軟土條件下聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工

胡俊杰，胡敏清，田中勝，豐曉文

（北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100101）

1 工程概況

濱海新區(qū)B1 線某盾構(gòu)區(qū)間右線里程為YDK13+429.577～YDK14+853.774，長1 424.197 m；左線里程為ZDK13+429.577～ZDK14+853.774，短鏈20.255 m，長度為1 403.942 m。隧道縱坡為“V”形坡，最大縱坡為25.07‰，區(qū)間為地下雙線單圓隧道，盾構(gòu)直徑6.8 m，隧道內(nèi)徑、外徑分別為5.9 m、6.6 m，管片厚度350 mm，區(qū)間設(shè)置兩處聯(lián)絡(luò)通道，區(qū)間里程右線YDK14+017.500 處設(shè)置1#聯(lián)絡(luò)通道兼泵房，聯(lián)絡(luò)通道長7.6 m，內(nèi)寬2.5 m、高2.75 m，泵房長3.5 m、寬2.3 m、高3.0 m，軌面標高-22.368 m；2#聯(lián)絡(luò)通道，軌面標高-20.118 m，聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)寬2.5 m，高2.75 m，長7.27 m，用凍結(jié)法加固地層，開挖采用礦山暗挖法。

聯(lián)絡(luò)通道呈直墻圓拱結(jié)構(gòu)形式，聯(lián)合應(yīng)用鋼筋格柵、噴射C25 混凝土（250 mm 厚）的方法起支護作用，二次襯砌材料采用C45P10 鋼筋混凝土，厚度以300 mm 為主，泵房處增厚至400 mm。泵房臨時支護和二次襯砌結(jié)構(gòu)層之間鋪設(shè)50 mm厚防水保護層。于臨時支護和二次襯砌之間設(shè)防水層，采用自粘膠膜防水卷材，厚1.5 mm，以此全面提升結(jié)構(gòu)的防水性能。

2 地質(zhì)條件

區(qū)間1#聯(lián)絡(luò)通道兼泵房位于⑧1 層粉質(zhì)黏土、⑧2 層砂質(zhì)粉土、⑨1 層粉質(zhì)黏土、⑨1t 層黏質(zhì)粉土層中，頂部為⑧1 層粉質(zhì)黏土、⑧2 層砂質(zhì)粉土，泵房底板下為⑨1 層粉質(zhì)黏土；2#聯(lián)絡(luò)通道位于⑦層粉質(zhì)黏土、⑧1 層粉質(zhì)黏土、⑧2 層砂質(zhì)粉土，頂部為⑦層粉質(zhì)黏土，底部為⑧2 層砂質(zhì)粉土。

本區(qū)間場地區(qū)域不良地質(zhì)作用主要為地面沉降，引起地面沉降的原因主要為區(qū)域地下水超量開采、欠固結(jié)土固結(jié)和大量的工程建設(shè)。地面沉降對地鐵的危害主要為：過大的不均勻沉降會導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)變形和滲漏；區(qū)域地面沉降將導(dǎo)致地面標高損失。為此，需充分考慮地面沉降問題，基于所得信息預(yù)測其可能會對地鐵造成的不良影響。

現(xiàn)場地下水分布方面，以承壓含水層為主，其中第一層：

本次擬建的盾構(gòu)區(qū)間的抗浮設(shè)計水位可按大沽標高2.50 m 考慮。承壓水對混凝土有微腐蝕作用?？傮w來看，區(qū)間承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)存在一定影響，程度以弱腐蝕為主。

3 場地和地基的地震效應(yīng)

本場地地形比較平坦，有厚層的軟弱土分布，且分布有輕微液化粉土、粉砂層，根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016 年版）有關(guān)條款綜合判定，盾構(gòu)區(qū)間所在區(qū)域?qū)儆诮ㄖ拐鸩焕囟巍?/p>

位于淤泥質(zhì)土中的盾構(gòu)結(jié)構(gòu)均應(yīng)考慮震陷的影響，建議對淤泥質(zhì)黏土進行加固處理，避免震陷的影響；盾構(gòu)結(jié)構(gòu)位于淤泥質(zhì)土之下，但是由于是線性工程，在淤泥質(zhì)土中的盾構(gòu)結(jié)構(gòu)震陷的影響也會對未在淤泥質(zhì)土的盾構(gòu)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降的影響。

4 冷凍設(shè)計

1）由專業(yè)單位開展凍結(jié)設(shè)計工作，根據(jù)各部位的情況合理設(shè)置凍結(jié)壁厚度，以聯(lián)絡(luò)通道、喇叭口兩處為例，該值均為2 m，平均溫度為-10 ℃。

2）凍土強度指標：彎折抗拉強度不小于2.0 MPa，單軸抗壓強度不小于3.6 MPa，抗剪強度不小于1.5 MPa（-10 ℃條件下）。

3）經(jīng)校核，1#聯(lián)絡(luò)通道左右線里程分別為YDK14+017.500、ZDK14+001.949，左右線軌面標高分別為-22.368 m、-22.356 m。2#聯(lián)絡(luò)通道左右線里程分別為YDK14+480.000、ZDK14+460.179，左右線軌面標高分別為-20.118 m、-20.133 m。凍結(jié)管長度及方位滿足凍結(jié)設(shè)計要求。因該地層含鹽量較高，凍土強度指標已做相應(yīng)調(diào)整，確保風(fēng)險可控。根據(jù)施工地質(zhì)情況，聯(lián)絡(luò)通道主要處于黏土層及粉土層中，地層凍脹量差異較小，對凍結(jié)管的影響較小，原凍結(jié)設(shè)計滿足相應(yīng)要求。

4.1 凍結(jié)孔布置

1）區(qū)間1#聯(lián)絡(luò)通道兼泵房設(shè)計凍結(jié)孔70 個（其中，主線48 個，對側(cè)22 個，包括對穿孔4 個）凍結(jié)孔長度為536.86 m。

2）區(qū)間2#聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計凍結(jié)孔57 個（其中，主線40 個，對側(cè)17 個，包括對穿孔4 個）凍結(jié)孔長度為358.86 m。

3）各聯(lián)絡(luò)通道主、副凍結(jié)孔布置根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間實際施工情況，可將主、副凍結(jié)孔互換施工。

4）以管片配筋情況為主要參考，做適當?shù)恼{(diào)整，但此時不可與主筋、管片螺栓孔、管片縫產(chǎn)生干擾。為考慮在施工下部泵站凍結(jié)孔時兩側(cè)隧道打到中間交接時相互碰上，鉆進時根據(jù)兩側(cè)隧道凍結(jié)孔的方位角0.1°～0.2°進行調(diào)整，以避開對側(cè)凍結(jié)孔。并根據(jù)管片配筋情況和管片加強筋位置，在避開主筋的前提下可適當調(diào)整鉆孔位置[1]。

4.2 凍結(jié)需冷量

以DG/TJ 08-902—2006《旁通道凍結(jié)法技術(shù)規(guī)程》為依據(jù)，按如下方法展開計算，確定凍結(jié)需冷量：

式中，Q為凍結(jié)需冷量，kJ/h；d為凍結(jié)管直徑，mm；H為凍結(jié)管總長度，mm；K為凍結(jié)管散熱系數(shù)。

4.3 凍結(jié)制冷設(shè)備選型

根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道需冷量情況，選用TBSD620.1J 型螺桿鹽水冷凍機組3 臺（單臺冷凍機工況制冷量為41.86×104kJ/h），其中1 臺備用，能滿足設(shè)計需要。

各功能管的具體材料為：凍結(jié)管、測溫孔管，均選用φ89 mm×8 mm、20#低碳無縫鋼管；鹽水干管和集配液圈采用φ159 mm×4 mm 無縫鋼管；冷卻水管采用φ127 mm×4 mm 供水鋼管；供液管采用φ45 mm×5 mm 塑料管。

5 聯(lián)絡(luò)通道融沉注漿的施工工藝

1）注漿管埋設(shè)。融沉注漿管一般采用φ60 mm 無縫鋼管，長度以穿透初襯達到凍土帷幕為原則。

2）注漿材料。以水灰比為1∶1 的單液水泥漿為宜，遇地面大幅度沉降的情況時，可先用雙液漿加以控制，此時按照水泥漿∶水玻璃=1∶1 的關(guān)系予以配制。為此，在現(xiàn)場準備足量的水玻璃，以備不時之需。

3）注漿流程。按照先底板、后側(cè)墻的順序依次注漿，對于底板，首先從通道中部開始注漿，再向兩端有序推進，完成整個凍結(jié)區(qū)域的注漿作業(yè)。

4）注漿參數(shù)。注漿壓力不大于0.5 MPa，注漿流量10～20 L/min。

5）注漿時間。聯(lián)絡(luò)通道在一天內(nèi)的沉降超0.5 mm，或產(chǎn)生的累計沉降超1.0 mm 時，均有必要安排融沉注漿。

6）注漿原則及方法。遵循“少量、多次、均勻”的基本原則。依照工程經(jīng)驗，單孔一次注漿量為0.5 m3，最大不超過1 m3，實際注漿過程中嚴格控制好注漿壓力，每孔注漿以注漿壓力達到0.5 MPa 為結(jié)束標準，同時結(jié)合地面沉降實時調(diào)整。正式注漿前，先開啟注漿管及相鄰的注漿管閥門，注漿期間加強檢查，判斷相鄰孔的狀態(tài)，待其連續(xù)出漿時，隨即將鄰孔閥門關(guān)閉。定量壓入后即可停止本孔注漿，關(guān)閉閥門，然后接著對鄰孔注漿[2]。注漿管內(nèi)竄漿時，若未及時處理，該部分將發(fā)生固結(jié)，從而出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。可用長沖擊鉆頭予以處理，有效通管。采用鉆孔前進式注漿工藝，即從支護層外側(cè)凍土或管片外側(cè)凍土開始打孔注漿，本次注漿孔深比上次孔深深5～10 cm，以此類推，直至融沉注漿施工結(jié)束。

7）注漿期間的監(jiān)測。化凍過程中，加強監(jiān)測，準確掌握地面變形、凍土溫度、凍結(jié)壁厚和水土壓力幾項關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)實測結(jié)果采取有效的控制措施。對于注漿壓力的監(jiān)測，較為適宜的方法是在相鄰孔安裝壓力表，根據(jù)該儀器顯示的數(shù)據(jù)加以判斷。

6 地表變形監(jiān)測

著重考慮聯(lián)絡(luò)通道及泵站影響范圍內(nèi)的地表，加強對此類區(qū)域的沉降監(jiān)測，根據(jù)實測數(shù)據(jù)判斷變形情況。以聯(lián)絡(luò)通道中部地面為例，該區(qū)域的監(jiān)測結(jié)果如圖1 所示。可以發(fā)現(xiàn)，融沉注漿初始沉降相對較大，而在注漿量逐步增加的情況下，得益于注漿的加固作用，融化沉降得到了有效控制，地表上抬。解凍期間，漿體周邊的未解凍土融化，形成新孔隙，地表有下沉的跡象，但在后續(xù)的補漿過程中，地表隨之上抬。以多次補漿的方法完成現(xiàn)場融沉注漿作業(yè)，可以發(fā)現(xiàn)在整個過程中地表變形曲線呈波浪狀。注漿量共計82 t，地表最大抬升在1 mm以內(nèi)，變形沉降在3 mm 以內(nèi)，均在可控范圍。

圖1 融沉注漿期間通道中部地表變形曲線

7 風(fēng)險分析及應(yīng)對措施

基于整個場所具備的穩(wěn)定性展開進一步分析發(fā)現(xiàn)，凍結(jié)孔鉆孔的精度不易控制，在鉆孔與切割凍結(jié)管時，易發(fā)生涌水及涌砂災(zāi)害。

應(yīng)對措施：

1）鉆孔施工保證措施。加強水平凍結(jié)孔鉆孔精度的控制，每次鉆孔施工前應(yīng)對孔位進行復(fù)核檢查，確?？孜慌c設(shè)計方案一致，每進尺3 m 復(fù)核鉆孔垂直度，出現(xiàn)偏差及時進行糾偏；加強對凍結(jié)孔施工精度和凍結(jié)管焊接質(zhì)量的控制，采用長度為150 mm 的外接箍圍焊，檢測凍結(jié)管的垂直度，確保凍結(jié)管偏斜率＜1%；預(yù)防水平凍結(jié)孔施工精度問題；

2）加強凍結(jié)孔鉆孔施工，如出現(xiàn)涌水涌砂及時關(guān)閉孔口管球閥，對其進行二次注漿，加固地層后再施工，同時做好結(jié)構(gòu)與凍結(jié)孔滲漏水的管理[3]。及時對滲漏水問題進行處理，實施注漿封堵，保證鉆孔施工效率與質(zhì)量。

8 結(jié)語

本文基于聯(lián)絡(luò)通道的工程特征、地質(zhì)條件及場地和地基的地震效應(yīng)，歸納了注漿管的埋設(shè)、材料的選擇、施工順序等技術(shù)要點，并分析了聯(lián)絡(luò)通道施工中存在的風(fēng)險，同時介紹了聯(lián)絡(luò)通道融沉注漿的施工工藝并對地表變形進行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示各項指標在可控范圍內(nèi)。嚴格執(zhí)行聯(lián)絡(luò)通道融沉注漿的施工工藝標準，加強聯(lián)絡(luò)通道施工風(fēng)險控制，才能降低風(fēng)險事故的發(fā)生頻率，減少經(jīng)濟損失，確保工程建設(shè)效果，實現(xiàn)質(zhì)量安全及緊急效益等多重目標。

【收稿日期】2022-04-27