淺談粉砂層微承壓水地質(zhì)條件下聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工安全質(zhì)量控制要點(diǎn)

魏元博

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100020)

1 前言

城市軌道交通盾構(gòu)區(qū)間冷凍法聯(lián)絡(luò)通道多為冷凍法施工，在粉砂層微承壓水地層中，土體相對(duì)軟弱，施工不當(dāng)易產(chǎn)生涌砂、冒水等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成地面建構(gòu)筑物塌陷及成型隧道破壞。本文通過對(duì)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工過程的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理，通過加大現(xiàn)場(chǎng)管理力度，有效控制聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工風(fēng)險(xiǎn)，保證聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工順利實(shí)施。

2 工程概況

2.1 周邊環(huán)境

蘇州軌道交通某盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道埋深為17.8m，聯(lián)絡(luò)通道處上下行線隧道中心間距14m，上方地面為市政道路，地面下埋設(shè)有電力、給水、燃?xì)獾戎匾芫€，聯(lián)絡(luò)通道距胥江水平距離35m，距地上4層建筑物水平距離13m，采用冷凍法施工。在聯(lián)絡(luò)通道鉆孔階段、冷凍階段、開挖階段及后期的融沉注漿階段，如施工組織不當(dāng)將造成地面、管線、建構(gòu)筑物塌陷等風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 地質(zhì)水文條件

聯(lián)絡(luò)通道的土層從地面自上而下主要為：①1層雜填土、③1層粘土、④1層粉質(zhì)粘土、④2b粉砂、⑤1層粉質(zhì)粘土、⑤2層粘質(zhì)粉土；聯(lián)絡(luò)通道開挖范圍內(nèi)為全斷面④2b粉砂層，④2b粉砂層為微承壓水層，與北側(cè)胥江水系相連。本地層在鉆孔階段極易引起涌水涌沙現(xiàn)象。

聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)示意圖

3 安全施工控制要點(diǎn)

為了確保聯(lián)絡(luò)通道施工安全質(zhì)量, 采取事前預(yù)控、事中控制、事后總結(jié)的動(dòng)態(tài)管理。

3.1 事前預(yù)控

(1)強(qiáng)化專業(yè)分包隊(duì)伍資質(zhì)審查。聯(lián)絡(luò)通道專業(yè)分包單位必須具有地基及基礎(chǔ)工程專業(yè)承包或礦山工程施工總承包資質(zhì)，進(jìn)場(chǎng)前嚴(yán)格審核專業(yè)分包單位的營業(yè)執(zhí)照、資質(zhì)證書等。專業(yè)分包單位需配備5大員(項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人、專職安全員、打孔負(fù)責(zé)人、冷凍設(shè)備負(fù)責(zé)人)，主要管理人員不得在其它項(xiàng)目兼職。

(2)前期周邊環(huán)境調(diào)查。①在聯(lián)絡(luò)通道相對(duì)應(yīng)的地面位置做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，做好周邊建構(gòu)筑及管線的調(diào)查保護(hù)，并在地面標(biāo)明聯(lián)絡(luò)通道輪廓線，如圖2所示。②對(duì)聯(lián)絡(luò)通道周邊地質(zhì)探孔進(jìn)行排查，及時(shí)封堵地質(zhì)探孔。

圖2 聯(lián)絡(luò)通道地面位置示意圖

(3)嚴(yán)格審查聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)及施工方案。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法專項(xiàng)設(shè)計(jì)遵照總體設(shè)計(jì)院出具的主體施工圖紙由專業(yè)分包單位設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)和施工方案必須邀請(qǐng)5名專家進(jìn)行評(píng)審。為保證設(shè)計(jì)方案的合理性和針對(duì)性，嚴(yán)格核對(duì)聯(lián)絡(luò)通道底板標(biāo)高與軌道道床頂面標(biāo)高的相互關(guān)系。在審查設(shè)計(jì)方案且獲得通過之后進(jìn)行下一步聯(lián)絡(luò)通道施工方案的評(píng)審。

根據(jù)專家評(píng)審的設(shè)計(jì)圖紙，本工程共設(shè)凍結(jié)孔75個(gè)(施工中比設(shè)計(jì)方案多打5個(gè)孔，主線56個(gè)，副線23個(gè))，測(cè)溫孔10個(gè)，卸壓孔4個(gè)，集水井處凍結(jié)管設(shè)計(jì)為孔間距1 000mm，其他段部分900mm，如圖3所示。

圖3 聯(lián)絡(luò)通道冷凍管布設(shè)示意圖

3.2 事中控制

3.2.1 打孔施工階段安全質(zhì)量控制措施

(1)打孔前，檢查施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急預(yù)案、物資設(shè)備及人員的進(jìn)場(chǎng)情況。

(2)在打鉆位置進(jìn)行凍結(jié)孔位置的放樣定位，測(cè)量工程師復(fù)核；凍結(jié)孔孔口管及孔口密封裝置安裝必須準(zhǔn)確、牢固可靠，防止鉆透后涌水涌砂。

(3)打孔期間，現(xiàn)場(chǎng)安排人員進(jìn)行全過程旁站，主要記錄凍結(jié)管的長度、直徑、壁厚、銹蝕、焊接情況以及鉆進(jìn)過程的土體流失量；凍結(jié)管打入角度和打入偏差及凍結(jié)管的終孔間距；每個(gè)凍結(jié)孔打孔結(jié)束時(shí)，必須做好試壓的旁站記錄；在完成凍結(jié)管總數(shù)的1/3、2/3以及全部鉆孔結(jié)束時(shí)分3次聯(lián)合業(yè)主對(duì)凍結(jié)管測(cè)斜和試壓驗(yàn)收結(jié)果進(jìn)行監(jiān)督檢查。

3.2.2 冷凍施工階段安全質(zhì)量控制措施

(1)現(xiàn)場(chǎng)必須配備兩套冷凍機(jī)組、鹽水泵、清水泵等主要設(shè)備，冷凍機(jī)組進(jìn)入隧道前確認(rèn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好性，儀器儀表正常運(yùn)轉(zhuǎn)后方可正式開機(jī)冷凍。并監(jiān)督總包單位每小時(shí)記錄一次冷凍機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

(2)在驗(yàn)收開挖節(jié)點(diǎn)之前，應(yīng)確保凍結(jié)管路中鹽水去路和回路溫差不超過2℃，鹽水總?cè)ヂ泛涂偦芈窚囟冉抵?28℃以下。

(3)凍結(jié)期間，監(jiān)督專業(yè)分包單位每天定時(shí)檢測(cè)總?cè)ヂ房偦芈芳案鞣纸M回路鹽水溫度、測(cè)溫孔溫度、泄壓孔壓力，并認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行書面整理，每天巡視鹽水液面高度及冷凍管結(jié)冰效果。

(4)冷凍機(jī)組開機(jī)后15d凍結(jié)交圈后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫確認(rèn)，在冷凍機(jī)組正式開機(jī)后15d之內(nèi)安裝完成預(yù)應(yīng)力支架并及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力。

(5)在開挖節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收前，對(duì)安全防護(hù)門的密封性進(jìn)行試壓驗(yàn)收，確保密封性完好；確保應(yīng)急人員、設(shè)備、材料全部就位。開挖前現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)凍結(jié)帷幕薄弱處進(jìn)行探孔取芯分析，確保凍結(jié)帷幕的凍結(jié)效果。

(6)對(duì)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)帷幕凍結(jié)情況進(jìn)行初步計(jì)算，確認(rèn)凍結(jié)效果達(dá)到驗(yàn)收條件。

圖4 鹽水去/回路溫度示意圖

凍結(jié)圓柱半徑計(jì)算：

式中：r2——凍結(jié)圓柱半徑；

t1——回路鹽水溫度，取-28.8℃；

r——測(cè)溫孔離凍結(jié)管的距離，取0.80m；

r1——凍結(jié)管內(nèi)半徑，取0.036 5m；

t——測(cè)溫孔溫度，取-4.5℃。

計(jì)算得出冷凍45d后凍結(jié)圓柱半徑為1.42m。

由于制作手法的過于程式化，一直到清朝末期。真正意義上的不勾勒線條的粉彩沒骨花鳥畫不曾多見，知道民國中期，由于“新粉彩”的出現(xiàn)，真正意義上的粉彩沒骨花鳥畫才得到了全新的發(fā)展。民國時(shí)期，一大批新粉彩的藝術(shù)家，嘗試突破傳統(tǒng)程式化的畫法，進(jìn)行新的嘗試，其中比較典型的就是“珠山八友”當(dāng)中的劉雨岑。其在沒骨花鳥畫得領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)，由他獨(dú)創(chuàng)的“水點(diǎn)”技法，當(dāng)時(shí)風(fēng)靡一時(shí)，直至現(xiàn)在都一直被人模仿。劉雨岑在描繪花卉之時(shí)，不再描繪線條，直接用玻璃白打底，不再用傳統(tǒng)的洗染設(shè)色方式，而是以水蘸料點(diǎn)染，終于可以從真正意義上叫作粉彩沒骨花鳥畫。

凍結(jié)壁厚度計(jì)算：

式中：E——凍結(jié)壁厚度；

l——凍結(jié)管最大間距，為1.0m；

r——凍結(jié)圓柱擴(kuò)展半徑，為1.42m。

計(jì)算得冷凍45d凍結(jié)壁厚度為2.65m，滿足設(shè)計(jì)凍結(jié)帷幕厚度不小于1.9m的要求。

凍結(jié)壁平均溫度根據(jù)《建井工程手冊(cè)》凍結(jié)施工成冰公式：tc=toc+0.25tn

式中:tc——凍結(jié)壁平均溫度；

toc——邊界的凍結(jié)壁平均溫度；

tb——鹽水回路溫度，-28.8℃；

l——凍結(jié)孔間距，1.0m；

E——凍結(jié)壁厚度，2.65m；

tn——測(cè)點(diǎn)溫度，-4.5℃。

根據(jù)凍結(jié)壁厚度、鹽水回路溫度、測(cè)溫孔溫度及凍結(jié)管間距離等參數(shù)，可計(jì)算得凍結(jié)壁平均溫度為-10.64℃，滿足設(shè)計(jì)平均溫度不高于-10.0℃的要求。

3.2.3 開挖施工階段安全質(zhì)量控制措施

(1)開挖前進(jìn)行土方開挖節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收專家審核意見進(jìn)行整改閉合，報(bào)總監(jiān)簽發(fā)開挖令，方可進(jìn)行開挖。

(2)開挖過程中，嚴(yán)格監(jiān)督施工作業(yè)人員數(shù)量，保證24h施工，嚴(yán)格落實(shí)值班制度，開挖過程全程旁站。

(3)開挖順序、尺寸、步距、臨時(shí)支護(hù)嚴(yán)格按照方案和設(shè)計(jì)要求施工；對(duì)防水層與預(yù)留注漿孔間隙密封性嚴(yán)格把控，通道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到要求后方可進(jìn)行集水坑的開挖施工。

3.2.4 結(jié)構(gòu)施工階段安全質(zhì)量控制措施

(1)嚴(yán)格控制基面、防水板接縫、側(cè)墻與管片銜接等關(guān)鍵部位的工藝處理，尤其是施工縫細(xì)部處理，確保防水施工質(zhì)量。

(2)確保結(jié)構(gòu)混凝土澆筑過程振搗及連續(xù)性，確保聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)拱頂部位、洞門部位澆筑質(zhì)量。

(3)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙鋼筋綁扎并埋設(shè)注漿管，注漿管埋設(shè)深度至木背板后，且應(yīng)保證注漿管深度和密度滿足注漿需要，注漿管口應(yīng)做好密封。

(4)在聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求后，開始割除凍結(jié)管。凍結(jié)管割除及封堵應(yīng)做到及時(shí)、連續(xù)、有序，并在封管后做好相應(yīng)堵漏工作。

4 事后總結(jié)

4.1 充填及融沉注漿施工階段安全質(zhì)量控制措施

(1)停止凍結(jié)并完成凍結(jié)孔封孔工序后3～7d內(nèi)，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，督促施工單位進(jìn)行充填注漿。充填注漿關(guān)鍵控制點(diǎn)為：從底部到拱頂，首先中間而后兩側(cè)，依次展開。拱頂部的支護(hù)層與拱頂部的結(jié)構(gòu)層之間的空隙：漿料從中間向兩端順序注漿，使用預(yù)埋的注漿管注漿充滿拱頂及喇叭口上部空隙；集水井結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間接茬處的空隙：從中間向兩端順序，先探測(cè)空隙的范圍，埋注漿管注漿填滿空隙；在充填注漿結(jié)束時(shí)，必須把所有預(yù)埋注漿孔打通一遍。

(2)停止冷凍后10～15d開始融沉注漿，持續(xù)時(shí)間約4個(gè)月,融沉注漿應(yīng)遵循少量、多次、均勻的原則。融沉注漿關(guān)鍵控制點(diǎn)為：從聯(lián)絡(luò)通道位置兩側(cè)隧道底部、內(nèi)側(cè)管片上注漿孔→集水井底部注漿孔→集水井側(cè)墻注漿孔→通道底部注漿孔→通道側(cè)墻注漿孔→拱頂部注漿孔依次均勻分布注漿。

(3)根據(jù)溫度場(chǎng)和地表沉降的監(jiān)測(cè)，凍結(jié)壁已經(jīng)融化，且實(shí)際測(cè)量的地層沉降持續(xù)一個(gè)月每半個(gè)月不超過0.5mm，隧道最終沉降小于10mm，經(jīng)四方(分包、總包、監(jiān)理、業(yè)主)簽字認(rèn)證后，停止融沉補(bǔ)償注漿，注漿結(jié)束后，對(duì)注漿管進(jìn)行封堵，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)滲漏水點(diǎn)進(jìn)行徹底封堵。

本工程填充充填注漿、融沉注漿均為單液漿水泥漿液，累計(jì)注漿110d，共76t水泥，見圖5。

圖5 填充和融沉注漿水泥用量示意圖

4.2 監(jiān)測(cè)管理

嚴(yán)格審批根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙制定的監(jiān)測(cè)方案，施工過程中對(duì)地面建構(gòu)筑物、管線、成型隧道實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控，截止目前地面最大沉降DB- 06- 1為-9.3mm，最大隆起DB- 04- 2為5.3mm。均在設(shè)計(jì)及規(guī)范允許范圍內(nèi)，見圖6。

圖6 地表監(jiān)測(cè)變化示意圖

5 結(jié)語

粉砂層微承壓水地質(zhì)條件下聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工是城市軌道交通工程安全質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是盾構(gòu)隧道重要的風(fēng)險(xiǎn)源之一，本工程聯(lián)絡(luò)通道所處地層④2b粉砂層并含有微承壓水層，地下水豐富，距離周邊建筑物及河流較近，施工中容易發(fā)生事故?，F(xiàn)場(chǎng)通過事前預(yù)控、過程控制、事后總結(jié)3個(gè)環(huán)節(jié),嚴(yán)格把控專業(yè)分包單位5大員到場(chǎng)情況，在打孔階段比設(shè)計(jì)多打5個(gè)冷凍孔，達(dá)到冷凍開挖條件后繼續(xù)冷凍5d的主要控制措施，很大程度地降低了聯(lián)絡(luò)通道的安全質(zhì)量施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了聯(lián)絡(luò)通道施工質(zhì)量，確保了工程安全順利實(shí)施。