某地鐵聯(lián)絡(luò)通道采用“冷凍法”施工方案優(yōu)化成本的比較與探討

0 引言

地鐵項(xiàng)目在施工過程中，除工程自身結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)外，外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的管理也是工程建設(shè)的重要內(nèi)容，由于西安歷史環(huán)境較為特殊，在建設(shè)規(guī)劃、可研、初步設(shè)計(jì)等項(xiàng)目前期階段建設(shè)外部環(huán)境是一個(gè)不得不謹(jǐn)慎考慮的問題，一旦發(fā)生問題將會(huì)造成非常嚴(yán)重的社會(huì)影響，因此這已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

目前，西安地區(qū)范圍內(nèi)城市地鐵施工工法及經(jīng)驗(yàn)豐富，區(qū)間主要采用盾構(gòu)法施工，其聯(lián)絡(luò)通道一般采用傳統(tǒng)淺埋暗挖法，但由于歷史文化古跡和征地拆遷等外部建設(shè)環(huán)境的影響導(dǎo)致對(duì)聯(lián)絡(luò)通道的原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

鑒于此，以在建某地鐵項(xiàng)目聯(lián)絡(luò)通道工程為背景，通過技術(shù)和費(fèi)用對(duì)比分析，由冷凍法替代傳統(tǒng)淺埋暗挖法可為后續(xù)類似工程提供技術(shù)可行性和費(fèi)用對(duì)比的支撐。

1 工程概況

項(xiàng)目2#聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房位于小鎮(zhèn)站~旺站盾構(gòu)區(qū)間K25+148.351處，采用淺埋暗挖法施工。該聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)6.8m，寬3.7m，高4.82m，廢水泵房處高7.065m。初支設(shè)計(jì)參數(shù)采用“超前小導(dǎo)管＋格柵鋼架＋鋼筋網(wǎng)片＋鎖腳錨管＋噴砼C25”，設(shè)計(jì)參數(shù)如圖1所示。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵設(shè)計(jì)參數(shù)圖

2 水文地質(zhì)概況

2#聯(lián)絡(luò)通道兼泵房中心里程為K25+148.500（聯(lián)絡(luò)通道底板埋深30.22m、廢水泵房底板埋深33.26m，洞身范圍地層主要為2-5-3中砂、3-4-2粉質(zhì)粘土，地下水位于聯(lián)絡(luò)通道拱頂以上10.7m。場(chǎng)地內(nèi)地層為：地表分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土、黃土狀土、粉質(zhì)黏土及砂土層，再下為上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、砂土層。含水層主要為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)砂土，地區(qū)潛水補(bǔ)給來源主要來大氣降水入滲、地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。本地區(qū)潛水的排泄方式主要為徑流排泄、人工開采、蒸發(fā)等，地下水年水位變幅2～3m。

3 技術(shù)方案對(duì)比分析

3.1 原設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房，位于旺村下方，原設(shè)計(jì)采用淺埋暗挖法施工；地下水位處于拱頂以上10.7m，加固方式采用洞內(nèi)全斷面注漿法加固并輔以降水施工。

3.2 技術(shù)方案更改原因

由于旺村有歷史遺留古跡無法按期遷移，導(dǎo)致此處聯(lián)絡(luò)通道降水井無法按原設(shè)計(jì)施做，嚴(yán)重制約施工工期。

3.3 現(xiàn)條件下原技術(shù)方案的劣勢(shì)分析

如采用原設(shè)計(jì)洞內(nèi)全斷面注漿法加固并輔以降水施工的方案，在無降水工況下，一是無法創(chuàng)建無水作業(yè)環(huán)境；二是加固效果難以保障，可能產(chǎn)生漏水、漏沙；三是地面歷史古跡對(duì)沉降量要求較高，有破壞建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)；四是在洞內(nèi)有水條件下施工，有效工期無法保障。

3.4 “冷凍法”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

該聯(lián)絡(luò)通道地層設(shè)計(jì)開挖后有效凍土厚度大于2.6m，符合“冷凍法”地層厚度要求，通過利用水文地質(zhì)檢測(cè)手段分析，相關(guān)水體流速等參數(shù)均適合冷凍法施工。其優(yōu)點(diǎn)為：①冷凍法能夠創(chuàng)造在無水條件施工，確保洞內(nèi)安全可控。②加工效果明顯，利用凍結(jié)溫度傳感器可檢測(cè)可觀測(cè)，冷凍技術(shù)成熟穩(wěn)定。③冷凍法施做只從洞內(nèi)著手，影響范圍小，對(duì)地面無顯著影響，符合現(xiàn)階段保護(hù)要求。④冷凍法施工凍結(jié)時(shí)間有明確的規(guī)范要求，施工工期可控。

凍結(jié)范圍如圖2所示。

圖2 冷凍法凍結(jié)范圍圖

采用全斷面注漿加固輔以降水措施施工比冷凍法施工，由于降水井抽取地下水降水，地下水位較高，要達(dá)到降水效果，勢(shì)必采取大功率，多布置降水井措施降水，可能造成地面沉降，甚至塌陷。如降水效果不好，在聯(lián)絡(luò)通道開挖過程中，也可能造成涌水、涌泥的事故，而采用冷凍法施工，將通道周圍土體冷凍成一個(gè)硬殼，起到隔水，且保護(hù)左右，開挖風(fēng)險(xiǎn)大大降低，由此看出，采用冷凍法施工風(fēng)險(xiǎn)低，整體可控。

4 工期對(duì)比

變更前根據(jù)下發(fā)的節(jié)點(diǎn)倒排工期8月25日開始地面降水井施工，該聯(lián)絡(luò)通道區(qū)間盾構(gòu)8月14日已貫通，由于地面民房未拆，導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)通道施工目前已滯后43天，已無法按照節(jié)點(diǎn)工期完成。

變更后冷凍法施工10月15日開始施工，歷時(shí)132天完成聯(lián)絡(luò)通道施工，2022年2月23日完成，能夠滿足全線軌道鋪設(shè)完成節(jié)點(diǎn)。

冷凍法施工聯(lián)絡(luò)通道132天完成，按照原設(shè)計(jì)方案施工聯(lián)絡(luò)通道127天完成，工期僅增加5天，但冷凍法施工工期較為穩(wěn)定，工期可控，洞內(nèi)深孔注漿施工，施工風(fēng)險(xiǎn)不可預(yù)見性強(qiáng)，工期不可控。

4.1 變更前工期計(jì)劃

全斷面注漿加固輔以降水措施：降水井打設(shè)15天，開挖前60天開始降水施工，注漿加固需要12天，開挖及初支施工需要20天，二襯防水及二襯施工需要20天，工期總計(jì)127天。具體見表1。

表1 全斷面注漿加固法區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工工期計(jì)劃

4.2 變更后工期計(jì)劃

冷凍法施工：?jiǎn)尉€鉆孔25天，同時(shí)安裝冷凍站，鉆孔完調(diào)試?yán)鋬稣?天，積極冷凍天數(shù)一般45天，開挖帶泵房45天；冷凍站退場(chǎng)和封孔10天，融沉注漿看地層和沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工期共計(jì)132天。具體見表2。

表2 冷凍法施工區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工工期計(jì)劃

由工期計(jì)劃對(duì)比可以看出，在風(fēng)險(xiǎn)可控的條件下，采用全斷面注漿加固輔以降水措施施工比冷凍法施工提前5天，工期時(shí)間基本持平。

5 變更工程量、預(yù)估投資費(fèi)用增減

①原設(shè)計(jì)采用井點(diǎn)降水合同費(fèi)用41.5萬元，全斷面注漿加固合同費(fèi)用153萬元，超前支護(hù)及注漿費(fèi)用3萬元，取費(fèi)取稅后合計(jì)費(fèi)用216萬元，詳見表3。

表3 區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道井點(diǎn)降水注漿加固合同費(fèi)用計(jì)算表

②采用冷凍法加固變更設(shè)計(jì)，采用浙江省城市軌道交通預(yù)算定額（2018版），城市軌道交通凍結(jié)法設(shè)計(jì)施工技術(shù)規(guī)程（城市軌道交通凍結(jié)法設(shè)計(jì)施工技術(shù)規(guī)程）及施工圖中采用的相關(guān)施工規(guī)范及規(guī)定，并根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道采用冷凍法施工具體變更設(shè)計(jì)圖紙，按照凍結(jié)平臺(tái)制作、安裝與拆除；冷凍固結(jié)土體；融沉注漿鉆孔；融沉注漿凍結(jié)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝、監(jiān)控與拆除等分部分項(xiàng)預(yù)算，取費(fèi)取稅后費(fèi)用合計(jì)196萬元，詳見表4。

表4 聯(lián)絡(luò)通道采用冷凍法固結(jié)費(fèi)用計(jì)算表

③相比全斷面注漿加固施工冷凍法施工工程費(fèi)用較原合同減少費(fèi)用約20萬。

由此看出，采用全斷面注漿加固輔以降水措施施工比冷凍法施工經(jīng)濟(jì)上更具有優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語

綜上所述，通過施工工藝對(duì)比、施工風(fēng)險(xiǎn)分析、工期對(duì)比、經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，在富水地段的砂層條件下采用“全斷面注漿法加固”并輔以降水施工聯(lián)絡(luò)通道，不如“冷凍法”施工具有優(yōu)勢(shì)。冷凍法施工工藝成熟且較簡(jiǎn)單、風(fēng)險(xiǎn)可控、工期可控，具有經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時(shí)采用凍結(jié)法對(duì)環(huán)境不造成影響，是一種“綠色”工法，對(duì)于這類地層具有不可替代的效果，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。