軌道交通聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工凍結(jié)管開孔風(fēng)險分析及建議

薛宏平（上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司， 上海 200032）

0 引 言

軌道交通聯(lián)絡(luò)通道普遍使用凍結(jié)法施工，即：在隧道內(nèi)利用水平孔和部分傾斜孔凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道及泵房外圍土體凍結(jié)，形成強度高，封閉性好的凍結(jié)帷幕。在凍土中采用礦山法進行旁通道及泵房的開挖修筑施工，地層凍結(jié)和開挖修筑施工均在區(qū)間隧道內(nèi)進行。聯(lián)絡(luò)通道的開口施工被《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于加強城市軌道交通工程關(guān)鍵節(jié)點風(fēng)險管控的通知》（建辦質(zhì)［2017］68號）列入了關(guān)鍵節(jié)點驗收，參建單位尤為重視，但凍結(jié)之前的凍結(jié)管開孔作業(yè)同樣均有較高風(fēng)險。由此作業(yè)引起的聯(lián)絡(luò)通道安全事故較多，例如2019年1月29日，某市軌道交通的一條站際聯(lián)絡(luò)通道在冷凍法加固工程施工中發(fā)生涌水涌砂事件，造成較大社會影響。

1 凍結(jié)管施工作業(yè)風(fēng)險分析

（1）聯(lián)絡(luò)通道埋深處于承壓水層或透水性砂層，水壓較大，聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工前管片壁后預(yù)注漿不到位，隧道管片未有效地完成注漿層包裹，當(dāng)凍結(jié)管開孔擊鉆穿隔水層時，因為地層壓力，存在涌水突泥涌砂風(fēng)險。

（2）孔口管安裝時，混凝土管片缺少植筋、膨脹螺栓或錨固深度不夠，孔口管魚鱗扣沒有纏繞麻絲并擠緊，導(dǎo)致孔口管在鉆進作業(yè)過程中，受地層壓力松脫，造成涌水涌砂。另外，在鋼管片格倉中安裝孔口管，由于操作空間受限，孔口管底部不能做到滿焊或焊接質(zhì)量不高等原因，使孔口管和鋼管片之間存在涌水涌砂的隱患；一旦地層壓力將間隙拉開，孔口管密封會完全失效，進一步造成較大的安全事故。

（3）作業(yè)人員違章操作，未按凍結(jié)管的作業(yè)流程規(guī)范安裝球閥等關(guān)鍵措施，使得出現(xiàn)突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象時，不能在事故險兆的初期進行退桿和有效的關(guān)閉球閥等措施。在鉆進過程中，壓緊裝置的規(guī)格選用不當(dāng)，或盤根質(zhì)量不好，或鉆進過程中工人未隨著鉆進收緊盤根，造成鉆孔施工時涌水涌砂。

（4）凍結(jié)孔施工是一項風(fēng)險較高的作業(yè)。當(dāng)不具備管片鉆孔作業(yè)經(jīng)驗的工人實施鉆孔時，不能對風(fēng)險進行有效預(yù)判，不能正確處置作業(yè)過程中的各種情況。如Φ110 mm金剛石鉆頭從球閥內(nèi)開孔，一直將混凝土管片鉆穿，而有經(jīng)驗的工人則能夠根據(jù)經(jīng)驗保證混凝土鉆穿而管片壁后固結(jié)的注漿層不被擊穿或擾動。在鉆進過程中，遇到高壓力地層，DN125球閥后端的壓緊裝置涌水涌砂比較嚴重，而鉆機又無法強力頂進鉆桿的情況時，處理不當(dāng)容易出現(xiàn)風(fēng)險，或?qū)е掠绊戄^大的事故。因此，操作工人的技術(shù)水平和帶班人員的施工經(jīng)驗非常關(guān)鍵，這也是避免鉆孔引起事故的“軟件”。

（5）鉆進完成后，未對孔口管下方的小閘閥加注水泥漿，取下DN125球閥后，凍結(jié)管與孔口管間隙易被地層壓力沖開，造成涌水涌砂。

（6）管片隧道屬于柔性連接結(jié)構(gòu)，凍結(jié)孔的施工由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化，使得管片產(chǎn)生輕微的錯動，因此對管片結(jié)構(gòu)進行加固是有必要的，能夠在鉆孔過程中發(fā)生應(yīng)力變化時降低隧道結(jié)構(gòu)的損害或減輕變形。

2 建議措施

為了應(yīng)對凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道施工階段的風(fēng)險，行業(yè)主管部門及建設(shè)工程的各參建方制定了許多具體要求或管理措施。針對凍結(jié)帷幕形成后開口開挖前的條件，推出了關(guān)鍵節(jié)點驗收條件，但是與前置的凍結(jié)管作業(yè)風(fēng)險管控及措施制定的管控要求差異較大。結(jié)合凍結(jié)管施工的施工管理經(jīng)驗以及對作業(yè)過程風(fēng)險的識別和分析，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M行處置。

2.1 重視聯(lián)絡(luò)通道施工區(qū)域管片壁后注漿的工序

盾構(gòu)推進過程中，由于刀盤開挖直徑略大于成型管片隧道的外徑，因此應(yīng)在推進拼裝過程中，同步進行注漿，填充間隙。一般土壓平衡盾構(gòu)機盾尾會設(shè)置4組同步注漿管，通過注漿泵將注漿料注入管片外層間隙，但是由于注漿點位比較分散，一般不能均勻地包裹整個管片外層，存在固結(jié)的注漿層厚薄不均或缺失的風(fēng)險，也存在承壓水層流動性大，將注漿部分帶走的可能性。因此，存在二次注漿的工序，以便解決地層損失或管片間滲水的問題。二次注漿的工序也能減少管片打設(shè)凍結(jié)孔過程中的風(fēng)險。

在軌道交通聯(lián)絡(luò)通道鉆孔施工前，施工單位應(yīng)查閱管片隧道施工過程中管片拼裝同步注漿及二次注漿的相關(guān)記錄，一般建議在聯(lián)絡(luò)通道位置前后20環(huán)再次進行壁后注漿，注漿可采用間隔梅花型點位，聯(lián)絡(luò)通道施工的正線與對側(cè)副線均需二次注漿。注漿的目的是進一步補充并固結(jié)管片壁后注漿層，確保開孔時，使用Φ110 mm金剛石鉆頭磨穿管片在更換Φ89 mm的鉆桿（即凍結(jié)管）鉆進的間隙時間內(nèi)，壁后注漿層能抵御地層壓力，不被地層壓力擊穿導(dǎo)致涌水涌砂現(xiàn)象。同時，在鉆孔施工前，應(yīng)對施工期地面沉降監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，如沉降值較大，則應(yīng)對地層進行針對性的補償注漿。

2.2 孔口管安裝應(yīng)有針對性措施

（1）孔口管安裝在混凝土管片上：使用Φ133 mm金剛石取芯鉆頭按設(shè)計角度開孔，當(dāng)鉆進深度將至預(yù)留的50 mm管片保護層厚度時，停止鉆進，用鋼楔楔斷巖心，取出巖心后將預(yù)先加工好的孔口管安裝到開孔內(nèi)。

孔口管的加工質(zhì)量要把關(guān)，一般用Φ133 mm×5 mm無縫鋼管加工，嵌入管片的部分要加工管片開孔深度的魚鱗扣（300 mm厚的管片魚鱗扣加工長度一般為250 mm）。在孔口管的魚鱗扣上纏好麻絲或棉絲等密封物，將孔口管砸進去。

安裝到位的孔口管還應(yīng)用4根膨脹螺絲焊接牢固地固定在管片上，再裝上DN125球閥，未鉆進前球閥呈關(guān)閉狀態(tài)。

（2）孔口管安裝在鋼管片上：一般按設(shè)計角度將孔口管焊接在鋼管片格倉里，由于鋼管片格倉空間較小，焊接孔口管操作空間有限，不能完全做到管口與管片鋼板滿焊，會存在一定隱患。若管口與管片鋼板有涌水通路，則易急劇擴大，造成涌水涌砂事故，因此，格倉內(nèi)焊好孔口管后要填實混凝土。有個別專業(yè)分包作業(yè)時會存在僥幸心理未落實混凝土填倉等措施或填倉不密實，會給下一步凍結(jié)管鉆進工序中造成一定風(fēng)險。除孔口管所在的格倉應(yīng)用混凝土填滿鋼板封閉外，其相鄰的格倉也要充分重視，這主要是考慮到鋼管片格倉肋板與鋼管片鋼底板拼縫并非滿焊，曾經(jīng)發(fā)生過孔口管管口與鋼管片脫焊后，雖然其所在的格倉已經(jīng)填實混凝土，但由于格倉肋板與鋼板拼縫未能滿焊，水夾帶泥砂從相鄰的格倉中涌出的情況，隨著水壓的增大，孔口管開口處裂縫將會迅速發(fā)展。填充相鄰格倉是避免此類事故發(fā)生的妥當(dāng)措施。

2.3 前置鋼管片拼縫焊接工作，提高開孔部位的隧道整體性

管片隧道為柔性連接，根據(jù)凍結(jié)法施工的專項設(shè)計文件，一般應(yīng)在打開管片開挖前將鋼管片之間（欲拉開的管片除外）接縫采用滿焊的方式將每條拼裝縫一一焊接好。筆者建議，應(yīng)提前至鉆孔前就將聯(lián)絡(luò)通道部位6環(huán)鋼管片采用滿焊的方式焊好（欲拉開的管片除外），目的是提高隧道結(jié)構(gòu)的整體性。焊接前應(yīng)預(yù)先對拼裝縫進行除銹除垢處理，避免虛焊。焊接時，采取對稱方式焊接，以防止應(yīng)力集中，引起鋼管片和隧道的變形。

鋼管片拼縫滿焊后，在鉆孔過程中即使有局部的應(yīng)力變化，也能保證聯(lián)絡(luò)通道區(qū)域的圓度，或者即使鉆孔過程中帶入了管片外的泥水泥沙，在地層有一定損失的情況下，鋼管片也不至于發(fā)生比較明顯的錯動而導(dǎo)致環(huán)間高差。

2.4 備足孔口裝置，確保連續(xù)開孔作業(yè)

孔口管安裝上DN125球閥，注意加好Φ125 mm×3 mm橡膠密封墊片?？组_通后，沒有涌水涌砂可繼續(xù)鉆進，但鉆孔必須要裝孔口裝置，以防突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象，因此開鉆前要檢查專業(yè)分包是否有足夠的孔口裝置用于周轉(zhuǎn)施工。凍結(jié)管搭設(shè)的作業(yè)面應(yīng)配備8具～12具DN125球閥，這樣能夠保證周轉(zhuǎn)，班組可連續(xù)開孔作業(yè)。

在凍結(jié)管鉆進過程中，壓緊裝置盤根質(zhì)量良好，并隨著鉆進收緊盤根。

一般在凍結(jié)管施工結(jié)束并在孔口管下方小閘閥壓注水泥漿，注漿固結(jié)后方可拆除DN125球閥，一般固結(jié)8 h～16 h；若涌水涌砂較嚴重，還應(yīng)繼續(xù)注水泥漿（或雙液漿）止水。此工序是必要的，是DN125球閥拆除或后期聯(lián)絡(luò)通道施工完畢割除孔口管時，確保凍結(jié)管與孔口管間隙涌水涌砂的關(guān)鍵措施。

每孔凍結(jié)管完成之后要焊接5 mm厚的環(huán)形鋼板，以封堵孔口管與凍結(jié)管之間的縫隙，環(huán)形鋼板與凍結(jié)管、孔口管法蘭之間應(yīng)滿焊焊接，不能有水流出。

2.5 充分考量專業(yè)分包隊伍的組織能力、專業(yè)能力、技術(shù)裝備

軌道交通聯(lián)絡(luò)通道工程造價范圍一般為300萬～350萬，凍結(jié)法施工較為專業(yè)，普遍采用專業(yè)分包的模式。除了相關(guān)資質(zhì)、安全許可證外，應(yīng)具有同類凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道的施工業(yè)績，分包單位派駐的主要管理人員要應(yīng)實操經(jīng)驗。除此之外也不能忽視操作工人的技術(shù)水平。尤其應(yīng)對關(guān)鍵崗位的人員進行技術(shù)能力考核，鉆孔即為關(guān)鍵崗位，工人的經(jīng)驗和實際操作能力至關(guān)重要。

另外，鉆孔設(shè)備方面應(yīng)有明確要求，新舊程度、功率大小等方面都應(yīng)在進場時嚴格驗收。不應(yīng)使用老舊鉆機，設(shè)備應(yīng)有備品備件。當(dāng)遇到地層壓力大的承壓水層時，鉆進設(shè)備就變得尤為關(guān)鍵，推薦使用強力水平鉆機，減小供水量，加大鉆具推力，關(guān)鍵時候可強行頂入凍結(jié)管。

2.6 其他措施及應(yīng)急預(yù)案的建議

在隧道內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道施工現(xiàn)場，應(yīng)準備一定噸位的水泥，一旦發(fā)生險情，可采用人工方式對工作面進行封堵堆積，并用雙液漿或注聚氨酯來控制涌水涌砂。為保護隧道不會因涌水涌砂的原因?qū)е伦冃巍p害管片等情況，應(yīng)在隧道內(nèi)儲備規(guī)格為Φ100 mm×5.5 m的鋼管8根，如發(fā)生險情，應(yīng)對聯(lián)絡(luò)通道及附近的管片加強支撐，確保隧道安全。所有的應(yīng)急預(yù)案事先應(yīng)進行演練。鉆孔階段監(jiān)測工作同樣十分重要，聯(lián)絡(luò)通道所在地表的監(jiān)測頻率每12 h一次，出現(xiàn)單次沉降3 mm，應(yīng)考慮立即從地表注漿充填。

2.7 建議將凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道開孔工序納入關(guān)鍵節(jié)點組織條件驗收

聯(lián)絡(luò)通道施工是超出一定規(guī)模、危險性較大的分部分項工程。依照《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于加強城市軌道交通工程關(guān)鍵節(jié)點風(fēng)險管控的通知》（建辦質(zhì)［2017］68號）的要求，聯(lián)絡(luò)通道的開挖施工應(yīng)組織關(guān)鍵節(jié)點驗收，但由于凍結(jié)管的開孔準備工作容易被簡化或忽視，導(dǎo)致凍結(jié)管開孔存在一定風(fēng)險。應(yīng)針對專業(yè)分包進場前期準備，組織參建單位落實開孔條件的關(guān)鍵節(jié)點驗收，可以從開孔前的人員組織、材料機具配備、前置技術(shù)準備、方案措施交底及應(yīng)急預(yù)案演練等多各方面系統(tǒng)地進行梳理，確保凍結(jié)孔開孔條件滿足安全施工的要求。

3 結(jié) 語

在凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，凍結(jié)管鉆孔作業(yè)與打開鋼管片通道開挖作業(yè)一樣，均具有很大的施工風(fēng)險。建議對凍結(jié)管的開孔作業(yè)制定關(guān)鍵節(jié)點的條件驗收，分別對分包的專業(yè)施工能力、鉆孔前管片壁后注漿情況、孔口裝置可靠性、鉆孔工序控制措施、管片隧道結(jié)構(gòu)的整體性措施、監(jiān)測方案、鉆孔的應(yīng)急預(yù)案及物資準備等各項條件進行審查，確保凍結(jié)管鉆孔施工風(fēng)險可控。