聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工技術(shù)

武 鵬

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100018）

1 工程概況

內(nèi)蒙古體育館站至內(nèi)蒙古體育場站區(qū)間屬于地下雙單線區(qū)間，內(nèi)蒙古體育場站是盾構(gòu)區(qū)間的起點，沿著氣象局的西巷完成敷設(shè)，再轉(zhuǎn)入成吉思汗大街下方，穿過人防之后進(jìn)入內(nèi)蒙古體育館站。整個區(qū)間線路左線的平面經(jīng)內(nèi)蒙古體育場站，以半徑370m曲線出發(fā)，之后轉(zhuǎn)成直線，再通過半徑1 500m的曲線段，最后轉(zhuǎn)成直線進(jìn)入內(nèi)蒙古體育館站。右線的平面經(jīng)內(nèi)蒙古體育場站，以半徑360m曲線出發(fā)，之后轉(zhuǎn)成直線，再通過半徑1 500m的曲線段，最后轉(zhuǎn)成直線進(jìn)入內(nèi)蒙古體育館站。本區(qū)間設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道和泵房，位于里程DK17＋724.147（左 DK17＋745.263）處，采用冷凍法加固土體施工。

2 凍結(jié)加固方案技術(shù)要點

1）在隧道內(nèi)部鉆凍結(jié)孔，按照設(shè)計要求并考慮聯(lián)絡(luò)通道的實際結(jié)構(gòu)確定水平成孔還是斜孔，每個鉆孔都要配備相應(yīng)的孔口管，并將對應(yīng)的密封裝置安裝在孔口位置，防止在鉆探過程中出現(xiàn)大量泥水。在完成每個鉆孔后，要及時計算該孔隙流出物的方量。還要綜合監(jiān)測地表沉降數(shù)據(jù)，完成注漿和其他項目的及時調(diào)整。

2）在挖掘聯(lián)絡(luò)通道的過程中，凍土帷幕的強(qiáng)度與厚度既要滿足各項要求，又要滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最關(guān)鍵的是喇叭口處凍結(jié)帷幕的厚度，還要做好凍結(jié)帷幕與隧道管片之間的連接工作，確保二者具有高度的膠結(jié)能力。在此過程中，應(yīng)同時進(jìn)行相關(guān)配合工作，對凍結(jié)帷幕進(jìn)行調(diào)整，使其滿足既定的構(gòu)筑工藝要求。

3）確保左、右隧道管片無限靠近喇叭口側(cè)敷設(shè)的保溫層和冷管，一定程度上降低凍脹帶給隧道的影響。盡量縮短凍結(jié)孔和對側(cè)隧道管片之間的距離，并通過加大鹽水流量、降低鹽水溫度、縮小開孔距等措施，加速凍結(jié)，在恰當(dāng)?shù)奈恢貌贾煤眯箟嚎?，降低土層凍脹帶給隧道的影響和壓迫。

4）借助泄壓孔和測溫孔，完成凍土對帷幕形成過程與實際狀況的監(jiān)測，尤其是其與對面隧道管片之間的交接狀況。對凍結(jié)地層的溫度、隧道的變形狀況、地層沉降的變形情況等進(jìn)行實時監(jiān)測，確保聯(lián)絡(luò)通道施工的順利進(jìn)行。

5）將注漿孔預(yù)埋在聯(lián)絡(luò)通道頂部、兩側(cè)和底部的混凝土中，如有必要，可在隧道管片上鉆注漿孔便于注漿，防止因凍土融沉引發(fā)的隧道、聯(lián)絡(luò)通道沉降變形和地面沉降。

6）采用自然解凍融沉注漿的方案，對地面不均勻的沉降進(jìn)行有效控制，從而降低凍融的不利影響。

7）對地表沉降加大監(jiān)測，及時掌握地表沉降的變化狀況，在最大程度上對施工進(jìn)行指導(dǎo)。

3 凍結(jié)法施工技術(shù)

3.1 施工工序

圍繞凍結(jié)孔施工時，應(yīng)遵循如下工序:定位、開孔→安裝孔口管→安裝孔口裝置→鉆孔→測量→孔底部封閉→打壓試驗。

1）定位、開孔及安裝孔口管 按照設(shè)計要求確定隧道內(nèi)部各孔的位置，再完成混凝土管片上的定位并開孔。

2）圍繞孔口裝置展開安裝作業(yè) 此部分結(jié)構(gòu)應(yīng)安裝于球閥上，基于提升穩(wěn)固性的目的，需要使用螺栓和墊片做進(jìn)一步處理，如圖1所示。

圖1 孔口密封裝置

3）鉆孔 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求完成鉆機(jī)位置的選定、調(diào)整和固定，并在孔口裝置中裝好鉆頭，然后將1.5寸的閥門接在孔口裝置上，并在盤根盒內(nèi)壓實盤根。選用YJ-120型錨固鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)，先采用干式鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)推動過程比較困難且尺寸不再加深時，便可在鉆機(jī)上部區(qū)域進(jìn)行注水鉆進(jìn)施工，此過程中還應(yīng)以手動的方式開啟小閥門，以便對工程狀況進(jìn)行觀察，通過閥門對出漿量進(jìn)行控制，最大程度上保證地面的安全，避免沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

4）封閉孔底部 將孔底部用絲堵進(jìn)行封閉，將絲堵利用長桿安裝到孔底部，然后借助反扣的卸扣操作擰緊絲堵。

5）打壓試驗 當(dāng)確?？卓诜忾]無誤后，便可向孔內(nèi)打水，此過程需使用手壓泵設(shè)備，當(dāng)壓力上升到0.8MPa時停止打壓，之后對壓力進(jìn)行記錄，當(dāng)0.5h內(nèi)不發(fā)生改變時便達(dá)到了工程要求。

3.2 凍結(jié)孔鉆進(jìn)與凍結(jié)管設(shè)置

1）采用跟管法鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行凍結(jié)管的鉆進(jìn)，能有效減少地層流出物的容量，還能在一定程度上實現(xiàn)對地面沉降的控制。

2）通過絲扣將凍結(jié)管進(jìn)行連接，如有必要可直接焊接，最大程度保證焊接強(qiáng)度和同心度，當(dāng)凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計要求和深度后，需對其端部進(jìn)行密封處理。

3）在整個鉆進(jìn)過程中，需對孔口傾斜狀況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)偏斜，要及時采取措施糾正。當(dāng)凍結(jié)管下放到位后，需復(fù)測凍結(jié)管的長度，最后再借助經(jīng)緯儀對鉆孔的偏斜程度進(jìn)行測量和繪制。

4）安裝凍結(jié)管后，需將堵漏材料填充在凍結(jié)管與管片之間的縫隙中。

5）施工過程中必須確保凍結(jié)孔的體積始終大于土體流失量，否則應(yīng)及時注漿以控制地層的沉降。

6）將孔兩隧道預(yù)留口的位置打通，當(dāng)兩隧道預(yù)留口之間相對位置的誤差＞規(guī)定100mm時，需要在確保凍結(jié)壁厚度滿足要求的前提下調(diào)整凍結(jié)孔的位置。

7）在完成凍結(jié)孔的施工后，要沿著凍結(jié)站將5排 45mm無縫鋼管制成的冷凍排管敷設(shè)在對側(cè)聯(lián)絡(luò)通道外圍的凍結(jié)壁上，各排管間距保證在500mm以上，且按照相關(guān)要求密貼在隧道管片上。

4 積極凍結(jié)

預(yù)計鹽水降溫曲線如圖2所示。按照預(yù)計的降溫曲線完成鹽水降溫，禁止以任何規(guī)定之外的方式降低鹽水溫度。就設(shè)計要求而言，其積極凍結(jié)時間應(yīng)達(dá)到40d，對應(yīng)的單孔流量至少應(yīng)達(dá)到5m3/h。當(dāng)時間達(dá)到7d后，鹽水溫度發(fā)生了急劇變化，驟降至-18℃；若經(jīng)過15d，其溫度會在該基礎(chǔ)上下降6℃；若鹽水流量、溫度不滿足設(shè)計要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按照實際情況對積極凍結(jié)的時間進(jìn)行適當(dāng)延長。

圖2 預(yù)計鹽水降溫曲線

5 維護(hù)凍結(jié)

在“等到凍結(jié)帷幕交圈、與隧道完全膠結(jié)、厚度達(dá)到設(shè)計要求”這3項內(nèi)容均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后，才能進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。在維護(hù)凍結(jié)期間，溫度應(yīng)低于-28℃，而且凍結(jié)時間需貫穿整個聯(lián)絡(luò)通道挖掘和主體結(jié)構(gòu)施工過程。

6 融沉控制

6.1 原則

當(dāng)凍結(jié)完成3～7d且主體結(jié)構(gòu)中混凝土凝固程度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%以上時，才能進(jìn)行充填注漿和融沉注漿作業(yè)。需要在施工過程中實時監(jiān)控土體溫度、沉降變化等，以求達(dá)到對融沉的最大控制。

6.2 充填注漿

充填注漿最主要的目的是修補(bǔ)和加強(qiáng)襯砌，減少甚至避免襯砌透水的可能性，盡量減少解凍過程中出現(xiàn)凍結(jié)壁變形的現(xiàn)象。一般情況下，注漿材料中水泥成分最為重要，水與水泥的配合比控制在1∶（0.8～1.0）范圍內(nèi)。壓漿作業(yè)需借助結(jié)構(gòu)中預(yù)埋管片上原有的注漿孔共同完成，但需確保注漿壓力始終小于靜水壓力。集水井部位的壓力≤0.1MPa，同時需嚴(yán)格遵循由上至下的施工順序。

6.3 融沉注漿

充填注漿完成后才能進(jìn)行融沉注漿，綜合監(jiān)測反饋的信息后，迅速組織注漿，完成對注漿量的有效控制。雙液漿是融沉注漿最主要的漿液，包括水玻璃溶液和水泥漿，水泥漿中水與水泥的混合配比均為1∶1?？刂坪脙鼋Y(jié)帷幕兩側(cè)的施工時間，二者的注漿作業(yè)應(yīng)同時進(jìn)行，但注漿壓力應(yīng)控制在0.5MPa以下，且要按照多次少量的原則和自下而上的順序進(jìn)行反復(fù)注漿并確認(rèn)，直到達(dá)到相關(guān)的控制要求，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)?shù)孛孀冃畏€(wěn)定后，融沉注漿才能結(jié)束。

7 結(jié)語

綜上所述，冷凍法是對聯(lián)絡(luò)通道土體進(jìn)行有效加固的最可靠的臨時方法，尤其是當(dāng)空間和場地對施工影響較大時，其能表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。要在最大程度上保證冷凍法施工的可靠性和安全性，除嚴(yán)格落實施工措施外，還要對整個工程加強(qiáng)監(jiān)測，對監(jiān)測到的信息進(jìn)行綜合整理后再判斷凍結(jié)壁的強(qiáng)度、厚度及凍土帷幕的閉合程度。但融沉問題會在一定程度上受到凍土解凍的影響，所以在使用冷凍法施工后，要加強(qiáng)監(jiān)測并對發(fā)現(xiàn)的各類問題及時解決?？傊?，冷凍法的工藝具有良好的發(fā)展前景，值得推廣。