風(fēng)化砂礫地層地鐵凍結(jié)施工引起的沉降分析與加固控制技術(shù)

莫云波

（浙江省建投交通基礎(chǔ)建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000）

穿越全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖地層是杭州市地鐵盾構(gòu)施工經(jīng)常碰到的一類典型地質(zhì)，在全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖地層以下，還往往蘊(yùn)藏著孔隙潛水和基巖裂隙水等。在區(qū)間凍結(jié)加固施工中，打設(shè)的凍結(jié)孔將穿越全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，鉆孔時(shí)鉆進(jìn)難度大、涌水事故概率高，風(fēng)險(xiǎn)較大，是地鐵凍結(jié)施工的棘手的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者就穿越全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖層凍結(jié)技術(shù)開展了大量的工作，如王書磊等研究了復(fù)雜工況下超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法設(shè)計(jì)與施工；尚忠升學(xué)者研究了聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工對(duì)盾構(gòu)隧道影響研究；姚燕明等對(duì)寧波軌道交通4 號(hào)線盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道多種工法實(shí)踐進(jìn)行了研究。任輝等對(duì)超淺埋暗挖隧道管幕凍結(jié)法積極凍結(jié)方案試驗(yàn)進(jìn)行了研究。Kang Yongshui等研究了軟土地基海濱城市隧道凍封聯(lián)合新管頂施工方法。目前缺乏針對(duì)杭州風(fēng)化砂礫地層凍結(jié)施工引起的沉降分析與加固控制技術(shù)方面的研究。

因此，本文以杭州地鐵某號(hào)線某區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道為背景，對(duì)穿越全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，凍結(jié)施工過(guò)程引起的地表沉降進(jìn)行分析，提出杭州穿越全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖凍結(jié)加固控制技術(shù)，對(duì)杭州同類項(xiàng)目的建設(shè)具有一定的借鑒意義。

1 工程概況

圖1 聯(lián)絡(luò)通道周邊位置圖

2 砂礫巖凍結(jié)加固控制技術(shù)

凍結(jié)法設(shè)計(jì)，采用“隧道內(nèi)鉆取孔眼，凍結(jié)土體臨時(shí)加強(qiáng)穩(wěn)固土體，再用礦山法暗挖施工”的技術(shù)施工方案。

2.1 凍結(jié)壁設(shè)計(jì)

（1）凍土強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)可以選用：?jiǎn)屋S抗壓設(shè)計(jì)大于等于3.6MPa，彎折抗拉大于等于2.0MPa，抗剪大于等于1.5MPa（-10℃）。

2.2 凍結(jié)孔布置

依照凍結(jié)法的設(shè)計(jì)和聯(lián)絡(luò)通道的主體結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)通道的凍結(jié)孔洞按角度可分為三種，分別是上仰、水平、下俯，分別布設(shè)在聯(lián)絡(luò)通道和泵站的附近四周。聯(lián)絡(luò)通道及泵站一共布設(shè)了76 個(gè)凍結(jié)孔數(shù)，單側(cè)布置凍結(jié)站，其中凍結(jié)站側(cè)52 個(gè)、凍結(jié)站對(duì)側(cè)20 個(gè)，4 個(gè)透孔。見圖2～圖4。

圖2 位于聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)凍結(jié)孔布設(shè)立面透視圖

圖3 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)站側(cè)凍結(jié)孔布置平面圖（A-A）

圖4 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)站對(duì)側(cè)凍結(jié)孔平面布置圖(B-B)

2.3 測(cè)溫孔、泄壓孔及冷排管布設(shè)

可根據(jù)掌握的資料，依照凍結(jié)溫度場(chǎng)的變化情況，在聯(lián)絡(luò)通道和泵站的隧道里部一共設(shè)置12 個(gè)測(cè)溫孔，以準(zhǔn)確掌握凍結(jié)溫度場(chǎng)的變化。用來(lái)記錄凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)壁平均溫度、凍結(jié)壁與隧道管片接觸面溫度改變以及開挖區(qū)域附近地層土體的凍結(jié)狀態(tài)。依照現(xiàn)場(chǎng)凍結(jié)法設(shè)計(jì)及聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，聯(lián)絡(luò)通道與泵站側(cè)面，沿外通道凍結(jié)壁布置6 排凍結(jié)管，間距設(shè)置為400mm。凍結(jié)管采用45 根無(wú)縫鋼管，安裝在隧道管片附近。為了防止土層水土凍脹壓力的釋放，在與通道相接的隧道內(nèi)的沒有被凍結(jié)的部位，在聯(lián)絡(luò)通道和泵站放置4 個(gè)泄壓孔，以保證精確控制凍結(jié)壁是否能夠交圈。

2.4 凍結(jié)加固施工技術(shù)要求

（1）普通凍結(jié)孔的開孔位置，誤差應(yīng)不超過(guò)50 mm，特別構(gòu)造如鋼管片肋片等，鉆孔位置，誤差應(yīng)該不超過(guò)100 mm，孔距偏差不超過(guò)150 mm。最大允許的凍結(jié)孔偏斜為150 mm。

（2）冷凍孔的有效深度不低于設(shè)計(jì)的凍結(jié)孔的深度。凍結(jié)管不能再循環(huán)鹽水的管頭，管頭的長(zhǎng)度不能超過(guò)150mm。

（3）凍結(jié)管道安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行試壓，其測(cè)試壓力應(yīng)為凍結(jié)工作面鹽壓的2.0 倍，確保不得低于0.8 MPa。在測(cè)試壓力30 min 內(nèi)，壓力降低不大于0.05 MPa。

（4）在施工中，凍結(jié)孔內(nèi)的土壤流失不能超過(guò)凍結(jié)孔的體積，必須及時(shí)注漿，防止地層塌陷沉降。

（5）在凍結(jié)啟動(dòng)之前，在凍結(jié)墻附近的隧道管片內(nèi)側(cè)鋪設(shè)一層隔熱材料，并將其覆蓋到設(shè)計(jì)凍結(jié)壁的邊緣1 米處。

（6）設(shè)計(jì)積極凍結(jié)期設(shè)定為50 天，積極冷凍7天，鹽水溫度下降到-18℃及以下；冷凍15 天，鹽水溫度下降到-24℃以下，施工過(guò)程中鹽水溫度下降到-28℃，去、回路鹽水溫差不超過(guò)2℃。

（7）主動(dòng)凍結(jié)時(shí)，凍結(jié)區(qū)周圍200 米范圍內(nèi)不能進(jìn)行降水，凍結(jié)區(qū)土層中也不能有集中水流。在開挖區(qū)域周邊凍結(jié)孔的布設(shè)圈，其上部?jī)鼋Y(jié)壁和隧道管片的交界處，平均溫度應(yīng)保持-5℃以下；在其他區(qū)域，平均溫度在-10℃以下。

3 凍結(jié)施工引起的地表沉降分析

聯(lián)絡(luò)通道段隧道地面沉降的變化情況見圖5。從圖5可以看出，在平均水平上，隧道地面沉降的平均值為-0.30mm，平均沉降得到了很好的控制，但是累計(jì)地表沉降為-13.9mm，最大隆起值為-2.3mm。聯(lián)絡(luò)通道區(qū)間的地面沉降率見圖6。從圖6可以看出，在平均-0.10mm 的情況下，地面平均沉降率得到了很好的控制，但累積的地面沉降率只有-4.60mm。在點(diǎn)號(hào)DBC3-8 累計(jì)最大變化量為-15.00mm，隧道收斂在點(diǎn)號(hào)GGJSR10 最大變化量為-2.3mm，在點(diǎn)號(hào)GGJSL1 累計(jì)最大變化量為-2.5mm。隧道沉降在點(diǎn)號(hào)LGGC10 最大變化量為-1.4mm，在點(diǎn)號(hào)RGGC9 累計(jì)最大變化量為-2.4mm。

圖5 地表沉降變化量

圖6 地表變化速率

4 結(jié)論

（1）聯(lián)絡(luò)通道穿越全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖凍結(jié)加固技術(shù)施工中，地表沉降變化量平均值為-0.30mm，累計(jì)地表沉降為-13.9mm，最大隆起值為-2.3mm；聯(lián)絡(luò)通道區(qū)間隧道地表沉降變化速率平均值為-0.10mm，累計(jì)地表沉降速率為-4.60mm。

（2）砂礫巖體凍結(jié)加固技術(shù)主要有凍結(jié)壁設(shè)計(jì)、凍結(jié)孔布置、溫度測(cè)溫孔、泄壓孔、冷排管布置等。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)凍結(jié)孔數(shù)共計(jì)76 個(gè)，其中凍結(jié)站側(cè)52 個(gè)、凍結(jié)站對(duì)側(cè)20 個(gè)、透孔4 個(gè)，凍結(jié)壁有效厚度設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)區(qū)分正常段和喇叭口位置凍結(jié)壁厚度的差異化設(shè)計(jì)，凍結(jié)壁與管片交界面平均溫度是一項(xiàng)重要的控制技術(shù)。

（3）常規(guī)凍結(jié)孔的開孔位置偏差不超過(guò)50 mm，凍結(jié)孔最大偏差150 mm，凍結(jié)管布置完成后的測(cè)試壓力不低于0.8 MPa，積極凍結(jié)15 天鹽水溫度下降到-24℃以下，開挖時(shí)鹽水溫度降至-28℃以下，去、回路鹽水溫差不能大于2℃。