凍結(jié)法施工在商合杭高鐵鄰近鐵路既有線施工條件下的應(yīng)用

劉燕明

摘要：隨著我國高鐵網(wǎng)建設(shè)，鄰近既有線條件進行深基坑施工是經(jīng)常遇到的情況，針對鄰近既有線嚴禁水土流失，設(shè)備高度受限等，常規(guī)鉆孔樁加止水帷幕造價高昂且存在許多弊端，商合杭高鐵商丘站旅客地道出入口基坑采用凍結(jié)法施工，避免了水土流失和設(shè)備受限，大幅縮減了工期，對今后鄰近營業(yè)線基坑施工具有教強指導意義。

Abstract： With the construction of China's high-speed rail network， the construction of deep foundation pits adjacent to existing lines is often encountered. For the adjacent existing lines， soil erosion is strictly prohibited， the height of equipment is limited， and the cost of conventional bored piles plus water curtains is high and there are many drawbacks. The foundation pit of the passenger tunnel entrance and exit of Shangqiu-Hefei-Hangzhou High-speed Railway Shangqiu Station is constructed by freezing method， which avoids soil erosion and equipment limitation， and greatly shortens the construction period.

關(guān)鍵詞：凍結(jié)法;鄰近既有線施工;應(yīng)用

Key words： freezing method;construction adjacent to existing lines;application

中圖分類號：U233? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0188-03

1? 工程概況

商合杭高鐵商丘站七、八站臺旅客地道出入口為鄭徐客專預(yù)留接口條件，由于鄭徐客專已投入使用，且地道出入口結(jié)構(gòu)緊鄰鄭徐客專股道和高鐵站房，為鄰近營業(yè)線A類施工，地基沉降變形和水土流失要求極為嚴格，作業(yè)設(shè)備也受限。旅客地道出入口所處工程地質(zhì)為雜填土和飽和粉土，極易發(fā)生突水冒泥。旅客地道出入口結(jié)構(gòu)總高度分別為12.31m（含集水井），其中地面以上部分3.31m，地面以下部分分別約為8.73m。

工程地質(zhì)條件：地面以下0～1.7m為雜填土，主要以建筑垃圾為主，充填約30%的粉土;1.7～9.4m為粉土，σ0=120kPa，褐黃色，密實，潮濕，其中7.2～7.5m為粉質(zhì)粘土夾層;9.4～19.2m，粉質(zhì)粘土，σ0=140kPa，褐黃色，11.3m以上灰褐色，硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物及零星姜石，其中14.6～15.4m含姜石量約占5%，一般粒徑2～3mm，最大粒徑10mm，其中18.3～18.7m為粉土夾層。

2? 施工方案選擇及凍結(jié)設(shè)計依據(jù)

根據(jù)鄭徐場施工經(jīng)驗，結(jié)合鄰近營業(yè)線施工特點，出入口結(jié)構(gòu)基坑關(guān)鍵是保證不發(fā)生水土流失和控制既有設(shè)備部發(fā)生沉降變形，擬采取凍結(jié)法加固土體及封水，然后用明挖法進行出入口地面以下部分的開挖構(gòu)筑施工。

2.1 施工方案選擇的基本原則

①凍結(jié)加固技術(shù)性能必須滿足出入口通道施工的安全和質(zhì)量要求;

②凍結(jié)方案應(yīng)符合現(xiàn)場實際條件的施工可行性和良好的可操作性;

③施工方案應(yīng)在工程要求工期的條件下具備優(yōu)化能力;

④施工方案措施必須滿足城市環(huán)保及節(jié)能要求。

2.2 施工方案選擇

依據(jù)提供的地質(zhì)資料以及類似工程中的經(jīng)驗，確定采用周邊垂直孔凍結(jié)和利用底部粘土層隔水法進行封水及加固。

2.3 凍結(jié)設(shè)計的依據(jù)

①出入口的寬度，左側(cè)出入口為帶集水井的，結(jié)構(gòu)寬度最大處為6600mm，右側(cè)為不帶集水井的，結(jié)構(gòu)寬度最大處為7100mm，實際開挖時要在結(jié)構(gòu)寬度外側(cè)留有1200～1500mm的空間。

②出入口地面以下部分長度分別為21m（帶集水井），考慮靠近地面位置無地下水，因此只需凍結(jié)至樓梯第二個平臺處。

③出入口地面以下埋深分別約為8.73m（含集水井）。

④地質(zhì)資料顯示：地面以下9.4～19.2m為粉質(zhì)粘土，σ0=140kPa，褐黃色，11.3m以上灰褐色，硬塑。

3? 凍結(jié)設(shè)計

根據(jù)土層性質(zhì)計算，凍結(jié)壁設(shè)計厚度1.8m，根據(jù)施工需求凍結(jié)深度為13m。

3.1 凍結(jié)孔布置

帶集水井的出入口的凍結(jié)孔的布置確定在14700*10800的矩形范圍內(nèi)，共設(shè)計54個主凍結(jié)孔，深度13m，單排孔部分的孔間距為900mm，雙排孔部分的孔間距為1000mm;開挖深度超過5m范圍的凍結(jié)孔的外側(cè)增加一排輔助孔，該出入口外側(cè)輔助孔設(shè)計24個，深度11米，輔助孔與主排孔的排間距為750mm，孔位與主排孔間隔布置，孔間距1000mm，與相鄰主排孔的間距為901mm。

不帶集水井的出入口的凍結(jié)孔布置確定在8100*10800的矩形范圍內(nèi)，共設(shè)計42個主凍結(jié)孔，深度13m，孔間距為900mm;開挖深度超過5m范圍的凍結(jié)孔的外側(cè)增加一排輔助孔，該出入口外側(cè)輔助孔設(shè)計8個，深度8m，輔助孔與主排孔的排間距為750mm，孔位與主排孔間隔布置，孔間距900mm，與相鄰主排孔的間距為875mm。

凍結(jié)管規(guī)格選用Φ108×4mm無縫鋼管。

兩個出入口的凍結(jié)孔布置如圖3。

3.2 測溫孔布置

每個出入口設(shè)計測溫孔4個，深度均為13m，分別布置在矩形凍結(jié)范圍的四個凍結(jié)面，為確保測溫孔溫度監(jiān)測的實用性，在每個測溫孔內(nèi)布設(shè)不少于5個測點，測溫孔布置位置根據(jù)現(xiàn)場實際而定。

①測溫孔管選用：Φ57×3.5mm無縫鋼管;

②測溫孔管底端焊接密封裝置，確保管內(nèi)不得滲水。

3.3 水文孔布置

每個出入口在凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域內(nèi)各布置1個水文孔，深度7m。另外在凍結(jié)范圍以外也布置一個深度相同的水文觀測孔，用來對比。

水文孔管選用Φ108×4mm無縫鋼管;底端焊接底錐，在含水層位置設(shè)置花管，并纏尼龍紗網(wǎng)。

3.4 凍結(jié)需冷量計算

3.4.1 設(shè)計參數(shù)

①積極凍結(jié)期鹽水溫度為-28℃～-30℃。

②凍結(jié)時間：開挖前積極凍結(jié)期45天，開挖后維護期30天（暫定）。

③凍結(jié)孔單孔（串孔）流量不小于5m3/h。

3.4.2 凍結(jié)需冷量計算（按一個站臺的兩個出入口計算）

Q=π·d·H·K

式中：H—凍結(jié)管總長度：1576m;

d—凍結(jié)管直徑：Φ108mm;

K—凍結(jié)管散熱系數(shù)：350。

將上述參數(shù)代入公式得出需冷量如下：

18.72×104Kcal/h

3.4.3 凍結(jié)站最大需冷量計算

Qmax =1.15Q=21.52×104Kcal/h

3.5 主要凍結(jié)技術(shù)參數(shù)

主要凍結(jié)技術(shù)參數(shù)見表1。

4? 凍結(jié)制冷設(shè)計

4.1 凍結(jié)設(shè)備選型

4.1.1 制冷機組選型

根據(jù)最大需冷量，選擇CWZ290型（或同等制冷能力的）鹽水機組3臺（其中2臺運轉(zhuǎn)，1臺備用），該機組單臺制冷量為11×104Kcal/h，電機功率137kW。

4.1.2 鹽水泵選型

根據(jù)鹽水總循環(huán)量，選用IS200-150離心式水泵（單臺功率30kW）3臺作為鹽水泵（兩臺運轉(zhuǎn)，一臺備用）。

鹽水管路選用Φ159×5mm無縫鋼管。

4.1.3 清水泵選型

根據(jù)冷卻水總循環(huán)量，選用IRG150-250離心式管道泵（單臺功率15kW）3臺作為清水泵（2臺運轉(zhuǎn)，一臺備用），配套使用4臺KST-80型冷卻塔。（表2）

5? 經(jīng)驗總結(jié)

5.1 主要風險點

①因凍結(jié)土體必須在持續(xù)供冷的情況下才能維持凍結(jié)帷幕的穩(wěn)定，當一旦發(fā)生停電，停水及凍結(jié)設(shè)備故障時，凍結(jié)站不能正常運行，會造成凍結(jié)帷幕的融化，有效厚度減少，溫度上升而強度降低，甚至發(fā)生薄弱環(huán)節(jié)漏水等風險。

②凍結(jié)狀態(tài)下的基坑臨時支護與深基坑支護。

③部分凍結(jié)管穿過出入口結(jié)構(gòu)，或影響到結(jié)構(gòu)施工，在割除這些凍結(jié)管后凍結(jié)壁會逐漸融化。

④由于該站地道主通道已經(jīng)建成，施工過程中應(yīng)采取有效措施控制凍脹，避免因凍脹對既有通道產(chǎn)生位移。

5.2 主要風險的控制措施

①防止凍結(jié)不連續(xù)控制措施。

主要凍結(jié)設(shè)備全部留有備份，并聯(lián)安裝，當發(fā)生設(shè)備故障時，做到及時啟動。開挖期在現(xiàn)場備發(fā)電機組，防止意外的長時間停電影響或現(xiàn)場采用第二線路電源。在現(xiàn)場采用大蓄水池，以滿足停水后不少于2天的水量需求。

②初期開挖時，受外界溫度影響，開挖后的側(cè)壁可能會產(chǎn)生片幫，應(yīng)采取相關(guān)措施（如搭設(shè)遮陽棚，釘保溫板，側(cè)幫噴漿支護等）防止開挖側(cè)片幫。

③合理調(diào)整施工工序，保證在割除影響結(jié)構(gòu)施工的凍結(jié)管后3日內(nèi)完成結(jié)構(gòu)施工。

④為控制凍脹的影響，主要采取如下幾點方面的措施：

靠近已有通道的部分凍結(jié)孔采用局部凍結(jié)方式（左側(cè)Z19～Z25號孔，右側(cè)Z34～Z40號孔），上部5.5m為非凍結(jié)段，盡量減少凍脹對已有通道結(jié)構(gòu)的影響。

靠近已有通道結(jié)構(gòu)兩側(cè)的個別凍結(jié)孔（左側(cè)Z15和Z29號孔，右側(cè)Z2和Z30號孔）滯后于其它凍結(jié)孔開啟5～7天，形成暫時凍結(jié)窗口釋放部分凍脹力。

考慮在既有通道內(nèi)部，靠近凍結(jié)管600～1000mm范圍打若干泄壓孔，孔口裝設(shè)球閥，該孔凍結(jié)期間主要用來釋放靠近既有結(jié)構(gòu)的凍結(jié)管對結(jié)構(gòu)底部形成的凍脹力，凍結(jié)結(jié)束后可以作為注漿孔。

根據(jù)測溫孔溫度變化情況，當凍結(jié)壁厚度達到設(shè)計要求后即調(diào)整鹽水溫度，控制凍土繼續(xù)發(fā)展。

凍結(jié)停止后，結(jié)合凍結(jié)體的融化，及時對地層進行補注漿，控制融沉危害。

參考文獻：

[1]GB/T51277-2018，礦山立井凍結(jié)法施工及質(zhì)量驗收標準[S].2018.

[2]李巖.豎向直排凍結(jié)條件水平東張立研究[J].巖土力學，2013.

[3]鄭州鐵路局鐵路營業(yè)線施工安全管理實施細則（鄭鐵辦[2013]50號.