(chǔ)設(shè)計及施工。設(shè)計前需切實了解井口土層原始地質(zhì)狀況，確定是否為回填土，是否為超固結(jié)土或欠固結(jié)土。

灰土盤作為鉆機的工作平臺，是凍結(jié)造孔工程構(gòu)筑物的主要組成部分。確定灰土盤標(biāo)高，對場地進(jìn)行精平。在各凍結(jié)孔、水文孔中心處打樁(見圖1)。依設(shè)計圖進(jìn)行模板支設(shè)。

混凝土澆筑宜優(yōu)先采用商品混凝土，以保證混凝土強度和均勻性，提高施工速度?；炷列吞枒?yīng)依設(shè)計確定，但不宜低于C20。澆筑前2 h～3 h復(fù)核模板尺寸，并對地基土灑水潤濕。準(zhǔn)備移動接線輥，確保電線長度滿足施工要求。檢查振動棒工作情況并試運轉(zhuǎn)。因灰土盤厚度多大于30 cm，宜采用插入式振動棒。澆筑時如面積過大宜結(jié)合伸縮縫位置分段施工，并做好施工縫處理。泥漿溝槽及泥漿池抹面砂漿宜采用1∶2.5水泥砂漿，摻水泥重量的3% ～5%的防水粉或108膠。水灰比0.6～0.65。抹面砂漿厚度5 mm～10 mm。砂漿應(yīng)隨拌隨用。時間不超過60 min。泥漿置換池外圍20 cm宜設(shè)置高度不小于10 cm的防水圍堰或土坎。以防雨水對泥漿池后原狀土造成沖刷，致使泥漿池開裂下沉。凍結(jié)造孔工程構(gòu)筑物整體見圖2。

圖1 灰土盤磚模施工

圖2 凍結(jié)造孔工程構(gòu)筑物

3)凍結(jié)造孔設(shè)備進(jìn)場安裝。確定各鉆機施工進(jìn)度計劃，確定各鉆機安裝位置及泥漿溝槽使用情況。采用汽車吊時，應(yīng)有專職信號工和安全員。

4)凍結(jié)孔鉆進(jìn)。開鉆前要對鉆機及泥漿泵進(jìn)行試運轉(zhuǎn)。各運轉(zhuǎn)部件要有必要的保護(hù)罩及安全網(wǎng)。

特殊工種作業(yè)人員須持有在有效期內(nèi)的相應(yīng)操作證。對全體人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。在開鉆后應(yīng)提前組織人員進(jìn)行地面打壓試驗。打壓試驗至少應(yīng)包括底錐與凍結(jié)管焊接、不同規(guī)格凍結(jié)管對焊，凍結(jié)管與燜板焊接。并提前通知監(jiān)理，在試驗合格后及時填寫地面打壓記錄并報審。

鉆進(jìn)過程中，對砂及砂巖，應(yīng)加大泥漿稠度，以提高泥漿夾砂量［7］。對泥巖，應(yīng)提高泵壓，適當(dāng)降低鉆速，以防包裹鉆頭。對礫巖，應(yīng)采用牙輪鉆頭鉆進(jìn)，并通過減小鉆壓、適當(dāng)提高泥漿泵排量等措施加快鉆進(jìn)速度，保證鉆進(jìn)質(zhì)量。圖3為當(dāng)前世界凍結(jié)深度最深(凍結(jié)深度956 m)的甘肅核桃峪煤礦副立井凍結(jié)工程六臺“水—2000”型鉆機同時進(jìn)行凍結(jié)孔鉆進(jìn)。

當(dāng)凍結(jié)孔鉆進(jìn)臨近設(shè)計深度時，要提前準(zhǔn)備終孔資料。主要包括四項內(nèi)容:終孔測斜原始記錄及復(fù)印件、泥漿置換記錄、配管下管記錄、終孔復(fù)壓記錄表。相應(yīng)在終孔測斜、泥漿置換、下管、打壓穩(wěn)壓環(huán)節(jié)應(yīng)提前通知監(jiān)理到場。鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，宜多鉆0.5 m～1 m作為沉砂段。各鉆機首個凍結(jié)孔復(fù)壓完成后，應(yīng)組織經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、機長交流總結(jié)地層特點。對地質(zhì)柱狀圖中所描述巖石性狀和埋深與實際開鉆后地層情況不符的，要匯總其他鉆機在該層位的實際情況進(jìn)行判斷。水文孔鉆進(jìn)宜安排在打鉆的最后階段，所有凍結(jié)孔，測溫孔施工均完成后進(jìn)行。

圖3 核桃峪副井凍結(jié)工程凍結(jié)孔鉆進(jìn)

5)終孔復(fù)壓復(fù)測。宜先測斜后測壓，測壓后應(yīng)將管口封好，以防泥漿進(jìn)入管內(nèi)。終孔復(fù)測時要做好記錄，測斜后應(yīng)將管口用燜板焊牢。

6)鉆機撤場。注意拆除安全，拆除時要劃出安全區(qū)域，禁止無關(guān)人員進(jìn)入。拆除鉆架多與復(fù)壓復(fù)測，下放供液管交叉作業(yè)，要互相協(xié)調(diào)配合，預(yù)防安全事故。拆除鉆機前應(yīng)先切斷電源并拆除所有電纜，以防在拆除工程中發(fā)生觸電事故或損壞電纜。

凍結(jié)造孔工程涉及三通一平、構(gòu)筑物施工、設(shè)備遷移安裝、凍結(jié)造孔、設(shè)備拆除多個工序，工期時間短，鉆孔偏斜率要求高，使得凍結(jié)造孔直接影響人工凍結(jié)法的成本和工期，始終位于人工凍結(jié)法的關(guān)鍵路線。通過上述分析，并結(jié)合多年施工經(jīng)驗，對凍結(jié)造孔過程中各關(guān)鍵工序施工技術(shù)要點進(jìn)行了系統(tǒng)全面的總結(jié)。為進(jìn)一步加快凍結(jié)造孔安全高效施工應(yīng)用提供了有益參考。

［1］王夢恕.廈門海底隧道設(shè)計、施工、運營安全風(fēng)險分析［J］.施工技術(shù)，2005(S1):1.

［2］中國礦業(yè)學(xué)院.特殊鑿井［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1981.

［3］張希黔.我國地下工程施工新技術(shù)綜述［J］.施工技術(shù)，2006，35(7):12.

［4］楊永新.大直徑盾構(gòu)出洞凍結(jié)法技術(shù)研究［J］.施工技術(shù)，2006，35(11):67.

［5］涂 川.地鐵凍結(jié)法施工地表融沉位移影響研究［D］.西安:西安理工大學(xué)，2010.

［6］朱桂榮，趙根全.上體場穿越段工程的安全施工［J］.施工技術(shù)，2006，35(2):65.

［7］胡寶銅.胡家河礦副立井井筒凍結(jié)法施工技術(shù)研究［J］.陜西煤炭，2010(4):40.