聯(lián)絡(luò)通道冷凍法加固施工信息化施工監(jiān)測

侯鷹鵬，王 敏，宋生陽

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

1.1 設(shè)計內(nèi)容

佛山地鐵2號線登花區(qū)間1#聯(lián)絡(luò)通道及泵房左、右行線位置里程分別為ZDK40+444.514、YDK40+457.5，隧道中線間距13.051m。聯(lián)絡(luò)通道所在位置的拱頂平均埋深21.539m。聯(lián)絡(luò)通道已進行過水泥系加固，設(shè)計采用水平凍結(jié)法輔助加固地層，用暗挖法施工。

1.2 工程環(huán)境

1#聯(lián)絡(luò)通道及泵房位于佛陳公路與新村西路交叉口下方，西側(cè)靠近文登河公路，與聯(lián)絡(luò)通道中心水平距離約11.5m，北側(cè)為文登河，河岸與聯(lián)絡(luò)通道中心水平距離約37m，周圍為小區(qū)及商業(yè)建構(gòu)筑物。

1.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

登花1#聯(lián)絡(luò)通道及泵房施工影響范圍內(nèi)的土層主要為<3-1>粉細砂、<7-1>強風(fēng)化泥巖、<8-1>中風(fēng)化泥巖，根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，1#聯(lián)絡(luò)通道及泵房處地層起伏較大。

擬建區(qū)間地表水有一條文登河，其寬約7m，深度約2m，流向為自西往東，在ZCK40+240m和YCK40+180m處與隧道相交。

根據(jù)其賦存介質(zhì)的類型，場地地下水主要有兩種類型：（1）第四系地層中的松散巖類孔隙水?？紫端饕x存于第四系全新統(tǒng)海陸交互相層淤泥質(zhì)粉細砂<2-2>和淤泥質(zhì)中粗砂<2-3>以及第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)沖積-洪積層粉細砂（地層代號3-1）、中粗砂（地層代號3-2）中，水量豐富，為區(qū)間主要地下含水層，局部地段因受上下相對隔水層的阻隔，略具承壓性。（2）基巖裂隙水。主要賦存于強、中等風(fēng)化帶中，具有微承壓性，但由于基巖裂隙發(fā)育無規(guī)律且不均勻，且?guī)r石裂隙多不貫通，相比砂層含水量小得多。

2 凍結(jié)帷幕監(jiān)測

2.1 鉆孔施工監(jiān)測

鉆孔深度和鉆孔偏斜度是鉆孔施工的重點檢測項目。

（1）監(jiān)測目的：加快凍結(jié)壁形成速度，從而縮短工期。

（2）監(jiān)測方法：鉆進施工過程中嚴格控制垂直、水平凍結(jié)孔的深度、偏斜。對于垂直凍結(jié)孔，應(yīng)保持高度警惕，具體要求如下：①鉆孔過程中，應(yīng)每10m對鉆桿進行測量糾偏，確保垂直度。②位于隧道頂部及周圍的孔位，鉆進至距孔底2m時應(yīng)先停止鉆進并進行測斜，確定實際的孔位即按該軌跡的最終孔位后方可繼續(xù)鉆進，測量隊、工程部對該過程進行監(jiān)控。③在鉆進至最后2m時應(yīng)控制減慢鉆進速度（尤其是最后1m需特別注意），以防破壞管片，碰到異物、硬物時應(yīng)立即停鉆，分析是否觸碰到管片，若無觸碰異物、硬物，最終按照設(shè)計到達隧道頂5cm處停止鉆進，最后“理論上的5cm”依靠下方凍結(jié)管頂進。若在左線隧道上方鉆孔，應(yīng)有人員在隧道內(nèi)進行盯守，與地面保持聯(lián)系。④鉆孔偏斜控制。開孔時，確保開孔方位；鉆孔時，每10m測量鉆桿偏斜1次，對偏斜較大的孔進行重鉆，確保終孔最大偏斜≤0.5%。打孔完成后，對所有孔位進行測斜，測量隊使用測斜管進行測斜復(fù)核，最后將核對的最終數(shù)據(jù)報至工程部進行分析，確定孔位成孔偏差，偏差較大時需進行補孔。

（3）監(jiān)測成果：整理數(shù)據(jù)后，按實際孔位繪出凍結(jié)壁交圈圖，并分析是否需要補孔。

2.2 凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測

施工現(xiàn)場通過凍結(jié)施工過程中反饋的信息，完善設(shè)計和指導(dǎo)施工，并判斷凍結(jié)壁的厚度是否達到設(shè)計標準。因地質(zhì)條件的不可預(yù)測性及施工的過程的可變性，設(shè)計過程中未全面考慮到，應(yīng)通過現(xiàn)場實時監(jiān)測完善施工技術(shù)措施。施工現(xiàn)場以監(jiān)測數(shù)據(jù)為參考點調(diào)整凍結(jié)施工參數(shù)，保證凍結(jié)壁的形成質(zhì)量。檢測內(nèi)容包括如下四個方面。

（1）測溫孔溫度及地下水水位、水溫監(jiān)測。①測溫孔溫度監(jiān)測。在開機凍結(jié)前，通過測溫孔測量原始地溫數(shù)據(jù)，并每天對測溫孔溫度變化進行監(jiān)測，為開機后測溫孔數(shù)據(jù)提供比較參數(shù)，把控地層凍結(jié)溫度變化規(guī)律。②水位、水溫監(jiān)測。開機凍結(jié)前測量原始水位、水溫，把控地下水靜止水位標高及水溫，為凍結(jié)過程中的水位、水溫變化提供比較依據(jù)。

（2）凍結(jié)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)參數(shù)監(jiān)測。①監(jiān)測目的：通過對凍結(jié)系統(tǒng)中的制冷劑、鹽水以及冷卻水系統(tǒng)中的溫度、壓力等進行監(jiān)測，分析運轉(zhuǎn)指標的適用性，以確保制冷效率。②監(jiān)測方法：通過安設(shè)壓力計、測溫元件等于循環(huán)管路中，實現(xiàn)運轉(zhuǎn)過程中各指標的監(jiān)測。③監(jiān)測頻次：從凍結(jié)運轉(zhuǎn)的全過程，對3大循環(huán)系統(tǒng)及運轉(zhuǎn)設(shè)備進行連續(xù)監(jiān)測。④監(jiān)測結(jié)果：技術(shù)人員利用各項運轉(zhuǎn)參數(shù)記錄冷凍設(shè)備運轉(zhuǎn)記錄表，積極凍結(jié)加固測溫、測壓記錄表等。

（3）鹽水溫度、流量、凍結(jié)器回路監(jiān)測。①監(jiān)測目的：及時了解凍結(jié)器運轉(zhuǎn)工作情況，監(jiān)測凍結(jié)器堵塞情況保證供給凍結(jié)器足夠的制冷量，確保凍結(jié)壁的形成。通過對鹽水箱水位和溫度變化的分析和監(jiān)測，及時掌握和控制鹽水系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的情況，避免發(fā)生鹽水漏失現(xiàn)象。②監(jiān)測方法及頻次。鹽水溫度監(jiān)測：在去回路鹽水干管上，配集液圈頭、尾部安設(shè)測溫點，在凍結(jié)器上的去回路安設(shè)溫度計，測量鹽水去回路總溫差和各凍結(jié)器去回路溫差，反映凍結(jié)器運轉(zhuǎn)情況。監(jiān)測頻次為鹽水干管溫度、支管溫度、各凍結(jié)器溫度每日監(jiān)測一次。鹽水流量監(jiān)測：安裝流量檢測系統(tǒng)，隨時對每個凍結(jié)器鹽水流量進行監(jiān)測，且每個凍結(jié)器均設(shè)置流量閥門，保證凍結(jié)器暢通并保持流量基本均勻。鹽水箱水位監(jiān)測：在鹽水箱安裝液位顯示器，隨時觀察液位變化，監(jiān)測并分析鹽水漏失情況。③監(jiān)測結(jié)果：技術(shù)人員對各項監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，并繪制鹽水溫度變化曲線圖，分析制冷效果的影響因素。

（4）凍結(jié)溫度場監(jiān)測。①監(jiān)測目的：隨時掌握凍結(jié)壁的發(fā)展狀況，了解其厚度、平均溫度、強度及凍結(jié)壁形成規(guī)律，判斷通道是否滿足開挖條件和正確指導(dǎo)開挖及支護施工。②監(jiān)測方法：設(shè)置測溫孔，孔內(nèi)布溫度傳感器，采用單總線溫度集成系統(tǒng)對溫度場自動檢測，實現(xiàn)自動測溫數(shù)據(jù)采集、儲存。③傳感器布置：測溫孔內(nèi)傳感器布置原則為對各階段根據(jù)設(shè)計要求布置的測溫點和結(jié)合現(xiàn)場成孔情況補設(shè)的測溫孔內(nèi)布置測溫傳感器，需著重在管片與凍土帷幕交界面設(shè)置相應(yīng)的溫度傳感器。傳感器的布置應(yīng)具有代表性、可參考性，可以用于判斷帷幕發(fā)展的厚度。④監(jiān)測頻次：從積極凍結(jié)開始直到凍結(jié)施工完畢。在積極凍結(jié)過程中，每24h監(jiān)測1次；在維護凍結(jié)開挖過程中，每12h監(jiān)測1次。⑤監(jiān)測結(jié)果：通過溫度數(shù)據(jù)與地層凍結(jié)溫度對比，利用三維模擬軟件模擬凍結(jié)壁形成情況。

2.3 凍結(jié)壁監(jiān)測

（1）凍結(jié)帷幕內(nèi)外側(cè)測溫孔溫度，每個深測溫孔設(shè)2～6個測點，分別布置在靠近隧道管片處、測溫管中部和測溫管頭部；每個淺測溫孔設(shè)2～3個測點，分別布置在靠近隧道管片處、測溫管頭部。測量頻度為1次/d。

（2）設(shè)置泄壓管，并在管口安裝壓力表用以監(jiān)測未凍土空隙水壓力變化。測量頻度為1次/d，可根據(jù)實際情況加測。

（3）開挖后凍結(jié)帷幕溫度，開挖時使用點溫計測量開挖工作面凍土或未凍土的表面溫度，1次/d，或每一個開挖循環(huán)1次。

2.4 自動化測溫系統(tǒng)

目前，項目可配備自動化測溫系統(tǒng)，將各種溫度傳感器的信息集成后，可以綜合反映監(jiān)測信息，具有方便、準確、高效的優(yōu)點，實現(xiàn)“測溫孔、鹽水進回水溫度、清水進回路溫度、環(huán)境溫度”等內(nèi)容的集成。

3 隧道、聯(lián)絡(luò)通道、地面及建構(gòu)筑物變形監(jiān)測

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測內(nèi)容包括以下五方面：（1）盾構(gòu)隧道垂直位移監(jiān)測；（2）盾構(gòu)隧道的水平收斂變形監(jiān)測；（3）地表沉降監(jiān)測；（4）地面管線的變形監(jiān)測；（5）鄰近建構(gòu)筑物垂直位移監(jiān)測。

3.2 監(jiān)測點埋設(shè)與監(jiān)測方法

（1）沉降監(jiān)測。建立水準測量監(jiān)測網(wǎng)，按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB/T 50308—2017）Ⅱ級要求用精密水準儀配合鋼尺測量[1]。地表沉降監(jiān)測點可根據(jù)不同地表結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)進行材料選擇。如混凝土地面一般采用地表鉆孔式，鉆孔至原狀土后植入鋼筋，回填土壓實，確保鋼筋頭與地面低2～5cm，防止機械碾壓破壞；對于土質(zhì)地面，則直接打入鋼筋，鋼筋頭露出地表2～5cm，做好標志。周邊構(gòu)筑物河堤沉降監(jiān)測，監(jiān)測點直接用電錘在構(gòu)筑物墻頂上打孔并將觀測標志用植筋膠固定牢固。測試方法按《城市軌道交通工程測量規(guī)范》Ⅱ級要求施測，每次測量時直接用基準水準點引測，采用二等水準加中間點測量，確保精度。

（2）管片結(jié)構(gòu)凈空收斂和豎向位移。采用收斂計進行隧道凈空收斂監(jiān)測，通過監(jiān)測布設(shè)于隧道周邊上的兩個監(jiān)測點之間的距離，求出與上次收斂計量測值之間的凈空變化量，該數(shù)據(jù)即為此處兩監(jiān)測點方向的凈空變化值。每個監(jiān)測斷面在拱頂、拱底、兩側(cè)拱腰處布設(shè)監(jiān)測點，水平豎向布設(shè)兩條收斂線，拱頂、拱底的凈空收斂監(jiān)測點可兼作豎向位移監(jiān)測點。監(jiān)測點安裝后進行3次獨立觀測，且3次獨立觀測較差應(yīng)小于標稱精度的2倍，觀測結(jié)果應(yīng)取3次獨立觀測讀數(shù)的平均值。管片結(jié)構(gòu)豎向位移采用電子水準儀加正尺和倒尺測量。

（3）管線監(jiān)測。管線的豎向位移監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在地下管線的節(jié)點、轉(zhuǎn)角點、位移變化敏感或預(yù)測變形較大的部位。由于施工場地周邊道路下的管線均需隨施工布局進行改遷改排，管線監(jiān)測點也需根據(jù)管線具體改遷情況布設(shè)。該部位全部采用間接點法，在地下管線相應(yīng)上方鉆孔取混凝土芯，埋入直徑25mm的鋼筋固定，通過測試鋼筋頂?shù)淖冃吻闆r確定管線所在位置土體變形，進而確定管線的變形情況。聯(lián)絡(luò)通道開挖過程中，隧道管片變形監(jiān)測范圍為聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)隧道管片各50m。

4 結(jié)束語

通過對聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工進行信息化施工監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)收集及整理分析，判斷冷凍凍結(jié)施工過程中影響凍結(jié)的因素。同時指導(dǎo)現(xiàn)場施工并及時調(diào)整施工指標，提前采取對應(yīng)的工程措施，優(yōu)化施工方案，進行信息化施工，保證施工的安全性及可控性，防止事故的發(fā)生，保證工程順利進行。