天津地區(qū)冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及應(yīng)對(duì)措施

□文/趙軍

天津地區(qū)冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及應(yīng)對(duì)措施

□文/趙軍

天津地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道主要采用冷凍法加固，施工期間工程風(fēng)險(xiǎn)較大。施工前應(yīng)對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行解析，提前采取防范措施。通過(guò)天津地鐵已建2、3號(hào)線(xiàn)和在建5、6號(hào)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)通道施工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)施工的特點(diǎn)，對(duì)天津地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分原則、施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了分析，針對(duì)不同階段的風(fēng)險(xiǎn)因素提出了一些應(yīng)對(duì)措施。

冷凍法；聯(lián)絡(luò)通道；風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；應(yīng)對(duì)措施

設(shè)置于地鐵區(qū)間隧道中間的聯(lián)絡(luò)通道，起到連接兩條隧道、集排水、防火及疏散等作用，有時(shí)根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要同時(shí)設(shè)置集水井［1］。地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定兩條單線(xiàn)區(qū)間隧道應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，相鄰兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道之間的距離不應(yīng)＞600 m［2］。目前地鐵區(qū)間隧道長(zhǎng)度平均在1 000 m左右，按規(guī)范要求均需設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。

聯(lián)絡(luò)通道施工是在兩條單線(xiàn)區(qū)間隧道完成后進(jìn)行，需要提前對(duì)開(kāi)挖區(qū)域土體進(jìn)行加固。天津地區(qū)屬于軟土地區(qū)，地下水位高，發(fā)生滲漏水的風(fēng)險(xiǎn)高，常規(guī)攪拌樁、旋噴樁、注漿等加固措施很難達(dá)到理想的止水效果，天津地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道主要采用冷凍法加固。冷凍法施工工藝特殊，施工工序復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求較高。因此對(duì)冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別解析，既能在施工過(guò)程中對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行把關(guān)，又能提前采取應(yīng)對(duì)措施。

1　冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1聯(lián)絡(luò)通道工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

聯(lián)絡(luò)通道工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估應(yīng)綜合考慮工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（結(jié)構(gòu)層數(shù)、跨度）、水文地質(zhì)條件、埋深以及周邊環(huán)境等因素，根據(jù)各因素評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)，采取組合的方法，得出工程風(fēng)險(xiǎn)總體等級(jí)，見(jiàn)表1。

表1　天津地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

1.2聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)分解

聯(lián)絡(luò)通道施工主要工序包括：凍結(jié)孔鉆孔、冷凍、開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)澆筑、孔洞封堵、融沉注漿等。各階段施工工藝不同，卻環(huán)環(huán)相扣，根據(jù)各階段的施工特點(diǎn)，將聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分解，見(jiàn)表2。

表2　聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)分解

2　冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

總結(jié)天津地鐵已建2、3號(hào)線(xiàn)以及在建5、6號(hào)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)通道施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)表2中聯(lián)絡(luò)通道各階段施工風(fēng)險(xiǎn)分解情況，分析其產(chǎn)生的主要原因并提出了應(yīng)對(duì)措施。

2.1鉆孔階段

鉆孔施工主要包括：測(cè)量定位、開(kāi)孔及安裝密封裝置、鉆機(jī)安裝并定位、正常鉆進(jìn)、測(cè)斜檢漏等過(guò)程。在富水地層中鉆孔時(shí)，在地層壓力作用下，水砂容易從管片與鉆桿間的空隙滲出，造成涌水涌砂事故發(fā)生，因此鉆孔必須使用二次開(kāi)孔工藝，見(jiàn)圖1。鉆進(jìn)孔和鉆出孔施工時(shí)孔口必須設(shè)置孔口止水裝置。首次開(kāi)孔深（250± 10）mm（管片厚350 mm），孔口管外纏繞麻絲，抹水泥漿?？卓谘b置安裝后，鉆孔過(guò)程中如果從孔口管與管片外側(cè)涌水涌砂，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，從旁通管注雙液漿封堵。由于鉆桿振動(dòng)容易造成孔口裝置松動(dòng)，甚至脫落，孔口管固定點(diǎn)應(yīng)不少于5根膨脹螺旋，錨固深度≮60 mm，如鉆進(jìn)過(guò)程中仍發(fā)生松動(dòng)，加鋼壓板用膨脹螺旋固定。

圖1　凍結(jié)孔開(kāi)孔及鉆孔

2.2冷凍階段

冷凍設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行，凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。冷凍階段主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)。

1）鹽水滲漏。主要包括主干管滲漏和冷凍管滲漏，主干管滲漏只需暫停鹽水循環(huán)，待修復(fù)后即可重新開(kāi)始冷凍，而冷凍管發(fā)生滲漏使地層含鹽量升高，影響冷凍效果。

造成冷凍管滲漏的原因包括冷凍管接縫質(zhì)量不合格、不同土層凍脹不均使冷凍管斷裂。采取的應(yīng)對(duì)措施有冷凍管選用導(dǎo)熱和低溫性能好的材料，宜采用低碳鋼無(wú)縫鋼管，接頭采用螺紋鏈接和內(nèi)襯對(duì)焊連接，每個(gè)凍結(jié)孔施工完成后進(jìn)行打壓檢漏。凍結(jié)過(guò)程中，加強(qiáng)鹽水液位監(jiān)測(cè)。若發(fā)現(xiàn)向土體內(nèi)滲漏的可能，要迅速查清組號(hào)并關(guān)閉相應(yīng)組閥門(mén)，向原冷凍管內(nèi)下套管繼續(xù)凍結(jié)［3］。

2）隧道管片收斂變形過(guò)大。隨著土體溫度的下降，土體將產(chǎn)生凍脹，一旦凍結(jié)壁交圈形成一個(gè)封閉體后，凍脹將加劇，如果不采取措施，容易引起隧道管片變形。一般采取的措施主要包括設(shè)置泄壓孔和安裝預(yù)應(yīng)力支架。泄壓孔設(shè)在聯(lián)絡(luò)通道中心位置附近，凍結(jié)壁交圈后壓力上漲，上漲到一定數(shù)值后，打開(kāi)泄壓孔，泥水從里面擠出，壓力下降，既能觀察凍結(jié)壁交圈情況，又能起到泄壓防止凍脹的作用。預(yù)應(yīng)力支架應(yīng)在凍結(jié)壁交圈前（20 d左右）安裝，支點(diǎn)千斤頂應(yīng)按設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。

3）冷凍效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。天津地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道冷凍法設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖區(qū)外圍凍結(jié)孔布置圈上凍結(jié)壁與隧道管片交界面處凍結(jié)壁平均溫度不高于-5℃，其他部位設(shè)計(jì)凍結(jié)壁平均溫度≤-10℃。在凍結(jié)壁上設(shè)測(cè)溫孔，主要根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)判斷凍結(jié)壁效果。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)孔的施工精度是影響冷凍效果的關(guān)鍵。凍結(jié)孔控制因素包括開(kāi)孔位置、打孔角度、打孔深度、成孔間距等。為了防止打孔誤差影響凍結(jié)效果，每個(gè)凍結(jié)孔施工完成后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，所有凍結(jié)孔施工完成后進(jìn)行成孔間距復(fù)核。復(fù)核合格后才能進(jìn)入下一步施工，若復(fù)核結(jié)果不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采取補(bǔ)孔等相應(yīng)措施。

除凍結(jié)孔施工精度外，冷凍站的運(yùn)行情況也直接影響冷凍效果，因此在正式冷凍前，應(yīng)對(duì)主干管路、冷凍站等設(shè)備進(jìn)行檢查、調(diào)試。

另外對(duì)凍結(jié)壁與鋼管片交接處等薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)采取保溫措施，特別是在夏季施工時(shí)，應(yīng)密貼保溫板，防止散熱過(guò)快。

2.3開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)澆筑階段

2.3.1冷凍被迫停止

聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖過(guò)程中，可能出現(xiàn)冷凍設(shè)備故障、停電等不利情況，一旦凍結(jié)停止時(shí)間較長(zhǎng)，造成凍結(jié)壁溫度上升，凍土融化，帶來(lái)很大的工程風(fēng)險(xiǎn)。因此應(yīng)采取預(yù)防措施，開(kāi)挖之前對(duì)冷凍機(jī)、電源、管路等進(jìn)行驗(yàn)收，同時(shí)準(zhǔn)備好備用設(shè)備。

2.3.2開(kāi)挖通道收斂較大

開(kāi)挖通道收斂變形較大主要原因是開(kāi)挖歩距偏大，初期支護(hù)不及時(shí)造成的。凍結(jié)壁交圈后形成凍結(jié)帷幕，凍結(jié)帷幕具有較好的止水效果，同時(shí)承受上部土體的壓力，但是上部土壓力作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，凍土容易產(chǎn)生蠕變，因此開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)施工初期支護(hù)。開(kāi)挖面從開(kāi)挖至初噴混凝土不宜超過(guò)24 h，開(kāi)挖面距初期支護(hù)斷面≯0.8 m。

2.3.3凍結(jié)帷幕發(fā)生透水事故

聯(lián)絡(luò)通道施工過(guò)程中以上各個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有控制好，都有可能造成凍結(jié)帷幕發(fā)生透水，一旦發(fā)生透水事故，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，迅速用備好的砂石料填滿(mǎn)已開(kāi)挖區(qū)域，關(guān)閉安全防護(hù)門(mén)。安全門(mén)安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行密封打壓實(shí)驗(yàn)并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。安全門(mén)關(guān)閉后快速擰緊螺旋，然后通過(guò)預(yù)留閥門(mén)向開(kāi)挖區(qū)域充氣平衡土水壓力，同時(shí)對(duì)聯(lián)絡(luò)通道上部地表及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值且監(jiān)測(cè)無(wú)異常后，關(guān)閉閥門(mén)，停止打壓。

2.4孔洞封堵階段

為防止凍結(jié)壁融化后地下水從縫隙中滲出，聯(lián)絡(luò)通道主體結(jié)構(gòu)澆筑完成后，應(yīng)對(duì)注漿孔、排水管、凍結(jié)孔進(jìn)行有效處置。首先注漿管預(yù)埋完畢至注漿前，管口必須處于密封狀態(tài)；其次排水管應(yīng)使用不銹鋼管，必須與隧道鋼管片焊接嚴(yán)密，同時(shí)填充對(duì)應(yīng)部位隔倉(cāng)混凝土；最后凍結(jié)孔應(yīng)先進(jìn)行填充，填充密實(shí)后預(yù)留注漿管，然后焊接鋼板封堵。

2.5融沉階段

融沉階段主要風(fēng)險(xiǎn)是凍結(jié)壁融化過(guò)程中，聯(lián)絡(luò)通道上方土體產(chǎn)生固結(jié)引起地表及周邊建（構(gòu)）筑物沉降，而且此階段持續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)。采取應(yīng)對(duì)措施主要包括融沉注漿和土體加固。

融沉注漿主要是結(jié)合地表監(jiān)測(cè)情況，通過(guò)預(yù)埋注漿管向地層注漿，必要時(shí)也可以通過(guò)隧道管片吊裝孔進(jìn)行注漿。當(dāng)聯(lián)絡(luò)通道上方環(huán)境復(fù)雜，對(duì)沉降比較敏感時(shí)，可以通過(guò)地表或隧道內(nèi)對(duì)凍結(jié)壁及上方土體進(jìn)行加固，提高土體強(qiáng)度，降低融沉的影響。

3　結(jié)語(yǔ)

冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工在天津地區(qū)已廣泛應(yīng)用，冷凍形成的凍結(jié)帷幕具有較高的強(qiáng)度、良好的止水效果，但是冷凍法施工工藝特殊，工序復(fù)雜，對(duì)施工精度要求高。從以上分析可以看出，冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工各工序環(huán)環(huán)相扣，鉆孔精度影響冷凍效果，冷凍效果影響開(kāi)挖安全，開(kāi)挖過(guò)程中施工質(zhì)量直接決定孔洞是否滲漏水。因此，對(duì)冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工進(jìn)行全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)解析，可以很好地指導(dǎo)施工，大大降低工程風(fēng)險(xiǎn)，減少安全事故的發(fā)生。

［1］孫成偉，仇培云.廣州地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49（3）：161-165.

［2］GB50157—2013，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］江洪.聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與識(shí)別［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，45（S1）：38-41.

U455.49

C

1008-3197（2016）03-39-03

2016-01-18

趙軍/男，1973年出生，高級(jí)工程師，碩士，天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，從事地鐵工程建設(shè)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.013