□□ 王余鵬，韓 偉 (福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000)

引言

隨著城市地鐵建設(shè)發(fā)展，冷凍加固施工技術(shù)已成為地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工常用的技術(shù)。沈陽某地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道采用冷凍法施工，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，項(xiàng)目所處地層層序自上而下依次為：雜填土、中粗砂、礫砂、圓礫、礫砂、中粗砂、礫砂、中粗砂、礫砂，其中1號聯(lián)絡(luò)通道在第9層礫砂層中，2號聯(lián)絡(luò)通道在第7層礫砂層中。聯(lián)絡(luò)通道的地下水溫為11～13 ℃，屬冷水。地下水類型為第四系松散巖類空隙潛水，主要含水層厚度為30.0～30.7 m，主要賦存在中粗砂、礫砂及圓礫層中，穩(wěn)定水位埋深為16 m，屬水量豐富區(qū)[1]。

1 冷凍法鉆孔施工

1.1 鉆孔前準(zhǔn)備工作

1.1.1 冷凍孔孔位定位

點(diǎn)位確定必須由兩方人員放線復(fù)合，并在隧道內(nèi)的另一側(cè)做出投影點(diǎn)，方便定位及確定點(diǎn)位角度。放點(diǎn)位置必須避開管片縫與管片螺栓，距離管片縫與管片螺栓至少10 cm以上?？孜晃恢萌扛鶕?jù)設(shè)計(jì)院圖紙確定，通道左、右兩側(cè)單排孔的孔間距在0.4～0.6 m之間；豎排間距為0.4～0.6 m，按梅花形布置。

1.1.2 管片第一次開孔

管片第一次開孔(以下簡稱“一開”)一般采用水鉆施工，視冷凍管型號選用水鉆，水鉆基座安裝時(shí)應(yīng)特別注意孔位、角度的復(fù)合，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)角度鉆孔，以保證鉆機(jī)鉆進(jìn)不會出現(xiàn)問題。如果水鉆鉆孔出現(xiàn)角度偏差，在鉆進(jìn)時(shí)會出現(xiàn)鉆桿、鉆機(jī)搖擺的情況，導(dǎo)致大量漏水，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生孔口管、球閥將冷凍管卡住，無法鉆進(jìn)的情況。

1.1.3 管片第二次成孔

管片第二次成孔(以下簡稱“二開”)是用Φ94的水鉆鉆頭將一開剩余管片鉆透(包括管片壁后注漿層)，成孔之后立即將水鉆鉆桿退出并將大球閥關(guān)上以防止水土流失。二開是施工工序中的第一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，原因如下：

(1)二開是第一次與地層條件接觸，管片壁后水土壓力、土體情況均不清楚。

(2)二開若使用水鉆施工，成孔條件為二開孔內(nèi)漏水、漏沙，此時(shí)地層與隧道之間的通道已經(jīng)打開，一旦操作不慎仍然會造成大量水土流失。

(3)若水鉆退出不及時(shí)或者水鉆鉆頭卡住也將造成無法阻止的水土流失，并且敞口大、地下水溢出流速大、水土流失量大。

1.2 鉆機(jī)定位

鉆機(jī)定位用吊線錘的方法按照三點(diǎn)一線(鉆頭、鉆機(jī)尾部、后視點(diǎn))找中，對中完畢后用量角器或找準(zhǔn)角度，當(dāng)角度與位置均符合要求后固定鉆機(jī)平臺與鉆機(jī)。現(xiàn)場操作如圖1和圖2所示。

圖1 量角器確定鉆機(jī)角度

圖2 固定鉆機(jī)平臺、支架

1.3 冷凍孔鉆進(jìn)施工

冷凍孔鉆進(jìn)施工按是否需要鉆透對面管片可分為透孔施工與普通冷凍孔施工兩種。透孔施工一般先于其他冷凍孔施工，使用冷凍管鉆桿與金剛石取芯鉆頭，一次成孔。二次成孔主要用于鉆進(jìn)十分困難的地質(zhì)情況，具體情況為地層中含有大量大粒徑卵石、鉆進(jìn)距離長、需要穿透管片壁后注漿體時(shí)，必須采用二次成孔方法。二次成孔鉆進(jìn)使用工業(yè)鉆桿配金剛石球齒鉆頭進(jìn)行開孔，鉆至指定深度后退管。退管過程中必須保持膨潤土漿液的繼續(xù)注入。

1.4 冷凍管成孔后的工作

冷凍管成孔后須立即對冷凍管進(jìn)行封口注漿，注漿漿液采用單液水泥漿，單孔注漿量在0.5～0.8 m3之間。封口注漿的目的是將孔口管與管片之間、冷凍管與孔口管之間的縫隙填充密實(shí)，起到防水堵漏的作用，當(dāng)鉆進(jìn)水土流失嚴(yán)重時(shí)，還可通過封口注漿對底層進(jìn)行一次補(bǔ)償注漿，減小水土流失對底層沉降的影響。

1.5 泄壓孔的施工

泄壓孔在冷凍站對側(cè)設(shè)兩個(gè)，主要用于觀測管片壁后、凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力，是確定凍結(jié)帷幕是否交圈的重要觀察渠道之一。當(dāng)壓力達(dá)到0.3～0.4 MPa時(shí)可以開始泄壓，泄壓孔采用水鉆施工，在水鉆開孔全部破除管片并將注漿層鉆破后，將孔口DN50楔形鋼管安裝好，并以球閥封孔。然后連接量程為0.6 MPa壓力表，以測量壓力。

2 冷凍加固施工

2.1 冷凍站布置及組成

2.1.1 冷凍站的布置

冷凍站應(yīng)選設(shè)立在通風(fēng)良好的地方，以便于熱量排出?？梢赃x在地鐵車站地面廣場、車站地下二層平臺或者同界工作面附近的隧道內(nèi)。該工程的冷凍站設(shè)在工-文區(qū)間左線隧道內(nèi)，距離1號聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工作面20 m左右，距離2號聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工作面46 m。

2.1.2 清水區(qū)組成

冷凍站由清水區(qū)與鹽水區(qū)組成。清水區(qū)主要承擔(dān)冷凍機(jī)的降溫排熱任務(wù)。該工程清水區(qū)由清水池、一個(gè)橫流箱、兩個(gè)冷卻塔、兩臺清水泵及兩臺大功率風(fēng)扇組成。清水區(qū)位置一般位于鹽水區(qū)的下風(fēng)向，冷卻水回路與每一臺冷凍機(jī)相連，通過清水池的清水泵提供動力連接冷凍機(jī)形成回路，達(dá)到排熱降溫的目的。

2.1.3 鹽水區(qū)組成

鹽水區(qū)主要承擔(dān)冷媒劑的降溫任務(wù)，這是整個(gè)凍結(jié)工作中最重要的部分。只有保證冷媒劑不斷降溫或者持續(xù)低溫，才能保證凍結(jié)壁的持續(xù)發(fā)展與凍結(jié)強(qiáng)度。鹽水區(qū)主要由高壓變電器、高壓補(bǔ)償柜、高壓控制柜、3臺冷凍機(jī)(包括其配套的冷凍機(jī)控制柜)、鹽水箱、鹽水泵(2臺，兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道)、冷卻循環(huán)水干管、冷凍鹽水干管組成，其中冷卻循環(huán)水干管與清水區(qū)相連，冷凍鹽水干管與集配液圈、冷凍管相連。

2.2 冷凍鹽水循環(huán)回路的建立

冷凍鹽水循環(huán)回路是由冷凍去路干管輸送至配液圈，然后將鹽水分配至隧道對面的冷排管，使經(jīng)過制冷鹽水通過管壁與土體進(jìn)行熱量交換。冷凍鹽水循環(huán)回路主要包括回路干管、排污口、集配液圈、回路分組、冷凍管、冷排管等。

2.3 冷凍站的運(yùn)轉(zhuǎn)

2.3.1 冷凍鹽水循環(huán)回路的準(zhǔn)備工作

冷凍站開始工作前，應(yīng)對整個(gè)冷凍鹽水循環(huán)回路進(jìn)行清理、檢查。主要工作包括：清除冷凍鹽水干管內(nèi)的雜物、鐵銹；檢查循環(huán)回路是否存在滲漏現(xiàn)象；檢查鹽水去、回分組是否準(zhǔn)確；鹽水去、回路分組主要考慮冷凍鹽水的流量平均分配。

2.3.2 冷凍機(jī)的準(zhǔn)備工作

冷凍機(jī)電源、冷媒劑循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)均試運(yùn)轉(zhuǎn)能滿足冷凍機(jī)起機(jī)要求后，通過專用的充氟器對冷凍機(jī)進(jìn)行充氟，在正式充制冷劑之前應(yīng)進(jìn)行試充，系統(tǒng)壓力應(yīng)控制在0.2～0.3 MPa，并用專用儀器檢漏，合格后再正式充制冷劑。如圖3所示。

老年髖部骨折在臨床中常見，嚴(yán)重影響著老年人的健康及生活質(zhì)量，需要積極治療，但由于是老年群體，故而患者本人及家屬更愿意選擇非手術(shù)保守治療，但治療時(shí)間長、需長期臥床，可引起某些并發(fā)癥。而本研究結(jié)果表明，針對此類患者，采用手術(shù)方法治療的效果更佳，可縮短臥床時(shí)間，患者的肢體功能恢復(fù)更佳，故有一定的優(yōu)勢，適合在臨床中推廣。

圖3 充制冷劑

2.3.3 冷凍站的運(yùn)轉(zhuǎn)

冷凍機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況如下：

(1)制冷劑、冷媒、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的溫度、流量、壓力、液位應(yīng)正常。

(2)經(jīng)過3～7 d的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，去路鹽水能降至-20 ℃以下。

(3)凍結(jié)15 d后去路鹽水溫度達(dá)到-24 ℃以下[1]。

(4)冷媒溫度比制冷劑蒸發(fā)溫度高5～7 ℃。

(5)冷凝溫度應(yīng)高于冷卻水出水溫度3～5 ℃。

2.4 冷凍效果的檢驗(yàn)

冷凍效果的檢驗(yàn)方法主要包括測溫檢驗(yàn)與泄壓孔的壓力值觀察。

測溫檢驗(yàn)是在建立冷凍鹽水循環(huán)回路時(shí)，將專用的測溫線預(yù)埋在每個(gè)串聯(lián)分組的回路上或者在完成測溫孔時(shí)在0.6～4 m之間預(yù)埋兩個(gè)測點(diǎn)。然后根據(jù)賽貝克原理，采用專用測溫線、精密萬用電表、零度基準(zhǔn)溫度對測點(diǎn)位置的溫度進(jìn)行測量。測溫監(jiān)控孔是直接與土體接觸，并與冷凍管有一定距離(間距0.6～2 m)，以便于準(zhǔn)確檢測凍結(jié)壁厚度。

2.4.2 泄壓孔壓力值觀察

當(dāng)相互連接、互相咬合后，將形成一道隔水的凍結(jié)帷幕，使得原本存在于凍結(jié)帷幕內(nèi)的游離水被封鎖在凍結(jié)壁內(nèi)。當(dāng)凍結(jié)壁逐步的凍結(jié)膨脹，提升了凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力，當(dāng)從泄壓孔內(nèi)觀察到壓力有明顯上升時(shí)并比原始水土壓力大0.1 MPa以上時(shí)，即可確定凍結(jié)帷幕已經(jīng)形成。

3 冷凍法隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工

3.1 冷凍效果檢測

冷凍效果檢測主要包括冷凍管、測溫孔、冷凍鹽水測溫與實(shí)地探孔。要求冷凍鹽水溫度必須控制在-25～-28 ℃，去回路鹽水溫差控制在1.5 ℃左右，測溫孔的溫度控制在零度以下，才能進(jìn)行盾構(gòu)隧道管片破除施工。

3.2 盾構(gòu)隧道管片破除

盾構(gòu)隧道管片破除之前必須安裝安全門并對安全門進(jìn)行試壓及預(yù)應(yīng)力支架的安裝處理。安全門采用全鋼材料，門框與管片緊密相連，不能出現(xiàn)縫隙；安裝完畢后，應(yīng)對安全門的氣密性(密閉性)進(jìn)行檢測，如圖4所示。由于管片破除將不可避免的對整環(huán)管片的應(yīng)力平衡進(jìn)行破壞，會出現(xiàn)受力缺陷與應(yīng)力集中現(xiàn)象，如圖5所示。為保證隧道安全，防止隧道變形甚至出現(xiàn)垮塌事故，應(yīng)在左右線聯(lián)絡(luò)通道洞門兩側(cè)安裝預(yù)應(yīng)力支架。預(yù)應(yīng)力支架采用≮22號的工字鋼制作；采用雙面焊接，在焊接過程中必須保證焊渣清除和焊縫強(qiáng)度。

圖4 安全門打壓

圖5 水鉆切割管片

3.3 洞身開挖與初期支護(hù)

3.3.1 洞身開挖

由于是單側(cè)打孔，導(dǎo)致冷凍管十分密集，并且侵入了隧道開挖限界，為此在洞身開挖過程中需要對既有冷凍管進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)在初支封閉時(shí)(下部仰拱)對冷凍管路進(jìn)行改移，如圖6和圖7所示。冷凍管改移時(shí)先關(guān)閉該條支路上的集(配)液圈上的去路閥門，再關(guān)回路閥門；待支路閥門全部關(guān)閉，將冷凍鋼管割除后按內(nèi)外方向接管，即完成了冷凍管的改線。

圖6 狹小空間作業(yè)

圖7 侵入開挖范圍冷凍管改線

3.3.2 隧道初期支護(hù)

隧道初期支護(hù)鋼拱架采用22號工字鋼拱架，初支鋼拱架每50 cm一榀。在鋼拱架架立之前，要在拱架與凍土之間鋪上木背板，起到附著混凝土的隔熱作用。鋼架之間采用150 mm×150 mm網(wǎng)格間距的鋼筋網(wǎng)連接，并及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土填充。

3.4 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)施工

3.4.1 結(jié)構(gòu)防水層的處理

聯(lián)絡(luò)通道防水層材料采用土工布和ECB防水材料，在有預(yù)埋融沉注漿管的位置，采用預(yù)埋注漿管與設(shè)置防水膠的措施加強(qiáng)防水效果，保證防水層的完整性和封閉性。

3.4.2 鋼筋綁扎與混凝土澆筑

聯(lián)絡(luò)通道的喇叭口附近與既有盾構(gòu)管片接茬，由于盾構(gòu)管片上未預(yù)留鋼板，因此需要植筋加固。該處位置空間狹小，為此混凝土澆筑采用小拖車人力運(yùn)輸；混凝土應(yīng)采用自密實(shí)防水混凝土，并嚴(yán)格控制塌落度，保證混凝土能順利泵入模板。在模板上預(yù)留排氣口，在混凝土較難到達(dá)的位置預(yù)留觀察口，在排氣口與觀察孔均有混凝土流出時(shí)可判定結(jié)構(gòu)已填充密實(shí)。

3.5 預(yù)留注漿管的安放與后期注漿

預(yù)留注漿管主要有兩個(gè)作用：一是凍土與初支、二襯之間的填充注漿；二是凍土化凍之后的融沉注漿。壁后充填注漿也稱為壁后注漿，是通過注漿方式充填施工結(jié)構(gòu)背后殘余的空隙，以解決由于施工殘留空隙帶來的土體變形位移。融沉注漿是通過注漿方式充填凍土解凍融化過程中產(chǎn)生的空隙，以減小地層的沉降變形，是消除由空隙產(chǎn)生位移變形的有效手段。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，凍結(jié)加固主要受氟利昂溫度、凍結(jié)厚度、凍結(jié)管直徑、凍結(jié)孔間距等影響。另外由于凍結(jié)加固施工過程中會產(chǎn)生一定的融沉量[2]，為此必須進(jìn)行壁后注漿充填加固。地鐵聯(lián)絡(luò)通道的沉降主要是由于凍土融化時(shí)失水固結(jié)引起的，其沉降量與凍土厚度、融沉土的特性有關(guān)[3]。為減少融沉對聯(lián)絡(luò)通道的影響，務(wù)必保證氟利昂冷凍劑的流量均勻，并確保凍結(jié)巖體的溫度、厚度穩(wěn)定，無泥水流出，方可正式開挖。該項(xiàng)目的富水地層條件，一般開挖凍結(jié)期在40～50 d左右。隨著凍結(jié)加固時(shí)間的增長，其凍結(jié)巖層壁厚越厚，隨之凍脹力對地鐵襯砌的破壞及拱頂融沉量也成倍累計(jì)，為此冷凍效果檢測滿足條件后務(wù)必及時(shí)進(jìn)入開挖支護(hù)工序。