郭 力

（北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著城市隧道埋深增加、地下水變化等原因，地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道開挖復(fù)雜性增加，風(fēng)險性進一步增大，采用傳統(tǒng)開挖方法難以形成封閉體系，易出現(xiàn)安全事故[1]。在地鐵工程施工中，富水地層區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)法開挖效果良好[2]。在地鐵盾構(gòu)區(qū)間工程完成后，采用凍結(jié)法開挖，通過低溫作用將地層土體變成不透水的整體性穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，與區(qū)間盾構(gòu)管片形成嚴密貼合體，以抵抗土體壓力、隔絕地下水，從而達到提高施工安全可靠性的目的。同時，在對土層變形的監(jiān)控中，要特別注意凍土的發(fā)展，通過信息化的監(jiān)測手段進行動態(tài)指導(dǎo)和調(diào)整，采取在凍結(jié)加固區(qū)進行跟蹤注漿等方法，確保凍結(jié)法的應(yīng)用效果[3-6]。本文將結(jié)合實際案例，對凍結(jié)法施工技術(shù)要點及效果進行分析探討。

1 工程概況

某地鐵盾構(gòu)區(qū)間地處北京市通州區(qū)的富水粉細砂地層，該區(qū)間位于八通線南延工程里程右K38＋217.021（左K38＋245.382），終點里程右K39＋625.850（左K39＋625.850），區(qū)間右線長度1408.829m，左線長度1380.468m。該區(qū)間包含2 個聯(lián)絡(luò)通道，其中1 號聯(lián)絡(luò)通道與排水泵站合建。本文所研究的聯(lián)絡(luò)通道位置的地鐵區(qū)間管片為加強鋼筋混凝土管片，區(qū)間斷面外徑為6m,內(nèi)徑為5.4m，管片寬度為1.2m，管片厚度為300mm，具體參數(shù)見表1。

表1 區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道技術(shù)參數(shù)

2 凍結(jié)法加固設(shè)計

1 號聯(lián)絡(luò)通道及泵房土體的加固采用凍結(jié)法加固方式，在進行積極凍結(jié)時，在凍結(jié)區(qū)附近200m 范圍內(nèi)不得采取降水措施，避免含水率、流速發(fā)生變化導(dǎo)致凍結(jié)時間長或者達不到凍結(jié)效果。在凍結(jié)區(qū)內(nèi)土層中不得有集中水流，否則會導(dǎo)致凍結(jié)冷量被帶走。在聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁處的地鐵區(qū)間管片內(nèi)側(cè),凍結(jié)壁邊界外1m采用阻燃或難燃的軟質(zhì)塑料泡沫的保溫層,厚度為5cm，該保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.04W（/m·K）。凍土單軸抗壓強度不小于3.6MPa，抗拉強度不小于1.8MPa，抗剪強度不小于1.6MPa。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)帷幕結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁平面圖

圖2 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁剖面圖

3 凍結(jié)施工技術(shù)要點及控制

3.1 孔位布置

3.1.1 凍結(jié)孔布置

施工前要確保施工孔施工的有利條件，在水平凍結(jié)孔施工中做好質(zhì)量控制尤為重要。該聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔數(shù)量為74 個，其中左線設(shè)置15 排共計53 個，右線設(shè)置6 排共計21 個，工程總量約760m。在通道中部設(shè)置用于為隧道對側(cè)凍結(jié)管和冷凍排管鹽水供應(yīng)的4 個穿透孔。在凍結(jié)站對側(cè)隧道上沿凍結(jié)壁敷設(shè)6 排間距為450mm 的冷凍排管，排管采用Φ 45mm×3mm 無縫鋼管，或者采用加工完成的槽鋼，以加強對管片處的保溫效果。凍結(jié)孔按上仰、水平、下俯3 種角度布置。

施工時，首先進行打透孔，復(fù)核兩隧道的預(yù)留口位置,如相對位置誤差＞100mm，在調(diào)整處理中要把握保證凍結(jié)壁設(shè)計厚度的原則。凍結(jié)管用Φ89mm×8mm的無縫低碳鋼管，凍結(jié)管耐壓值不低于1.0MPa，并且大于1.5倍凍結(jié)面鹽水壓力。在凍結(jié)孔鉆孔前，要確保鉆進精確度，一般由測量人員結(jié)合實際情況重新復(fù)核聯(lián)絡(luò)通道中心高程。根據(jù)4 處透孔的施工情況計算透孔的實際角度及深度，并與設(shè)計值進行比較分析。針對誤差的大小，及時調(diào)整糾偏：如果誤差值大于設(shè)計值100mm，那么凍結(jié)孔角度及長度需調(diào)整。如果凍結(jié)孔的開孔誤差＜100mm，施工前應(yīng)注意避開地鐵區(qū)間盾構(gòu)的管片接縫處、螺栓處、主筋處等。還要注意凍結(jié)孔的最大允許偏斜不大于150mm。凍結(jié)孔成孔后，要控制間距不大于1300mm。要注意施工凍結(jié)孔時的土體流失量，若超過了凍結(jié)孔體積，需要及時進行注漿，確保地層沉降安全，確保土體穩(wěn)定。

3.1.2 測溫孔布置

該聯(lián)絡(luò)通道通過布置8 個測溫孔來測量凍結(jié)施工范圍內(nèi)不同部位的溫度發(fā)展變化情況。測溫管長度選用Φ32mm×3.5mm 無縫鋼管。測溫管前端要焊接密封，管內(nèi)不得有滲水出現(xiàn)，通過布置測溫孔進行觀測分析，進而采用相應(yīng)控制措施確保施工安全。

3.1.3 泄壓孔布置

在凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域內(nèi)土層中下部，左右線共計布置4個卸壓孔，一側(cè)各2個。通過卸壓孔上安裝的壓力表數(shù)值變化，監(jiān)測凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力變化情況。通過每日觀測到的信息，及時有效地判斷凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域的土體加固情況，并可直接釋放凍脹壓力。

卸壓管選用的是Φ45mm×3mm 無縫鋼管，管前端開口，安裝閥門及壓力表，進入土體段的管壁上鉆呈梅花布置的若干孔,端頭密封,以確保凍結(jié)帷幕內(nèi)的壓力有效傳遞。

3.2 冷凍站安裝及冷凍施工

冷凍站安裝因后期可能涉及與鋪軌交叉作業(yè)，冷凍站安裝在地面上，在管片上敷設(shè)凍結(jié)管路至聯(lián)絡(luò)通道附近，現(xiàn)場情況見圖3，針對下方2 個透孔專門安裝了Φ108mm×8mm 的無縫鋼管進行鹽水分流以保證對側(cè)隧道下部凍結(jié)孔鹽水流量，上方2 個透孔則采用高壓膠皮軟管連接。對側(cè)隧道按照設(shè)計布置了5 排冷凍排管以加強對側(cè)隧道管片與凍土交接處的凍結(jié)。因考慮聯(lián)絡(luò)通道附近鹽水壓力可能較大，對于所有連接處全部用鉛絲加固并與孔口管法蘭盤進行連接。

圖3 聯(lián)絡(luò)通道現(xiàn)場情況

冷凍站開始試運轉(zhuǎn)3d 后鹽水溫度已達到-10℃以下，7d 已達到-19℃，15d 后降至最低溫度-29.5℃。原土體壓力普遍增至0.3MPa 左右，這表明凍結(jié)效果正常，凍結(jié)帷幕已膠圈形成封閉體，為防止凍脹力對隧道管片造成影響,開始對卸壓孔進行卸壓，卸壓孔出現(xiàn)壓力增長較快，卸壓有部分泥沙涌出。凍結(jié)46d 卸壓孔情況基本穩(wěn)定，在未凍區(qū)域打設(shè)探孔無泥沙涌出，布設(shè)測溫線對距管片約1m 處測溫為0℃，說明凍土凍結(jié)效果良好，達到自立的目的。

3.3 開挖構(gòu)筑施工

聯(lián)絡(luò)通道先進行洞門破除，見圖4。開挖上行線喇叭口導(dǎo)洞，再開挖通道。通道開挖完畢后，刷擴上下行線喇叭口，刷擴完畢后，進行錨噴施工。錨噴施工全部結(jié)束以后，進行通道及喇叭口部分的防水、鋼筋、混凝土施工。最后再進行集水井施工，集水井施工工序同通道施工工序。由于土體采用凍結(jié)法加固，凍土強度較高，凍結(jié)帷幕承載能力大，因而開挖時（除喇叭口處側(cè)墻和拱頂外）可以采用全斷面一次開挖，開挖步距為0.3～0.5m，通道、集水井開挖步距為0.5m。兩端喇叭口處斷面較大，為減輕開挖對隧道變形的影響，開挖步距控制為0.3m。

圖4 洞門破除

隧道及地面的監(jiān)測凍結(jié)孔施工結(jié)束，地面及建筑物最大沉降為-0.7mm，隧道最大沉降為-0.6mm；開挖前報表地面及建筑物最大沉降為5.2mm，隧道最大沉降為3.7mm；結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后地面及建筑物最大沉降為-5.2mm,隧道最大沉降為-4.4mm。

4 結(jié)束語

通過實際工程案例情況分析可知，聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，對土體產(chǎn)生了擾動，凍結(jié)帷幕產(chǎn)生了蠕變，造成周邊環(huán)境的沉降。但由于凍結(jié)法施工措施運用得當，嚴格控制開挖布距，快速開挖，及時支撐；在施工工藝上采取分段開挖的方法，及時加強臨時支護的強度，有效控制了凍土蠕變和周邊環(huán)境的沉降量,對聯(lián)絡(luò)通道周邊環(huán)境、地面及隧道沒有造成影響，高質(zhì)量地完成了該聯(lián)絡(luò)通道的主體結(jié)構(gòu)施工。

針對凍結(jié)法施工存在的凍脹和融沉的2 個問題，采取了凍脹開孔卸壓，安裝預(yù)應(yīng)力支架等技術(shù)措施，有效地控制了隧道變形和地表沉降，變形量均低于規(guī)定范圍，說明隧道泵站加固采用凍結(jié)法施工是合理的，開挖構(gòu)筑施工是成功的。