北京地鐵17 號(hào)線工程區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工中凍結(jié)法的應(yīng)用

陳安

（北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100080）

1 工程概況

本項(xiàng)目建設(shè)的北京地鐵十八里店站至十里河站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道共分兩條，其中1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道樁號(hào)為K15+361.177，2 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道兼1 號(hào)廢水泵房樁號(hào)為K15+827.312。根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，該區(qū)間內(nèi)的兩條聯(lián)絡(luò)通道均按廢水泵房的結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)，為達(dá)到更好的地基穩(wěn)固效果，特決定利用凍結(jié)法加固，結(jié)合礦山法施工，并在隧道斷面結(jié)構(gòu)處選用臺(tái)階法開挖，遇廢水池則利用倒掛井壁的技術(shù)共同開展作業(yè)。

2 凍結(jié)法工藝介紹

作為地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工中的一項(xiàng)工藝，凍結(jié)法的應(yīng)用可增強(qiáng)地基的穩(wěn)固性，同時(shí)對(duì)滲出的地下水進(jìn)行隔絕，因此在實(shí)際操作中，技術(shù)人員需要按照項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)凍結(jié)方案和相關(guān)施工區(qū)域內(nèi)的地層參數(shù)做科學(xué)合理的規(guī)劃、制定及了解，便于該工序的順利開展，且在關(guān)鍵工序凍結(jié)孔的布置作業(yè)中，施工人員可參照以下數(shù)值對(duì)單孔展開設(shè)置：所用鹽水溫度控制在-25～-30 ℃；凍結(jié)單孔流量＞6 m3/h；凍結(jié)終孔間距Lmax≤1 m；凍結(jié)時(shí)間應(yīng)滿足45 d 以上。

除上述內(nèi)容外，施工前還需在地鐵隧道內(nèi)部提前設(shè)置防護(hù)門，以起到支撐和防護(hù)等作用，且防護(hù)門的使用狀態(tài)和密閉性要滿足施工區(qū)域內(nèi)的實(shí)際水土壓力，開啟時(shí)不影響隧道的開挖和砌筑施工，且可應(yīng)對(duì)涌水、涌砂的危險(xiǎn)情況，保障聯(lián)絡(luò)通道的正常施工。此外，施工中可對(duì)凍結(jié)工藝中的解凍、注漿以及單孔填充等方面隨時(shí)展開監(jiān)測工作，確保施工方案的可行性和持續(xù)性。區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道作為地鐵建設(shè)工程中的隧道連接專用通道，作用明顯且單一，其位置多數(shù)情況下處于地鐵隧道的中間位置或線路最低區(qū)域，與集水站和排水泵一并設(shè)立，兼具排水、防火和負(fù)集等多功能作用。

3 工程重難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道項(xiàng)目建設(shè)中，受施工地域條件及周邊環(huán)境等因素制約，在凍結(jié)工藝具體的操作中存在以下幾項(xiàng)施工難點(diǎn)。

1）地層及環(huán)境方面：聯(lián)絡(luò)通道施工區(qū)域內(nèi)地層含水量較高且地面空隙大，這會(huì)造成凍結(jié)穿孔中出現(xiàn)砂水突涌現(xiàn)象，加之隧道內(nèi)部的泵房位置底層均存在大量粉砂，頗具施工風(fēng)險(xiǎn)?；诖耍趦鼋Y(jié)鉆孔設(shè)置過程中，施工人員要確保機(jī)械設(shè)備使用的穩(wěn)定性及安全性，并在開孔結(jié)束后立即展開注漿作業(yè)以增強(qiáng)地基的穩(wěn)固性，由此降低前期存在的施工風(fēng)險(xiǎn)。作為結(jié)構(gòu)性施工的一種，此次地鐵區(qū)間工程中的聯(lián)絡(luò)通道施工現(xiàn)場空間狹隘且環(huán)境一般，這會(huì)直接導(dǎo)致泵房頂部混凝土的搗實(shí)作業(yè)不合格，進(jìn)而影響該部位的結(jié)構(gòu)抗?jié)B質(zhì)量。

2）設(shè)立支撐架及泄壓孔：由于聯(lián)絡(luò)通道在隧道內(nèi)展開作業(yè)，因此相關(guān)支撐和泄壓等方面需要施工人員具體布置。首先是支撐榀的設(shè)立，在1 號(hào)及2 號(hào)的聯(lián)絡(luò)通道左右兩邊各設(shè)置2榀架用以隧道支撐，同時(shí)預(yù)防凍脹壓力對(duì)所有管片造成破壞；其次在相同位置設(shè)置泄壓孔2 個(gè)，預(yù)防凍脹力對(duì)管片造成損壞的同時(shí)，在凍脹力達(dá)到最大峰值時(shí)通過泄壓閥釋放壓力，起到保護(hù)施工現(xiàn)場的終極效果。

3）工序掌控：受上述兩條因素的直接影響，在凍結(jié)法具體操作中，施工人員須掌握鉆孔、開挖以及凍脹融層對(duì)地層造成各項(xiàng)影響，并了解隧道變形情況，展開監(jiān)測工作的同時(shí)隨時(shí)觀察注漿的實(shí)際情況，避免施工鉆孔作業(yè)對(duì)周圍地面及地下管線造成不良影響。

4 工藝分析

4.1 凍結(jié)壁方案設(shè)計(jì)

在整個(gè)凍結(jié)法的操作工序中，凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)工作既是前提也是基礎(chǔ)。故在設(shè)計(jì)之初，相關(guān)工作人員可根據(jù)實(shí)地考察后的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，即：（1）凍土強(qiáng)度指標(biāo)：單軸抗壓強(qiáng)度＞3.8 MPa，抗折強(qiáng)度＞2.0 MPa，抗剪強(qiáng)度＞1.8 MPa；（2）凍土平均溫度＜-10 ℃；（3）凍結(jié)壁厚度：1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道為2.2 m，2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道為2.4 m；（4）凍結(jié)壁溫度：與隧道管片交界處的溫度＜-5 ℃，其他部位平均溫度在10 ℃以下即可。

4.2 泄壓孔及測溫孔的布置

1）泄壓孔布置：由于聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)涵蓋多個(gè)泵房，為提升泄壓效果，施工人員需在兩座聯(lián)絡(luò)通道的凍結(jié)帷幕封閉地段，以左右對(duì)稱的方式安裝4 個(gè)卸壓孔并做好標(biāo)記，所用的卸壓管尺寸最好為φ42 mm×2 mm 的無縫鋼管，管長控制在2.0～4.0 m，并在管的最前端設(shè)立1 個(gè)開口，以梅花的形狀布置，以實(shí)現(xiàn)凍結(jié)帷幕內(nèi)壓力傳遞的效果。

2）測溫孔布置：在2 號(hào)和3 號(hào)的聯(lián)絡(luò)通道及泵房處設(shè)立8個(gè)測溫孔，具體按冷凍站一側(cè)2 個(gè)、對(duì)側(cè)6 個(gè)的方式逐一設(shè)立，以達(dá)到監(jiān)測溫度的最佳效果。

4.3 具體操作流程

4.3.1 凍結(jié)孔開孔作業(yè)

1）施工順序：透孔→調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)→確定孔位→由上向下依次展開，如此可避免下層凍結(jié)孔施工對(duì)上面地層的繞動(dòng)，避免鉆孔施工時(shí)產(chǎn)生安全事故。

2）孔位定位，設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn)→孔位放線，此操作過程中，首先核實(shí)管片的配筋圖和加強(qiáng)筋所處位置是否避開管片主筋、管縫、螺栓及管片肋板，可實(shí)現(xiàn)＜100 mm 的隨時(shí)調(diào)整。

3）開孔及孔口密封裝置，首先，觀察混凝土管片內(nèi)的受力鋼筋干涉情況，及時(shí)合理調(diào)整孔位；開孔工具選用型號(hào)為J-200 的金剛石鉆機(jī)，結(jié)合型號(hào)為φ133 mm 的金剛石取芯，且鉆頭依照最初設(shè)計(jì)的角度實(shí)現(xiàn)開孔作業(yè)[1]，孔位深度滿足30 cm 時(shí)即可停止鉆進(jìn)，最后用鋼楔楔斷所鉆巖心并取出，將其安裝于孔口管為φ133 mm×5 mm 的管口處；其次，是對(duì)管片的操作，施工人員提前將管片焊好，并在孔口管上接好球閥，隨后用鉆機(jī)接上金剛石鉆頭，以此從球閥內(nèi)切割管片鉆進(jìn)。

4.3.2 機(jī)械設(shè)備的選擇與使用

1）凍結(jié)管鉆進(jìn)與凍結(jié)器安裝：鉆孔設(shè)備型號(hào)為MD-80A鉆機(jī)，數(shù)量為1 臺(tái)；泥漿泵選擇BW200 型，鉆桿尺寸為φ90 mm×8 mm，同時(shí)將凍結(jié)的管與管之間利用套管絲扣進(jìn)行連接，接頭處用螺紋緊固并焊接，保證凍結(jié)管的同心度和焊接強(qiáng)度；其次按凍結(jié)孔的初始設(shè)計(jì)方位要求，將鉆機(jī)的導(dǎo)軌固定并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整鉆進(jìn)方向，隨之壓緊孔口的密封裝置，同時(shí)打開孔口閥門以此實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)作業(yè)，且為保證鉆進(jìn)的精準(zhǔn)度，在鉆進(jìn)前2 m 方位以人工方式對(duì)凍結(jié)管方向反復(fù)觀察，避免鉆進(jìn)過程中孔位發(fā)生傾斜等情況，待凍結(jié)管作業(yè)安裝結(jié)束后，利用經(jīng)緯儀對(duì)其展開測斜工作，最后打壓試漏。

2）制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝：根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，技術(shù)人員在聯(lián)絡(luò)通道的每個(gè)凍結(jié)站選用了電機(jī)功率為136 k W 的兩臺(tái)冷凍機(jī)作為調(diào)換使用，并將鹽水的溫度控制在-28 ℃以下，機(jī)組的最大制冷量控制在149 kW；設(shè)置電機(jī)功率為45 kW 的鹽水循環(huán)泵2 臺(tái)，將循環(huán)泵的單臺(tái)流量控制在200 m3/h，揚(yáng)程設(shè)定為60 m；另外，設(shè)置了兩臺(tái)最后使用到的清水循環(huán)泵，且單臺(tái)流量250 m3/h，揚(yáng)程在30 m。

4.3.3 凍結(jié)站安裝

設(shè)備進(jìn)入場地后就位→操平找正→與地面固定→清洗設(shè)備零件及附屬管道→檢查零部件表面受損情況→組裝。其次是管道系統(tǒng)的安裝，首先從閥門入手，選擇前以設(shè)計(jì)文件和具體使用工況做前提，成排安裝閥門時(shí)閥門的手輪中心要保持在同一條線上，最后安裝制冷系統(tǒng)管道，在這之前將管內(nèi)的氧化皮、污雜物和銹蝕清理干凈，保持管道內(nèi)壁的金屬性和密封性。

4.3.4 管路連接及保溫安裝

1）管路連接中所用到的清水管路和鹽水干管以焊接的方式進(jìn)行處理，并結(jié)合法蘭予以相互連接，最后在隧道的管片或施工操作平臺(tái)上設(shè)立專業(yè)的管架，并且將鹽水管路的安裝遠(yuǎn)離地面，防止浸水和高低起伏現(xiàn)象，凍結(jié)孔以每2～3 個(gè)為串聯(lián)組織并設(shè)有一定的間隔，便于區(qū)分。

2）保溫方面采取PEF 材質(zhì)的保溫板，且保證鹽水箱和鹽水干管外有0.5 cm 厚的保溫板覆蓋，其次是聯(lián)絡(luò)通道和泵房兩側(cè)管片的保溫工作，由于混凝土和管片對(duì)土層散熱要求較高，因此加強(qiáng)凍結(jié)帷幕與管片的膠結(jié)狀態(tài)，避免冷量的損失。

4.3.5 維護(hù)和停止凍結(jié)作業(yè)

凍結(jié)法操作過程中涉及維護(hù)和終止的工序。在維護(hù)期間，凍結(jié)所用的鹽水溫度要在-28 ℃以下，整個(gè)維護(hù)過程中與積極凍結(jié)時(shí)操作流程相同，對(duì)其展開監(jiān)測工作，以起到凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常的效果，并對(duì)凍結(jié)壁的溫度變化隨時(shí)展開分析和調(diào)整，發(fā)現(xiàn)凍結(jié)壁溫度出現(xiàn)較高或變形現(xiàn)象，立即使用串接管道泵的方式對(duì)凍結(jié)孔流量進(jìn)行控制，確保其在合格范圍值內(nèi)；同樣，停止凍結(jié)在完成混凝土澆筑作業(yè)時(shí)展開，首先割除凍結(jié)管，其次對(duì)管展開充填及防滲處理，即填充和注漿，在凍結(jié)施工后，隧道管片上割除孔口管深度要求進(jìn)入管片＜80 mm以下。

4.4 凍結(jié)施工質(zhì)量控制分析

在此次地鐵隧道區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工作業(yè)中，受施工環(huán)境和地質(zhì)條件因素的制約，施工人員使用凍結(jié)法鉆孔開始前，首先，對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地層鉆進(jìn)參數(shù)變化做了試驗(yàn)及分析，并結(jié)合此處的地質(zhì)、水文實(shí)際情況給出了專業(yè)的控制措施，避免后續(xù)施工的不安全。其次，為確保施工質(zhì)量，配備了高精密度的專業(yè)設(shè)備，對(duì)施工中出現(xiàn)的偏孔、鹽水制冷和監(jiān)測系統(tǒng)展開控制，依次提升工程的質(zhì)量，且在整個(gè)凍結(jié)孔的鉆進(jìn)過程中重視對(duì)孔位的監(jiān)測[2]，對(duì)已完成的凍結(jié)孔按每35 m 測斜一次的方法展開監(jiān)測，并及時(shí)處理和糾偏，由此掌握凍結(jié)器的運(yùn)行情況，確保整套凍結(jié)法工藝的順利完成。

5 結(jié)語

通過此次工程實(shí)踐，將凍結(jié)法工藝應(yīng)用到地鐵隧道區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的施工項(xiàng)目中，既能提升工程的自身安全性，也能節(jié)省作業(yè)時(shí)間，加之此工法操作簡單，能大大提高工程的經(jīng)濟(jì)效益，在地鐵建設(shè)工程項(xiàng)目中應(yīng)用甚為廣泛，值得推廣。