60 m級(jí)超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法設(shè)計(jì)施工技術(shù)
——以福州地鐵2號(hào)線(xiàn)紫陽(yáng)站—五里亭站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道工程為例

朱澤萱， 劉紅偉， 吳永哲， 楊 平, *， 張 婷

(1. 南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 210037； 2. 中交隧道工程局有限公司， 江蘇 南京 210007)

0 引言

近年來(lái)，人工凍結(jié)法廣泛應(yīng)用于地層加固和地鐵建設(shè)中。由于城市地鐵建設(shè)經(jīng)常受環(huán)境條件限制，且沿海地區(qū)地層條件相對(duì)較差，凍結(jié)法憑借其較強(qiáng)的適應(yīng)性、凍結(jié)后凍土帷幕強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在盾構(gòu)隧道始發(fā)接收和聯(lián)絡(luò)通道施工等[1-6]。尤其對(duì)長(zhǎng)距離聯(lián)絡(luò)通道施工和軟弱地層聯(lián)絡(luò)通道施工有無(wú)可替代的作用[7]。楊平等[8]成功將垂直凍結(jié)法應(yīng)用在南京地鐵。黃磊等[9]在南寧地鐵東濱區(qū)間成功使用凍結(jié)法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道施工，并進(jìn)行了凍結(jié)溫度等監(jiān)測(cè)。岳豐田等[10]結(jié)合上海隧道的施工，總結(jié)了聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工工藝和消除凍脹融沉措施。除常規(guī)聯(lián)絡(luò)通道外，因繞過(guò)地面建筑物、預(yù)留管片等各種因素導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)通道過(guò)長(zhǎng)或超埋深，甚至?xí)霈F(xiàn)異形聯(lián)絡(luò)通道[11-12]。為應(yīng)對(duì)聯(lián)絡(luò)通道過(guò)長(zhǎng)或埋深過(guò)大問(wèn)題，常采用雙向打孔的方法，以提高凍結(jié)效果，提升安全性[13]。在特殊地層或沒(méi)有工程經(jīng)驗(yàn)的特殊聯(lián)絡(luò)通道建設(shè)中，往往會(huì)先采用數(shù)值模擬對(duì)參數(shù)可行性做出預(yù)測(cè)[14-15]。

雖然各種情況下的聯(lián)絡(luò)通道施工已有較豐富案例與研究[16-18]，但對(duì)60 m級(jí)超長(zhǎng)距離聯(lián)絡(luò)通道，尤其是超過(guò)60 m聯(lián)絡(luò)通道的施工技術(shù)尚需突破。以往國(guó)內(nèi)采用凍結(jié)法施工的最有代表性的超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道為南昌地鐵1號(hào)線(xiàn)某區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道，長(zhǎng)35 m。隨著城市發(fā)展，特定環(huán)境下形成的聯(lián)絡(luò)通道日趨增多，不斷涌現(xiàn)出新的難題，尤其是長(zhǎng)距離水平凍結(jié)效果及大范圍凍結(jié)后期融沉控制。

福州地鐵2號(hào)線(xiàn)紫陽(yáng)站—五里亭站區(qū)間(簡(jiǎn)稱(chēng)紫五區(qū)間)聯(lián)絡(luò)通道的隧道中心距為66.04 m，在國(guó)內(nèi)尚屬首例。本文以紫五區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵站施工為背景，研究60 m級(jí)超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法設(shè)計(jì)施工技術(shù)。

1 工程概述

福州地鐵紫陽(yáng)站—五里亭站區(qū)間從紫陽(yáng)站出發(fā)后沿福馬路向東走行，區(qū)間隧道主要下穿五里亭立交橋樁基，最后接至五里亭站，線(xiàn)路縱斷面呈“V”字坡。2條盾構(gòu)隧道設(shè)置1座聯(lián)絡(luò)通道及2座集水井，聯(lián)絡(luò)通道位于立交橋附近，受立交橋樁基影響，區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵站線(xiàn)間距達(dá)66 m。聯(lián)絡(luò)通道上覆土層厚度約14.7 m，盾構(gòu)區(qū)間和聯(lián)絡(luò)通道處于二元地層結(jié)構(gòu)中，廣泛存在液化砂土和黏土，地層從上而下依次為〈2-4-5〉淤泥質(zhì)粉細(xì)砂(稍密—中密、局部松散、級(jí)配不良)、〈2-4-4〉淤泥夾砂(局部軟塑、飽和、高壓縮性)、〈3-1〉粉質(zhì)黏土(可塑—硬塑，中壓縮性土)。場(chǎng)地內(nèi)有弱承壓水且存在廣泛的液化砂層和軟土層。

2 60 m級(jí)聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

常規(guī)隧道聯(lián)絡(luò)通道線(xiàn)間距為12～15 m，采用的凍結(jié)方案大多為單側(cè)凍結(jié)打孔及單集水井形式。但由于地面條件限制，會(huì)出現(xiàn)超過(guò)60 m的超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道或異形聯(lián)絡(luò)通道，此時(shí)常規(guī)方法不能滿(mǎn)足凍結(jié)施工的安全性要求，而一味增加凍結(jié)管長(zhǎng)度則會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)管過(guò)長(zhǎng)，易發(fā)生偏斜導(dǎo)致施工困難或凍結(jié)帷幕不交圈，且單側(cè)布置凍結(jié)管還會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)帷幕過(guò)大，造價(jià)偏高，不夠經(jīng)濟(jì)。因此，本文依托福州地鐵超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道，對(duì)本工程凍結(jié)方案和聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，以?xún)?yōu)化聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)，增加安全性，減少造價(jià)。

2.1 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)方案

凍結(jié)法施工超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道一般方案為： 設(shè)置一條超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道，雙側(cè)打設(shè)凍結(jié)孔，并在中間設(shè)置一個(gè)集水井。該方案在30 m級(jí)的聯(lián)絡(luò)通道中被廣泛采用，通過(guò)在兩側(cè)隧道進(jìn)行雙側(cè)打孔，減少單個(gè)凍結(jié)管長(zhǎng)度，易于控制凍結(jié)管的偏斜，通過(guò)設(shè)置搭接區(qū)域的方式確保凍結(jié)帷幕薄弱處的強(qiáng)度。

但對(duì)于60 m級(jí)的聯(lián)絡(luò)通道，雙側(cè)打孔、中央設(shè)置集水井的方案會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)范圍過(guò)大，造價(jià)高，凍脹融沉更明顯。本工程綜合考慮地面條件限制、周邊環(huán)境、水文地質(zhì)等條件，同時(shí)考慮施工難度等因素，最終確定在盾構(gòu)隧道內(nèi)設(shè)置1條66 m的超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道，雙側(cè)打設(shè)凍結(jié)孔，并在聯(lián)絡(luò)通道兩端分別設(shè)置1個(gè)集水井。

由于該聯(lián)絡(luò)通道凈長(zhǎng)達(dá)66 m，勢(shì)必導(dǎo)致凍結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，還應(yīng)在聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行優(yōu)化，以減少凍結(jié)對(duì)管片的影響，減小凍脹融沉。

2.2 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于本工程聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)達(dá)66 m，中央設(shè)置集水井會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)范圍過(guò)大，所以選擇在靠近隧道的左右兩側(cè)分別設(shè)置2座集水井(見(jiàn)圖1)，分擔(dān)了集水作用。因設(shè)置在較為靠近隧道的位置，可在靠近隧道的一側(cè)進(jìn)行鈍角處理，方便密集凍結(jié)管鉆孔施工。由于集水井處凍結(jié)管較短，凍結(jié)后形成一個(gè)異形凍結(jié)帷幕，減小了中間部分凍結(jié)帷幕的范圍，極大削減了造價(jià)，增加了經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)保證了安全性。

為避免凍結(jié)法對(duì)超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道管片凍脹影響，將上拱頂高度減少200 mm，聯(lián)絡(luò)通道中間段優(yōu)化為凈高度1 510 mm，喇叭口優(yōu)化為1 220 mm，中間通道部分由圓弧反底拱改為平底板，從聯(lián)絡(luò)通道中心點(diǎn)至底板處為1 670 mm，比原方案減少1 330 mm，整體縮減了聯(lián)絡(luò)通道幾何尺寸。該方案除了利于凍結(jié)管布置，還可有效減小凍結(jié)帷幕體積，更有利于開(kāi)挖，縮短開(kāi)挖期和凍結(jié)工期；若凍結(jié)時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖困難，更改結(jié)構(gòu)尺寸可縮短開(kāi)挖時(shí)間和凍結(jié)工期，從而減小凍脹融沉的影響。

同時(shí)對(duì)中心管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，聯(lián)絡(luò)通道中心兩側(cè)由1環(huán)鋼管片增加至3環(huán)，可以顯著增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少凍結(jié)對(duì)隧道的影響。

(a) 剖面結(jié)構(gòu)

(b) 斷面結(jié)構(gòu)

3 凍結(jié)方案及參數(shù)

3.1 凍結(jié)方案設(shè)計(jì)原則

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法需適應(yīng)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)與水文條件，同時(shí)應(yīng)保證地表、建筑設(shè)施穩(wěn)定，凍結(jié)帷幕安全。凍結(jié)方案設(shè)計(jì)原則如下：

1)水平孔凍結(jié)帷幕強(qiáng)度需滿(mǎn)足聯(lián)絡(luò)通道施工安全、質(zhì)量要求，凍結(jié)帷幕范圍應(yīng)滿(mǎn)足待加固區(qū)域范圍要求。

2)聯(lián)絡(luò)通道施工設(shè)計(jì)工期約為180 d，應(yīng)在滿(mǎn)足工程要求工期的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化凍結(jié)參數(shù)等方法進(jìn)一步優(yōu)化施工方案。

3)為減小凍結(jié)壁體積，縮小聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁尺寸，設(shè)置雙集水井，保證凍結(jié)效果的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性。

4)聯(lián)絡(luò)通道位于立交樁基群中，施工方案應(yīng)充分考慮周邊立交橋樁基沉降變形(不超過(guò)10 mm)。

5)凍結(jié)期間應(yīng)嚴(yán)格控制管片變形。既有隧道拱頂沉降控制值為5 mm，洞內(nèi)凈空收斂小于5 mm；聯(lián)絡(luò)通道拱頂沉降控制值為20 mm，洞內(nèi)凈空收斂小于10 mm。

6)減小凍脹與融沉的危害，采取自然解凍融沉注漿措施，控制聯(lián)絡(luò)通道和管片變形在允許范圍內(nèi)。

3.2 凍結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)

60 m級(jí)超長(zhǎng)距離聯(lián)絡(luò)通道在凍結(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)上需要考慮一定的安全系數(shù)，本工程凍結(jié)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

3.3 凍結(jié)系統(tǒng)

經(jīng)計(jì)算，本工程凍結(jié)所需冷量為39.633×104kcal/h。依據(jù)凍結(jié)方案設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在左、右線(xiàn)隧道靠近聯(lián)絡(luò)通道處分別設(shè)置機(jī)房，每個(gè)機(jī)房各自配備4臺(tái)冷凍機(jī)組、3IS200-150-315型單臺(tái)流量315 m3/h鹽水泵、2臺(tái)清水泵、4臺(tái)100 t冷卻塔，補(bǔ)充新鮮水30 m3/h，將冷卻系統(tǒng)安裝在紫陽(yáng)站端頭井。

凍結(jié)管為φ108 mm×10 mm鋼管，內(nèi)絲箍扣連接，測(cè)溫孔管淺、深孔直徑分別為φ45 mm、φ108 mm，供液管為φ48 mm×4 mm鋼管，通過(guò)焊接連接，鹽水干管和集配液管為φ219 mm×4.5 mm鋼管，清水干管為φ219 mm×5 mm鋼管。

表1 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4 凍結(jié)孔、測(cè)溫孔設(shè)計(jì)

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)保證凍土帷幕的完整性、施工安全性、經(jīng)濟(jì)性等，凍結(jié)孔按照水平、上仰、下俯3種形式布置，凍結(jié)孔平、剖面布置如圖2所示。從左、右線(xiàn)隧道分別布設(shè)83、82個(gè)凍結(jié)孔，且在薄弱位置設(shè)加強(qiáng)孔，共175個(gè)凍結(jié)孔，單側(cè)凍結(jié)孔最長(zhǎng)為38.4 m，凍結(jié)成孔間距為1.3 m，允許偏差250 mm。

由于凍結(jié)孔越長(zhǎng)終孔偏斜越大，易造成凍結(jié)帷幕不完整，發(fā)生涌砂冒水事故，通常在聯(lián)絡(luò)通道中間部位設(shè)置凍結(jié)孔搭接區(qū)域。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，20 m級(jí)聯(lián)絡(luò)通道往往采用1.5 m的搭接區(qū)域，而超過(guò)60 m的聯(lián)絡(luò)通道尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)參考，在考慮地質(zhì)條件和凍結(jié)管偏斜等因素后，最終確定6 m的搭接重疊長(zhǎng)度，以保證凍結(jié)帷幕整體的穩(wěn)定性和施工安全性。

測(cè)溫孔共布置22個(gè)，上下行線(xiàn)各11個(gè)，深度為2～33 m。主體結(jié)構(gòu)測(cè)溫孔C1、C2、C5和C6應(yīng)與凍結(jié)孔長(zhǎng)度相當(dāng)，達(dá)33 m，用于測(cè)量主體凍結(jié)帷幕溫度；而C3、C4、C7和C8主要測(cè)量開(kāi)挖洞門(mén)附近的溫度，用于判斷開(kāi)挖時(shí)機(jī)；C9、C10、C11主要是測(cè)量?jī)鼋Y(jié)帷幕在泵站處的溫度發(fā)展?fàn)顩r。溫度監(jiān)測(cè)采用電子自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)和人工復(fù)核測(cè)溫相結(jié)合的雙重監(jiān)測(cè)手段。

4 60 m級(jí)凍結(jié)施工重難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鉆孔技術(shù)與工藝

該聯(lián)絡(luò)通道為國(guó)內(nèi)首例60 m級(jí)聯(lián)絡(luò)通道，也是采用凍結(jié)法施工的最長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道，鉆孔難度極大。60 m級(jí)超長(zhǎng)距離聯(lián)絡(luò)隧道水平凍結(jié)施工的核心技術(shù)是鉆孔糾偏技術(shù)。采用雙向鉆孔布設(shè)凍結(jié)管，凍結(jié)孔的成孔精度是凍結(jié)施工能否成功的關(guān)鍵。一旦成孔精度不能保證，凍結(jié)管的相互搭接處可能出現(xiàn)“開(kāi)天窗”狀態(tài)，導(dǎo)致凍結(jié)效果不佳，甚至引發(fā)工程事故。因此，針對(duì)超長(zhǎng)凍結(jié)孔施工，對(duì)鉆頭、鉆具、鉆機(jī)設(shè)備的選型，鉆進(jìn)過(guò)程中的導(dǎo)向與糾偏及鉆孔工藝進(jìn)行技術(shù)革新與優(yōu)化。

(a) 凍結(jié)孔剖面布置

(b) 左線(xiàn)凍結(jié)孔平面布置

(c) 右線(xiàn)凍結(jié)孔平面布置

4.1.1 鉆孔工藝

1)由于單側(cè)鉆孔長(zhǎng)度超過(guò)30 m，這對(duì)鉆孔測(cè)斜儀器是很大考驗(yàn)。經(jīng)國(guó)內(nèi)測(cè)斜儀綜合比選，選定SE-1測(cè)斜儀。該測(cè)斜儀在鉆進(jìn)過(guò)程中能準(zhǔn)確定位鉆頭在地下的位置和方向，利用可隨意調(diào)整方向的鉆頭(特制鴨嘴楔型鉆頭)改變鉆頭的鉆進(jìn)方向，同時(shí)利用水眼和光信號(hào)進(jìn)行鉆頭位置復(fù)核。跟管鉆進(jìn)示意如圖3所示。

圖3 跟管鉆進(jìn)示意圖

長(zhǎng)距離鉆孔采用特制鉆桿，鉆桿全部加工成內(nèi)絲，確保連接處鋼管有效厚度不低于6 mm，鋼管與鋼管之間采用絲扣內(nèi)管箍連接，內(nèi)管箍厚度不小于2 mm，內(nèi)管箍?jī)深^做坡口處理(見(jiàn)圖4)。

圖4 內(nèi)絲扣連接及坡口處理

2)水平鉆進(jìn)中鉆頭前端會(huì)因重力而下沉，同時(shí)鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右旋力，造成成孔向右偏斜。因此，給定反方向的入孔水平方位角與仰(俯)角是補(bǔ)償鉆進(jìn)偏斜、實(shí)現(xiàn)糾偏的重要措施之一，其中：

鉆孔開(kāi)孔方位角=凍結(jié)管設(shè)計(jì)立位角度±鉆進(jìn)糾偏水平角；

鉆孔開(kāi)孔仰角=設(shè)計(jì)仰(俯)角±鉆進(jìn)糾偏垂直角。

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，施工中鉆進(jìn)糾偏水平角取0°～±0.4°，鉆進(jìn)糾偏垂直角拱部取0.1°～0.3°、底部取0°～0.1°。

除測(cè)斜儀和初始鉆孔給定入孔水平方位角與仰(俯)角外，在均勻土層中以保持快速鉆進(jìn)為宜，在軟硬不均地層中采取低壓慢轉(zhuǎn)、快速給進(jìn)的鉆進(jìn)方法。鉆進(jìn)應(yīng)隨鉆定向糾偏，糾偏利用斜板平推導(dǎo)向的原理，通過(guò)導(dǎo)向儀記錄偏斜角度，推斷偏斜方向，根據(jù)方向和角度給予反方向糾偏。

孔深至設(shè)計(jì)深度后，注漿壓力應(yīng)高于正常鉆進(jìn)時(shí)泵壓0.2～0.4 MPa，絕對(duì)泵壓不得超過(guò)2.5 MPa，瞬間泵壓不得超過(guò)2.8 MPa。終孔20 h后，在孔口補(bǔ)充注漿。通過(guò)成孔后注漿，達(dá)到填充注漿和壓密注漿的雙重效果，保證凍結(jié)孔成孔質(zhì)量。

4.1.2 長(zhǎng)距離鉆孔施工注意事項(xiàng)

鉆孔施工中，由于區(qū)間地下水豐富，地層條件差，鉆孔采用跟管鉆進(jìn)的方法，在控制地表沉降的同時(shí)，減少地層流出物數(shù)量。凍結(jié)施工時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注水土流失情況，并實(shí)時(shí)估算監(jiān)測(cè)土體流失量，若大于成孔體積，應(yīng)及時(shí)注漿控制地表沉降。凍結(jié)管采用2 cm寬的內(nèi)絲箍扣相連，輔以焊接，保證凍結(jié)管的同心度。在隨凍結(jié)管鉆進(jìn)糾偏的同時(shí)，應(yīng)通過(guò)經(jīng)緯儀繪制鉆孔偏斜圖并及時(shí)調(diào)整凍結(jié)孔偏斜。打設(shè)完畢后，對(duì)凍結(jié)管長(zhǎng)度進(jìn)行復(fù)測(cè)，保證凍結(jié)管入土長(zhǎng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求。凍結(jié)管安裝完畢后，使用保溫隔熱材料封堵凍結(jié)管和管片之間的孔隙以保證凍結(jié)效果。

4.2 凍脹融沉防治

4.2.1 凍脹防治措施

1)在凍土帷幕內(nèi)未凍土中設(shè)4個(gè)卸壓孔，用于卸壓消散作用在管片上的凍結(jié)附加力。卸壓孔采用φ89 mm×8 mm無(wú)縫鋼管，在凍脹引起地層壓縮時(shí)，從卸壓孔排除部分土體。積極凍結(jié)時(shí)，如果孔內(nèi)水壓增加，打開(kāi)孔口閥門(mén)卸壓。

2)為了減少凍脹，左右線(xiàn)的開(kāi)機(jī)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)10 d，且集水井處凍結(jié)管供液時(shí)間相應(yīng)推后，分區(qū)凍結(jié)也方便后面進(jìn)行分區(qū)開(kāi)挖。

3)當(dāng)凍土帷幕交圈后，若通過(guò)卸壓孔卸壓仍難以控制凍脹，則可打設(shè)部分取土孔進(jìn)行取土卸壓。

4.2.2 融沉防治措施

1)為消除地層融沉對(duì)聯(lián)絡(luò)通道產(chǎn)生的不良影響，在結(jié)構(gòu)襯砌上預(yù)留注漿管，在凍土帷幕自解凍的時(shí)候通過(guò)預(yù)埋注漿管進(jìn)行土體注漿。

2)注漿孔應(yīng)完整、合理涵蓋整個(gè)凍土帷幕范圍，聯(lián)絡(luò)通道及泵房結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋注漿孔的密度為1.5～2.5 m2/個(gè)，注漿孔布置如圖5所示。

圖5 注漿孔布置圖

3)停止凍結(jié)3～7 d后，進(jìn)行充填注漿，充填注漿分為1次進(jìn)行，注漿流量宜控制在15 L/min左右。

4)選擇自然解凍，跟蹤注漿控制融沉，單孔注漿流量為20 L/min，并通過(guò)預(yù)留注漿孔根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤注漿至沉降穩(wěn)定。

5)注漿開(kāi)始前，本工程根據(jù)凍結(jié)參數(shù)做了解凍溫度場(chǎng)數(shù)值模擬，獲得了解凍順序，用于指導(dǎo)調(diào)整注漿順序和注漿量。在管片中預(yù)埋注漿孔，結(jié)合維護(hù)凍結(jié)期間凍結(jié)壁發(fā)展?fàn)顩r，采取了初期跳點(diǎn)、由凍結(jié)壁薄至厚、自下而上、少量、多點(diǎn)、多次、均勻循序漸進(jìn)的方法進(jìn)行注漿，并根據(jù)隧道、地面、管線(xiàn)、建筑物的沉降和解凍溫度場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，適時(shí)調(diào)整注漿量和注漿時(shí)間間隔，確保沉降穩(wěn)定。

6)融沉注漿漿液體積量按不低于實(shí)際凍結(jié)帷幕體積的15%進(jìn)行估算，估算體積按配比換算出注漿所需水泥用量，合理安排注漿順序，融沉注漿60 d內(nèi)應(yīng)完成70%的預(yù)計(jì)注漿量。

7)停止注漿標(biāo)準(zhǔn)采取時(shí)間與沉降雙控指標(biāo)，跟蹤注漿時(shí)間不少于150 d。

4.3 開(kāi)挖構(gòu)筑技術(shù)

聯(lián)絡(luò)通道支護(hù)采用2次支護(hù)方式。第1次支護(hù)為初期支護(hù)，采用鋼支架加木背板，完成通道部分的開(kāi)挖后進(jìn)行1次噴射混凝土作業(yè)。第2次支護(hù)為永久支護(hù)，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。聯(lián)絡(luò)通道初期支護(hù)安裝效果如圖6所示。

圖6 聯(lián)絡(luò)通道初期支護(hù)安裝效果

聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖后，地層中原有的應(yīng)力平衡受到破壞，引起通道周?chē)貙又械膽?yīng)力重新分布，這種重新分布的應(yīng)力不僅使上部地層產(chǎn)生位移，而且會(huì)形成新的附加荷載作用在已加固好的凍土帷幕上，凍土帷幕及凍結(jié)管會(huì)產(chǎn)生蠕變。為控制這種變形的發(fā)展，凍土開(kāi)挖后要及時(shí)對(duì)凍結(jié)帷幕進(jìn)行支護(hù)，所以聯(lián)絡(luò)通道的臨時(shí)支護(hù)既作為維護(hù)地層穩(wěn)定、確保施工安全的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，又作為永久支護(hù)的一部分，是支護(hù)工藝最為關(guān)鍵的一步。

正常的聯(lián)絡(luò)通道經(jīng)過(guò)水平凍結(jié)后直接開(kāi)挖，但60 m級(jí)超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道則應(yīng)對(duì)凍結(jié)和開(kāi)挖進(jìn)行分區(qū)以保證聯(lián)絡(luò)通道施工安全性。先進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道主體部分凍結(jié)，后進(jìn)行集水井部分凍結(jié)。先通過(guò)試挖，然后分別開(kāi)挖兩側(cè)通道主體部分，將聯(lián)絡(luò)通道分為5部分，雙向開(kāi)挖(見(jiàn)圖2)，待聯(lián)絡(luò)通道主結(jié)構(gòu)支護(hù)完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行集水井開(kāi)挖。

具體方案為： 第1階段兩頭同時(shí)開(kāi)挖(見(jiàn)圖1)，完成第1道施工縫前的土方開(kāi)挖、噴射混凝土、防水、鋼筋及混凝土澆筑(在該過(guò)程中需要完成排水溝的開(kāi)挖及排水管的敷設(shè))，然后進(jìn)入第2階段開(kāi)挖； 第2階段開(kāi)始前，需將安全防護(hù)門(mén)移動(dòng)到結(jié)構(gòu)預(yù)埋的環(huán)形預(yù)埋槽鋼上，進(jìn)行防護(hù)門(mén)安裝，完成防護(hù)門(mén)安裝后，開(kāi)始第2階段的土方開(kāi)挖、噴射混凝土、防水、鋼筋及混凝土澆筑，然后轉(zhuǎn)入第3階段； 第3階段開(kāi)始前，需將安全防護(hù)門(mén)移動(dòng)到結(jié)構(gòu)預(yù)埋的環(huán)形槽鋼上，進(jìn)行防護(hù)門(mén)安裝，完成防護(hù)門(mén)安裝后，開(kāi)始第3階段的土方開(kāi)挖、噴射混凝土、防水、鋼筋及混凝土澆筑。至此完成通道部分開(kāi)挖及二次襯砌施工。分區(qū)開(kāi)挖的同時(shí)使用多段式防護(hù)門(mén)，確保已完成結(jié)構(gòu)成品處于安全狀態(tài)。第4階段進(jìn)行集水井開(kāi)挖，當(dāng)集水井內(nèi)凍結(jié)帷幕達(dá)到強(qiáng)度后，可進(jìn)行全斷面逐層開(kāi)挖。開(kāi)挖完成后進(jìn)行支護(hù)及噴漿施工，然后進(jìn)行防水及二次襯砌施工。多段式防護(hù)門(mén)和分段開(kāi)挖的方式不僅保證了開(kāi)挖安全性，還可減小造價(jià)。

5 實(shí)施效果

凍結(jié)孔在精準(zhǔn)測(cè)斜儀和一系列鉆孔工藝的支持下，打設(shè)狀況良好，各凍結(jié)孔位置均在最大允許偏差250 mm內(nèi)，鹽水降溫按預(yù)計(jì)降溫曲線(xiàn)進(jìn)行，積極凍結(jié)施工時(shí)間為60 d。右線(xiàn)J1測(cè)溫孔溫度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖7。凍結(jié)降溫可分為快速降溫、水相變、繼續(xù)降溫和維護(hù)凍結(jié)4個(gè)階段，測(cè)溫孔曲線(xiàn)表明，大約45 d后，各測(cè)溫孔下降至穩(wěn)定溫度，此時(shí)根據(jù)測(cè)溫孔溫度計(jì)算凍結(jié)帷幕達(dá)到了2 m凍結(jié)壁厚度，凍結(jié)壁與管片交界面平均溫度小于-5 ℃，在隧道交界處的測(cè)溫點(diǎn)溫度比其余測(cè)點(diǎn)低，搭接區(qū)域凍結(jié)狀況良好。此時(shí)，凍結(jié)壁已達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，具備開(kāi)挖條件，維護(hù)凍結(jié)期間凍結(jié)溫度穩(wěn)定，說(shuō)明對(duì)聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、凍結(jié)方案優(yōu)化效果良好。

凍結(jié)施工和開(kāi)挖構(gòu)筑期間隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過(guò)結(jié)構(gòu)、凍結(jié)參數(shù)等措施的優(yōu)化縮短了工期，聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖工期共240 d，其中開(kāi)挖施工90 d，注漿施工180 d。地表沉降測(cè)點(diǎn)布置如圖8所示。開(kāi)挖及注漿階段地表沉降曲線(xiàn)如圖9所示，圖中各點(diǎn)為地表沉降各斷面中沉降最大的測(cè)點(diǎn)。由圖可知，開(kāi)挖與注漿階段地表沉降均控制在12 mm內(nèi)，施工完成后融沉期間地表沉降和管線(xiàn)沉降穩(wěn)定，未發(fā)生大面積沉降。

圖7 右線(xiàn)J1測(cè)溫孔溫度變化曲線(xiàn)圖

圖8 地表沉降位移測(cè)點(diǎn)布置圖

圖9 開(kāi)挖及注漿階段地表沉降曲線(xiàn)圖

針對(duì)該聯(lián)絡(luò)通道特殊性，通過(guò)變更優(yōu)化施工方案減少了工程量，節(jié)約投資604萬(wàn)元。

6 結(jié)論與建議

1)60 m級(jí)聯(lián)絡(luò)通道施工通過(guò)設(shè)計(jì)采用雙集水井結(jié)構(gòu)、調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)等方法，合理選用凍結(jié)參數(shù)、合理設(shè)置凍結(jié)設(shè)備，可達(dá)到凍結(jié)設(shè)計(jì)要求、減少凍結(jié)帷幕體積、提高安全性和減少造價(jià)。

2)通過(guò)特定鉆機(jī)、跟管鉆進(jìn)、給定反方向補(bǔ)償角等鉆孔糾偏技術(shù)，采用內(nèi)絲坡口鉆桿、成孔后注漿等方式，保證凍結(jié)孔鉆孔成孔質(zhì)量。

3)通過(guò)控制鹽水降溫時(shí)間和卸壓控制凍脹，以及前期數(shù)值模擬優(yōu)化、指導(dǎo)注漿開(kāi)始時(shí)間和注漿順序，依據(jù)周邊地表沉降自下而上、少量、多點(diǎn)、多次、均勻地精細(xì)化跟蹤注漿，保證聯(lián)絡(luò)通道及既有隧道變形滿(mǎn)足要求，實(shí)現(xiàn)順利開(kāi)挖并保證施工質(zhì)量；采用雙向分步開(kāi)挖等方式保證了聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)順利開(kāi)挖，并縮短了開(kāi)挖工期。

4)針對(duì)60 m級(jí)超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道，當(dāng)?shù)乇砭哂忻舾行越Y(jié)構(gòu)，變形控制要求更為嚴(yán)格時(shí)，如何進(jìn)一步優(yōu)化凍結(jié)設(shè)計(jì)和控制凍脹融沉是值得進(jìn)一步研究的課題，如可用措施有： 先進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃嘞蹈牧?，在?lián)通道上部設(shè)置部分取土卸壓孔或后期注漿補(bǔ)償孔?？刂频乇碜冃卧陂L(zhǎng)距離水平凍結(jié)帷幕形成后的暗挖過(guò)程中，隨凍結(jié)體持續(xù)凍結(jié)，造成聯(lián)絡(luò)通道中間區(qū)間凍結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，強(qiáng)度提高，對(duì)開(kāi)挖進(jìn)度有一定的影響。可進(jìn)一步研究如何優(yōu)化搭接區(qū)域凍結(jié)工期和控制凍結(jié)時(shí)間，以解決開(kāi)挖困難的問(wèn)題。