強透水砂層運營地鐵隧道正上方基坑施工關鍵技術分析

于輝

摘要：本文將在強透水砂層運營地鐵的基礎上，對地鐵隧道正上方基坑施工的具體方法進行詳細分析，并對強透水砂層運營地鐵隧道正上方基坑施工的關鍵技術措施進行系統(tǒng)闡述，最后對全文做出了概括性的總結(jié)。

關鍵詞：強透水砂層;運營地鐵隧道正上方;基坑施工;關鍵技術

1.地鐵隧道正上方基坑施工方案分析

1.1凍結(jié)法止水帷幕總體方案

在基坑施工過程中，為了將施工對地鐵運營的影響降到最低，需要采用冰凍止水帷幕的方法將直于地鐵隧道上方無法施工至不透水地層的連續(xù)墻部位外側(cè)進行凍結(jié)。凍結(jié)法止水帷幕的應用原理是通過以氯化鈣溶液為其載體，通過該載體將地層中的熱能帶到制冷區(qū)域進行冷熱交換，促使該區(qū)域形成凍結(jié)的止水帷幕，以達到隔絕基坑內(nèi)側(cè)與外側(cè)的與水的聯(lián)系。根據(jù)實際的施工情況，在連續(xù)墻施工之后，就可以進行下一步的凍結(jié)施工。首先，應該先進行凍結(jié)法的鉆孔工作，之后再進行凍結(jié)站的安裝，同時，還要按照施工進度對基坑進行凍結(jié)加固工作。然后再采用垂直局部凍結(jié)的工藝來加固地層，形成凍結(jié)止水帷幕，隔絕該區(qū)域土層與水力的聯(lián)系，提高基坑開挖的安全性[1]。在施工土層經(jīng)過凍結(jié)之后，相關人員還要通過測溫孔進行監(jiān)測計算，當計算數(shù)據(jù)結(jié)果達到截水的要求之后，才能開始挖掘基坑。

1.2凍結(jié)過程設計

在采用凍結(jié)法隔絕水層時，凍結(jié)壁溫度的高低可以通過凍結(jié)壁暴露的時間長短來進行判定，當凍結(jié)壁的平均溫度在零下8度時，說明它暴露的時間較短，同時也說明它對凍結(jié)墻的影響和強度也較小。當凍結(jié)壁的厚度與隧道結(jié)合后的范圍為2米時，其他部位的厚度則為1.2米，管片膠凍結(jié)面的厚度則大于等于1米。當每個區(qū)域的凍結(jié)寬度為31米時，那么它的垂直局部凍結(jié)范圍則在負3.5米到負12米之間，其具體的數(shù)值可以以表層底板到強風巖不透水層的0.5米為標準。這時候排凍結(jié)管可以設置在在地下連續(xù)墻外側(cè)0.8米到1.6米的位置，其形狀呈梅花狀，在每個管孔之間的間距為0.8米到1米，在南北側(cè)兩個凍結(jié)區(qū)各57個，總計 114 個， 總長度約 2 066m。在凍結(jié)管道的材質(zhì)選擇上，要選用127×8的無縫鋼管，在供液管和回液管的大小選擇上，要采用規(guī)格為45×3.5的無縫鋼管。當凍結(jié)成孔之后，還要進行關于空洞的密封性壓力測試。

1.3凍結(jié)法止水帷幕容易出現(xiàn)的安全隱患

在凍結(jié)帷幕方法的使用上，凍結(jié)方法的主要作用是止水，但是由于地鐵運行隧道的風為活塞風，其風力較大，因為風力的不確定性會導致凍結(jié)效果對隧道膠合面的散熱量加大，同時也會導致凍結(jié)效果的不穩(wěn)定性增大。當施工地層進行三軸攪拌加固之后，就要在攪拌加固體的一側(cè)設置凍結(jié)孔，但是當施工地層的土質(zhì)硬度不均時，在鉆孔時很容易發(fā)生偏斜問題，甚至會造成偏空困難。如果地鐵隧道已經(jīng)被投入運營使用再進行鉆孔，很容易對隧道結(jié)構造成影響，甚至會鉆通隧道。并且，凍結(jié)法在凍結(jié)期的凍脹和后期的融化沉降方面對地鐵隧道的運行可能會產(chǎn)生不利影響。

2.凍結(jié)法的主要技術措施分析

2.1鉆孔前

在進行鉆孔工作之前，工作人員應該對地面以及每個孔的高度進行詳細的分析和計算，然后再采用牙輪鉆頭在地鐵隧道頂上部的1米位置進行鉆孔，以此來減輕土質(zhì)硬度不均對鉆孔精準度的影響，為提高鉆孔的效率和鉆孔的垂直程度奠定良好的基礎。

2.2鉆孔中

在隧道上部進行鉆孔時，有極大的幾率會發(fā)生偏斜現(xiàn)象與地鐵隧道的凍結(jié)孔相貫通。因此，在地鐵隧道鉆孔之前，工作人員應該提前計算好鉆桿的長度，在鉆孔過程中，還要對鉆孔的深度進行詳細記錄，當鉆頭距離隧道還有1米的距離時，就要更換成三翼鉆頭。值得注意的是，替換的鉆頭上不應該配置硬質(zhì)合金，當鉆頭鉆到事先設計的深度的時候，需要根據(jù)鉆進扭矩和進尺速率判斷是否到達隧道邊緣。具體的鉆桿鉆頭的鉆孔用法：在造孔或者進行鉆孔時，對冷卻管和測溫管的鉆桿選用上應該選擇60毫米的鉆桿，采用60毫米的鉆桿的成孔直徑為152毫米，在泄氣孔的制造方面要采用70毫米的鉆桿，其成孔直徑則是242毫米[2]。

2.3凍脹力分析

在本凍結(jié)區(qū)的凍結(jié)土地分析上，其土層結(jié)構為風化巖、粉質(zhì)黏土層、砂層，這種土層的滲透情況和含水量較少，同時，在凍結(jié)之前，該土層的上部已經(jīng)進行了攪拌樁加固，在經(jīng)過加固之后，它的土性就得到了改良。在以上措施當中，凍結(jié)帷幕的外側(cè)沒有受限，其凍脹力能夠得到有效釋放，受凍脹力的影響較小。但是為了保證施工的的安全減少其對運行隧道的影響，可以在凍結(jié)帷幕外側(cè)設置相應數(shù)量的泄壓孔。這樣在凍脹力產(chǎn)生時，其脹力就可以通過泄壓孔向外或者直接向下釋放壓力，對隧道的擠壓影響也就相對較小。

總結(jié)

通過以上分析我們得知，在強透水砂層位置，我們可以采用凍結(jié)帷幕法來減少水力對運營地鐵隧道正上方基坑施工的影響，提高隧道的抗壓能力，保證基坑施工的安全穩(wěn)定進行。

參考文獻

[1]叢竺，楊小平，劉庭金.強透水砂層運營地鐵隧道正上方基坑施工關鍵技術[J].施工技術，2015，44（13）：51-55.

[2]劉勝利，蔣盛鋼，曹成勇.強透水砂卵地層深基坑地下水控制方案比選與優(yōu)化設計[J].鐵道科學與工程學報，2018，15（12）：3189-3197.