灰?guī)r區(qū)富水砂層聯(lián)絡(luò)通道遠(yuǎn)距離冷凍法加固技術(shù)應(yīng)用

馬維亮

中鐵濟(jì)南工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東濟(jì)南 250000

1 工程概況

廣州市軌道交通八號線北延段工程石井站-亭崗站盾構(gòu)區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，設(shè)置兩個聯(lián)絡(luò)通道，其中2#聯(lián)絡(luò)通道位于YDK28+300.000處，左、右線隧道中心線間距13m，隧道埋深為10.65m[1]。其上部地層自上而下分別為<1-1>素填土，<4N-1>粉質(zhì)粘土、<3-2>中粗砂、<9c-2>微風(fēng)化灰?guī)r，聯(lián)絡(luò)通道開挖范圍內(nèi)地質(zhì)主要為<3-2>中粗砂，底部少量為<9c-2>微風(fēng)化灰?guī)r。該聯(lián)絡(luò)通道位于交通主干道下方，且上方存在多種市政管線，受限于復(fù)雜的地面條件，遂采取水平凍結(jié)加固冷凍法施工，同時由于左、右線盾構(gòu)均處于正常掘進(jìn)中，為避免影響盾構(gòu)施工，凍結(jié)加固過程中將冷凍站放置于車站中板上，距離聯(lián)絡(luò)通道位置約550m。

2 施工流程

2.1 凍結(jié)孔施工

本聯(lián)絡(luò)通道共施工凍結(jié)孔數(shù)53個（左線42個，右線11個），鉆孔的偏斜均控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，測溫孔9個（右線3個，左線6個），泄壓孔上、下行線各2個，深度為2～3米不等。在凍結(jié)孔開始施工前，現(xiàn)場就堆放一定數(shù)量的應(yīng)急搶險(xiǎn)物資，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況。由于交叉作業(yè)期間電瓶車通行，應(yīng)急搶險(xiǎn)物資應(yīng)有序至隧道兩側(cè)，保障電瓶車行駛通暢。

2.2 冷凍站及管路安裝

由于需在左、右線盾構(gòu)掘進(jìn)過程中完成聯(lián)絡(luò)通道施工，只能將凍結(jié)站房設(shè)置在始發(fā)端車站的中板上，設(shè)置兩套冷凍機(jī)組，約占地120㎡。隧道內(nèi)采用A133mm＊4.5mm無縫管輸送冷媒至聯(lián)絡(luò)通道加固區(qū)域。管路采用法蘭連接，隧道內(nèi)的鹽水干管用管架敷設(shè)在隧道走道對側(cè)管片斜坡上，注意不能影響隧道內(nèi)軌道電瓶車通行，對所有的管路加強(qiáng)保溫，以減少熱量損失。

2.3 內(nèi)支撐及安全門安裝

在凍結(jié)加固前，需在聯(lián)絡(luò)通道洞口處隧道管片開口環(huán)中不開口部位附近兩側(cè)管片上施工內(nèi)壁支撐，均勻設(shè)置8個支撐點(diǎn)隧道支架（支撐點(diǎn)的支撐能力不小于500KN/點(diǎn)）[2]。由于隧道中軌道電瓶車仍在繼續(xù)運(yùn)送出渣，因此需特別注意安裝內(nèi)支撐要保留足夠的凈空，以保證軌道電瓶車安全運(yùn)行。

2.4 凍結(jié)加固

凍結(jié)站聯(lián)機(jī)調(diào)試合格后并且保溫層（包括所有管路、左右線聯(lián)絡(luò)通道側(cè)管片）施工完畢，具備開凍條件后，向相關(guān)單位提交開凍申請，批準(zhǔn)后方可正式開始凍結(jié)施工。凍結(jié)施工分為兩個階段：積極凍結(jié)期和維護(hù)凍結(jié)期。在本聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，積極凍結(jié)期鹽水溫度控制在-28--30℃之間，維護(hù)凍結(jié)期鹽水溫度控制在-25--28℃之間。

2.5 凍結(jié)效果分析

凍結(jié)18天后鹽水溫度達(dá)到-28℃以下，至凍結(jié)第45天，凍結(jié)帷幕最薄有效厚度為2058mm，凍土平均溫度-10.2℃，測得去回路溫差為1.1℃，在聯(lián)絡(luò)通道洞門中心施工探孔，無砂、水涌出現(xiàn)象，組織專家對冷凍效果進(jìn)行論證，認(rèn)為凍結(jié)效果較好，滿足開挖條件。開挖及結(jié)構(gòu)施工與普通凍結(jié)法基本一致，本文不再贅述，本聯(lián)絡(luò)通道從凍結(jié)加固至結(jié)構(gòu)完成合計(jì)用時約80天。

2.6 監(jiān)測

監(jiān)測貫穿于整個聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，地表、管線、建構(gòu)筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)表現(xiàn)為鉆孔施工階段略有沉降，其中，地表、管線、建構(gòu)筑物最大沉降值分別為 -8.72mm、-3.61mm、-1.34mm，主要原因分析可能為富水砂層中含水量較大鉆孔過程中造成一定水土流失，凍結(jié)加固過程中，隨著凍結(jié)時間的增長，地表及管線呈現(xiàn)一定的隆起現(xiàn)象，凍結(jié)體解凍過程中，地表及管線、建構(gòu)筑物有一定下沉，通過跟蹤補(bǔ)充注漿填充，最終保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)在控制值范圍內(nèi)，整個施工過程中，地表、管線、建構(gòu)筑物最終最大變化值分別為-13.98mm、-2.84mm、-2.35mm，均在控制值范圍內(nèi)。施工過程中，隧道變形均在控制值范圍，左、右線隧道拱頂最大沉降分別為-4.36mm、-3.74mm，左、右線最大收斂分別為 -0.5mm、-1.9mm。

3 遠(yuǎn)距離凍結(jié)法的優(yōu)劣

參數(shù)：將冷凍站放置于始發(fā)車站中板上，相關(guān)的制冷參數(shù)與冷凍站放置于隧道內(nèi)基本一致，且由于空間場地大，利于設(shè)備產(chǎn)生熱氣的向外界排放，制冷效果較好。

成本：遠(yuǎn)距離供冷凍結(jié)法施工過程中增加了鹽水管路的長度，本次約增加了約1100米A133mm＊4.5mm的無縫鋼管，該部分鋼管、法蘭配件及保溫材料花費(fèi)約15萬左右，安拆人工費(fèi)約1萬元，合計(jì)額外花費(fèi)16萬元，鋼管及保溫材料后續(xù)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)場循環(huán)利用，故基本可以考慮只花費(fèi)了人工安拆費(fèi)；整個制冷過程中由于鹽水管路輸送距離長，所需鹽水量增加約15m3左右，同時運(yùn)輸過程中冷量損失稍大，造成需多制冷時間為5天，外加開挖及結(jié)構(gòu)施工期間交叉施工影響時間2天，約造成制冷成本增加2萬元左右；因此，在不考慮材料循環(huán)使用的前提下，遠(yuǎn)距離供冷凍結(jié)法施工較凍結(jié)站設(shè)置于隧道內(nèi)，施工成本增加約18萬元左右。

工期：遠(yuǎn)距離供冷凍結(jié)法整個施工過程中，對盾構(gòu)施工基本無影響（本工點(diǎn)因地質(zhì)原因，單線每天掘進(jìn)3環(huán)），這樣較之盾構(gòu)隧道洞通后進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道施工來說，在不考慮融沉注漿的情況下就可以節(jié)約工期約80-5-2=73天左右，可極大的節(jié)省工期和管理成本。

安全：由于聯(lián)絡(luò)通道與盾構(gòu)掘進(jìn)交叉施工，加大了安全管理的難度，需保證各種管路、內(nèi)支撐不影響電瓶車正常行駛，應(yīng)急物資、施工材料機(jī)具有序堆放在隧道兩側(cè)軌道范圍之外[3]。本工程在聯(lián)絡(luò)通道處安裝了聯(lián)絡(luò)電話，與盾構(gòu)施工建立了聯(lián)動機(jī)制，可以直接聯(lián)系盾構(gòu)操作室、地面井口、調(diào)度室，能準(zhǔn)確掌握電瓶車的進(jìn)出時間，安排專人協(xié)調(diào)指揮作業(yè)人員進(jìn)行避讓，保證了施工安全。

其他：由于冷凍區(qū)與冷凍站間距離較遠(yuǎn)，造成制冷過程中，不利于及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，需要增加額外1名人員定期對管路進(jìn)行巡查及檢修。