劉小鵬

摘 要 本文在廣泛閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，理論結(jié)合工程實(shí)際，從凍結(jié)法的工法原理入手，對凍結(jié)法地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道施工關(guān)鍵工序的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了分析，并針對施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)管控及應(yīng)急處置進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞 凍結(jié)法;聯(lián)絡(luò)通道;風(fēng)險(xiǎn);應(yīng)急措施

1工法原理

1.1 凍結(jié)法工法原理

凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水結(jié)冰，把天然巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地下工程掘砌施工的特殊施工技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以固結(jié)地層。凍結(jié)壁是一種臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，永久支護(hù)形成后，停止凍結(jié)，凍結(jié)壁融化。

冷凍系統(tǒng)分為三大循環(huán)系統(tǒng)，由冷媒劑循環(huán)、制冷循環(huán)和冷卻水循環(huán)組成。

1.2 地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工的基本工序

本文以“隧道內(nèi)凍結(jié)加固土體、隧道內(nèi)礦山法開挖構(gòu)筑”的地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工方案為例來說明其施工工序：施工準(zhǔn)備→凍結(jié)孔施工（同時(shí)安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)，鹽水系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)）→進(jìn)行隧道支撐→積極凍結(jié)→探孔試挖→聯(lián)絡(luò)通道掘進(jìn)與初期支護(hù)→聯(lián)絡(luò)通道永久支護(hù)結(jié)構(gòu)充填注漿→進(jìn)行自然解凍融沉注漿充填→撤場[1]。

2關(guān)鍵工序施工的風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 鉆孔施工

鉆孔過程中應(yīng)充分考慮工程的地質(zhì)情況及施工環(huán)境，凍結(jié)孔施工工藝不嚴(yán)格，易造成孔口涌水、涌沙，進(jìn)而引起地面的沉降;凍結(jié)孔施工質(zhì)量同時(shí)也直接影響到凍土帷幕質(zhì)量，進(jìn)而成為開挖施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵因素。

2.2 凍結(jié)施工

凍結(jié)過程中產(chǎn)生凍脹，進(jìn)而對隧道結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生影響。所謂凍脹是由于凍結(jié)過程中土中原有的水結(jié)冰體積膨脹，未凍結(jié)的水分遷移向凍結(jié)面富集，水分相對集中，最終使土體積膨脹。根據(jù)國內(nèi)凍結(jié)法的實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，含蒙脫土、高嶺土等膨脹性土層，受凍結(jié)壓力影響較大。由于凍結(jié)工法特點(diǎn)，凍脹會(huì)對隧道結(jié)構(gòu)造成一定的影響，使隧道產(chǎn)生凍脹變形，較大的凍脹變形，還可能會(huì)造成聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)的滲漏;凍土結(jié)構(gòu)和隧道兩側(cè)管片膠結(jié)強(qiáng)度不夠造成接觸面漏水。

2.3 開挖施工

施工過程中的停電、機(jī)器發(fā)生故障使凍結(jié)機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)超過規(guī)定時(shí)限，凍結(jié)過程中斷;開挖過程由于凍結(jié)帷幕局部薄弱漏水、漏砂等情況。

3風(fēng)險(xiǎn)管控及應(yīng)急處置

3.1 風(fēng)險(xiǎn)管控的技術(shù)措施

（1）根據(jù)以往聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工的成功經(jīng)驗(yàn)，用金剛石取芯鉆在管片上開孔，在未開透管片的情況下安裝孔口密封裝置，并采取跟管鉆進(jìn)法下放凍結(jié)管，以防鉆進(jìn)時(shí)大量涌水、涌砂。

（2） 由于管片容易散熱，會(huì)影響隧道管片附近土層的凍結(jié)效果，從而影響凍結(jié)帷幕的整體穩(wěn)定性和封水性。在開凍前管片外敷保溫層，以減少冷量損失。

（3）在聯(lián)絡(luò)通道兩端布設(shè)卸壓孔，凍脹壓力過大時(shí)，及時(shí)釋放壓力，以減小土層凍脹對隧道的影響。

（4）加強(qiáng)對凍結(jié)帷幕的檢測。在凍結(jié)帷幕內(nèi)布置測溫孔，以便正確判斷凍結(jié)帷幕是否交圈和測定凍結(jié)帷幕厚度。凍結(jié)管末端近隧道管片附近土層的凍結(jié)情況為控制整個(gè)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)帷幕安全的關(guān)鍵。需在沿凍結(jié)帷幕四周布置測溫孔，以全面監(jiān)測凍結(jié)帷幕的形成過程。

（5）凍結(jié)交圈前在隧道內(nèi)安裝預(yù)應(yīng)力支架，以防打開預(yù)留管片時(shí)隧道變形和破壞。

（6）在開挖過程中及時(shí)監(jiān)測凍結(jié)帷幕變形和開挖面溫度，如遇凍結(jié)帷幕有明顯變形，立即用鋼支架支撐，調(diào)整開挖構(gòu)筑工藝，并同時(shí)加強(qiáng)凍結(jié)。

（7）在聯(lián)絡(luò)通道襯砌中預(yù)埋壓漿管，采用注漿方式以補(bǔ)償土層融沉，注漿應(yīng)配合凍結(jié)帷幕融化過程進(jìn)行[2]。

3.2 應(yīng)急處置

（1）鉆孔施工過程中涌水涌砂應(yīng)急措施。正式開孔前，施工現(xiàn)場準(zhǔn)備足夠的水泥等注漿材料和注漿設(shè)備。應(yīng)急材料準(zhǔn)備好后再用小孔徑鉆孔檢查地層穩(wěn)定性，如有嚴(yán)重涌砂冒水現(xiàn)象，采取注漿堵漏措施;在取芯開孔后，安裝帶填料密封盒的孔口管，通過管側(cè)的旁路閥門，防止孔口噴砂。若出現(xiàn)大量涌砂，也可通過此旁路閥門對地層注漿，必要時(shí)用木塞封堵鉆桿管口;為防止開孔及鉆進(jìn)期間涌水、涌砂現(xiàn)象的發(fā)生，采取加大鉆機(jī)推力，強(qiáng)行頂入套管等措施，必要時(shí)采取壓緊孔口管密封裝置，封閉該孔。

（2）凍結(jié)施工施工過程中冷凍機(jī)停機(jī)預(yù)案。機(jī)器本身故障引起的停機(jī)：由于冷凍機(jī)具有自動(dòng)保護(hù)裝置，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)超出規(guī)定范圍時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，引起停機(jī)，這種情況在故障排除之后可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn);但如果因停電、停水等外界因素引起的停機(jī)，立即與供電方聯(lián)系、協(xié)調(diào)，同時(shí)起用備用電源。

無論何種原因引起的停機(jī)情況發(fā)生，在開挖時(shí)應(yīng)停止掘進(jìn)，并及時(shí)對暴露的凍土進(jìn)行保溫支護(hù)，同時(shí)加強(qiáng)凍土的量測。密切觀察凍土的變形、溫度的變化，萬一發(fā)生流砂、流水或位移變形超值現(xiàn)象，要封閉工作面直至關(guān)閉安全應(yīng)急門?？煞謨刹娇紤]，第一步如果流砂、流水現(xiàn)象不連續(xù)，具有間斷性或帷幕位移不超值，可以采取堆土法或加強(qiáng)支架加背板，調(diào)整開挖步距來處理;第二步如果流砂，流水或位移變形超值現(xiàn)象特別嚴(yán)重，以上處理方式已無法處置現(xiàn)場情況，安全風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)加劇，那么就要封閉工作面，其主要措施就是采用堆土法或關(guān)閉安全應(yīng)急門，然后進(jìn)行注漿處理。

（3）開挖施工過程中突發(fā)涌水、涌砂應(yīng)急措施。開挖時(shí)，隧道內(nèi)配備黏土袋和砂袋，當(dāng)出現(xiàn)涌水、砂等情況時(shí)，用砂袋和黏土袋壓住出水點(diǎn)，封閉通道，并分析原因，制訂針對性措施;開挖面有水滲出時(shí)，立即停止施工，同時(shí)對滲水點(diǎn)進(jìn)行處理。如果出水量小，利用快干水泥或注入聚氨酯封堵;當(dāng)出現(xiàn)無法控制的突發(fā)局面時(shí)，關(guān)閉防護(hù)門。

（4）停水、停電應(yīng)急措施。在積極凍結(jié)期間突然停電，凍結(jié)帷幕不會(huì)很快融化，對凍結(jié)效果影響也不大;如停電時(shí)間較長，應(yīng)增加積極凍結(jié)時(shí)間，直到凍結(jié)帷幕完全交圈為止。如在開挖期間突然停電，立即停止掘進(jìn)，啟用備用電源，并把暴露的土體用保溫材料完全覆蓋，進(jìn)行保溫，檢查停電原因。

凍結(jié)補(bǔ)充水每天補(bǔ)充一次，斷水24小時(shí)一般不影響凍結(jié);凍結(jié)時(shí)保證清水箱充滿水，另外在停水后，可以從別處運(yùn)水補(bǔ)充至清水箱或應(yīng)提前考慮相應(yīng)的蓄水設(shè)施，緊急時(shí)抽水至清水箱，保證凍結(jié)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）跟蹤注漿應(yīng)急措施。充填注漿一方面是控制地層和隧道沉降，另一方面可彌補(bǔ)融沉的重要措施，利用隧道既有的注漿孔對管片頂部、底口和喇叭口部位進(jìn)行注漿，同時(shí)在結(jié)構(gòu)層施工過程中，按設(shè)計(jì)預(yù)埋注漿管。結(jié)構(gòu)層施工完畢并達(dá)到一定強(qiáng)度，進(jìn)行充填注漿，注漿控制至地層或隧道不出現(xiàn)沉降或沉降量符合有關(guān)規(guī)定為止。后期還應(yīng)根據(jù)檢測反饋的信息進(jìn)行跟蹤注漿[3]。

4結(jié)束語

地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道多位于市區(qū)，交通繁忙、人口密集，地上建筑、地下管線眾多，施工條件復(fù)雜，環(huán)境要求嚴(yán)格，如果不能保證凍結(jié)施工的質(zhì)量，不能控制地層的變形，將會(huì)造成工期延長、費(fèi)用增加，甚至成型隧道、地表建筑物和地下管線損壞的后果，危害施工安全，影響城市運(yùn)行，導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。本文從凍結(jié)法原理入手，分析關(guān)鍵工序的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并對施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)管控及應(yīng)急處置進(jìn)行了闡述，為后續(xù)類似工程的項(xiàng)目管理提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 張潮潮.人工凍土凍脹特性及凍結(jié)法施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥：安徽理工大學(xué)，2017.

[2] 陳湘生.地層凍結(jié)法[M].北京：人民交通出版社，2013：51.

[3] 汪濤.地鐵聯(lián)絡(luò)通道水平凍結(jié)法施工技術(shù)[J].四川建材，2016，42（2）：232-236.