祝和意，馬曉華

(1．陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000;2．中鐵七局集團(tuán) 第二工程有限公司，西安 710000)

1 工程概況

蘇州地鐵火車站站至東風(fēng)井區(qū)間DK13+449.996—DK13+464.000段，地下三層結(jié)構(gòu)。車站位于擬建蘇州火車站正下方，與國鐵站房合建。東段與天筑路站—蘇州火車站站區(qū)間的設(shè)計分界里程為右DK13+585.926，結(jié)構(gòu)外包全長119.9 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度為30.3 m。盾構(gòu)隧道全斷面除頂上1～2 m范圍內(nèi)為④3粉土夾粉砂層外，其余均為④5灰色粉質(zhì)黏土層。④3粉土夾粉砂為微承壓水，透水性及賦水性中等 ～較好，滲透系數(shù) K為1.75×10－3cm/s。

盾構(gòu)進(jìn)出洞及東風(fēng)井端頭土體加固區(qū)已完成，加固措施采用旋噴樁配合攪拌樁，靠近車站端頭采用單排800@600雙管旋噴樁，攪拌樁采用三軸850@600，國鐵設(shè)備用房位于區(qū)間隧道正上方，承臺底板高程為－6.70 m，隧道頂距承臺底的最小垂直凈距僅為1.58 m，國鐵設(shè)備采用樁基，隧道從其正下方穿過，國鐵樁基礎(chǔ)與進(jìn)出洞加固發(fā)生了交叉重疊，縱向長度自端頭圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)11 m，橫向及豎向長度在隧道結(jié)構(gòu)線外。

為保證盾構(gòu)進(jìn)出洞的安全，多次對火車站東風(fēng)井端頭地面垂直取芯及東風(fēng)井、火車站站洞門洞內(nèi)水平取芯，取芯結(jié)果表明，每個洞門均存在不同程度的滲漏水涌水及涌砂情況。

2 洞內(nèi)水平凍結(jié)法施工

由于滬寧高鐵通車沿線30 m范圍內(nèi)封閉，加之工期緊，在火車站東風(fēng)井端頭地面施工降水井，輔助盾構(gòu)進(jìn)出洞條件不具備;而火車站端頭地面上已建成了國鐵設(shè)備用房，也不具備施工降水井輔助盾構(gòu)進(jìn)出洞條件。左線隧道外邊線距新建城際高鐵軌道約17 m，距雨棚承臺柱約為1.5 m，盾構(gòu)進(jìn)出洞期間一旦發(fā)生險情，地面上也無任何的搶險求援條件。因此，為了確保盾構(gòu)進(jìn)出洞安全，選定洞內(nèi)水平冷凍法施工。

冷凍法施工的順序為:東風(fēng)井右線盾構(gòu)出洞東洞門、東風(fēng)井右線盾構(gòu)進(jìn)洞西洞門、火車站站右線盾構(gòu)出洞東洞門、火車站站左線盾構(gòu)進(jìn)洞東洞門、東風(fēng)井左線盾構(gòu)出洞東洞門和東風(fēng)井左線盾構(gòu)進(jìn)洞東洞門，共計6個洞門。盾構(gòu)3次到達(dá)，3次始發(fā)。

2.1 進(jìn)出洞加固技術(shù)要點

①為保證盾構(gòu)進(jìn)出洞的安全，預(yù)先開始凍結(jié)孔的施工，通過檢測凍結(jié)壁厚度和平均溫度確認(rèn)達(dá)到設(shè)計要求，再進(jìn)行槽壁破除和盾構(gòu)進(jìn)洞施工。②加強(qiáng)地面監(jiān)測，在加固區(qū)上方地表、建構(gòu)筑物等處設(shè)監(jiān)測點，監(jiān)測施工過程中的沉降變化。③在進(jìn)洞口附近管片上增設(shè)注漿孔，進(jìn)行后期融沉注漿。④利用管片上注漿孔進(jìn)行跟蹤注漿(進(jìn)出洞區(qū)域的管片增加注漿孔)，減少融沉。

2.2 施工方法

在工作井內(nèi)利用水平凍結(jié)和部分傾斜孔凍結(jié)加固地層，使盾構(gòu)機(jī)外圍及開洞口范圍內(nèi)土體凍結(jié)，形成圓柱加板塊、強(qiáng)度高、封閉性好的凍結(jié)帷幕。

2.3 施工流程

確定凍結(jié)帷幕交圈、凍土與槽壁完全膠結(jié)，并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，盾構(gòu)推進(jìn)到離圓柱凍結(jié)帷幕一定距離處，開始破除洞口槽壁0.5 m，然后施工探孔，無泥水流出，凍結(jié)效果良好，再將槽壁完全破除，槽壁破除過程中土體繼續(xù)加強(qiáng)凍結(jié)。

凍結(jié)站安裝與鉆孔施工同時進(jìn)行，鉆孔施工結(jié)束即可轉(zhuǎn)入凍結(jié)器安裝和凍結(jié)階段。

2.4 凍結(jié)施工

設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時，要隨時調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使定時檢測鹽水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

實測后進(jìn)入積極凍結(jié)。凍土墻溫度達(dá)到設(shè)計值后，在緊挨隧道洞口的工作井井壁上用38 mm金剛石取芯以判斷凍結(jié)帷幕的形成，積極凍結(jié)期鹽水溫度為－28℃ ～－30℃，設(shè)計凍干探孔，判斷凍土墻與槽壁之間完全膠結(jié)后方可打開盾構(gòu)洞口。打探孔時，要求凍結(jié)孔單孔流量為5 m3/h，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞完畢即可停止凍結(jié)，冷凍施工設(shè)備場地布置見圖1所示。

圖1 冷凍施工設(shè)備場地布置示意

3 盾構(gòu)進(jìn)出洞主要技術(shù)措施

3.1 盾構(gòu)進(jìn)出洞技術(shù)要求

1)盾構(gòu)進(jìn)出洞必須在確認(rèn)凍結(jié)壁厚度、平均溫度達(dá)到設(shè)計要求后進(jìn)行。

2)控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度，當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)洞時，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞在距離凍結(jié)壁1.0 m時停止推進(jìn)，當(dāng)凍結(jié)壁積極凍結(jié)已達(dá)到30 d，且通過測溫孔測溫確定凍結(jié)壁厚度、平均溫度達(dá)到設(shè)計要求，凍結(jié)壁與連續(xù)墻完全膠結(jié)，交界處測點平均溫度小于－5℃時可以開始槽壁破除。

3)基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)部分鑿除，預(yù)留的連續(xù)墻厚度不小于0.3 m，確認(rèn)凍結(jié)壁發(fā)展良好，連續(xù)墻后無未凍土后將剩余連續(xù)墻鑿除。

4)盾構(gòu)機(jī)范圍內(nèi)的凍結(jié)管拔出后，進(jìn)洞盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向基坑連續(xù)墻方向推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)穿越凍結(jié)壁過程中保持盾構(gòu)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須停機(jī)時亦應(yīng)使用盾構(gòu)機(jī)刀盤間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，以防刀盤被凍住。從凍結(jié)管拔除到盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞，總時間應(yīng)控制在3 d以內(nèi)。

5)盾構(gòu)出洞時，盾構(gòu)機(jī)盡量靠近洞口，但同時必須為拔管留夠足夠的空間(不小于2 m)。

6)凍結(jié)壁積極凍結(jié)前應(yīng)對洞門內(nèi)槽壁進(jìn)行保溫，保溫采用噴射發(fā)泡聚氨酯材料，噴射厚度不小于30 mm。

3.2 拔管與盾構(gòu)機(jī)接收

盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備接收前必須對所有設(shè)備進(jìn)行檢修、維護(hù)，保證盾構(gòu)處于良好工作狀態(tài)。當(dāng)通過測溫孔測溫確定凍結(jié)壁厚度、平均溫度、膠結(jié)點處測點溫度等達(dá)到設(shè)計要求后，連續(xù)墻部分鑿除，預(yù)留的連續(xù)墻厚度不小于0.3 m，且保留外排鋼筋。此時洞圈內(nèi)的凍結(jié)管可以拔除，撥管的同時盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向連續(xù)墻方向推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)范圍內(nèi)的凍結(jié)管全部拔除后，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)推進(jìn)，到達(dá)凍結(jié)壁邊緣時停止，等待連續(xù)墻全部鑿除完后，盾構(gòu)機(jī)推過凍結(jié)壁接收。

1)拔管順序:拔盾構(gòu)接收口內(nèi)的內(nèi)圈孔，先拔內(nèi)圈孔，在拔內(nèi)圈孔的同時，中圈、外圈孔繼續(xù)冷凍。內(nèi)圈孔拔完后開始拔中圈和外圈孔，拔孔時要間隔拔除，未拔除的相臨孔繼續(xù)冷凍。

2)拔管方法:用熱鹽水循環(huán)解凍5～8 min后，利用兩個10 t千斤頂架設(shè)在槽壁上，水平向外頂推凍結(jié)管，熱鹽水溫度宜控制在+50℃ ～+70℃，凍結(jié)站內(nèi)冷熱鹽水應(yīng)分別設(shè)置，并有方便的冷熱鹽水關(guān)閉與開通的切換裝置。

3)拔管時間:從第一根水平凍結(jié)管拔除到盾構(gòu)機(jī)接收，總時間應(yīng)控制在3 d以內(nèi)。

3.3 破壁及盾構(gòu)穿越凍結(jié)區(qū)的保證措施

1)溫度控制。為了保證盾構(gòu)能夠推進(jìn)，盾構(gòu)外周的凍土溫度必須得到有效的控制，凍土溫度通過測溫孔得到?？刂贫軜?gòu)外周的凍土溫度不低于－5℃并接近零度，能保證水呈固態(tài)為宜。

最終通過測溫手段確定凍結(jié)已達(dá)既定要求后才進(jìn)行盾構(gòu)接收施工。

2)打設(shè)槽壁探孔。通過測溫孔觀測計算，確認(rèn)凍結(jié)帷幕達(dá)到設(shè)計厚度及強(qiáng)度，當(dāng)槽壁破壁厚度還剩下不小于300 mm時，然后在凍結(jié)薄弱處打不少于3個探孔，以判斷凍土與槽壁的膠結(jié)情況。探孔在兩測溫孔之間布置，按照各探孔的布置在洞門上定點，然后用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿窩，窩直徑400 mm，窩深在200～400 mm，探孔打好后，即可用電錘穿透探孔內(nèi)剩下槽壁，最終探孔進(jìn)入凍土內(nèi)深度控制在10～15 cm。采用高精度的溫度計或測溫儀進(jìn)行量測，各探孔實測溫度必須低于－2℃。

3)槽壁鑿除。當(dāng)通過探孔實測溫度判斷凍結(jié)帷幕與槽壁完全膠結(jié)后，方可拔管，然后將槽壁全部破除，最后一層破壁時間不宜超過3 d，以防凍結(jié)帷幕融化，影響其強(qiáng)度。最后一層破壁須采用分層分塊進(jìn)行，防止破壞凍結(jié)帷幕，造成不良后果。

3.4 融沉注漿

融沉注漿技術(shù)要求:

1)融沉注漿應(yīng)配合測溫孔測溫及隧道變形監(jiān)測進(jìn)行。利用盾構(gòu)隧道管片上的預(yù)留注漿孔做為地層融沉注漿孔。注漿順序為:隧道底板→隧道兩側(cè)→隧道頂板。

2)融沉補(bǔ)償注漿材料以水泥—水玻璃雙液漿為主，單液水泥漿為輔。水泥—水玻璃雙液漿配比為:水泥和水玻璃的溶液體積比為1∶1，其中水泥漿水灰比為1∶1，水玻璃溶液采用 B35～B40水玻璃加1～2倍體積的水稀釋。注漿壓力不大于0.5 MPa，注漿范圍為整個凍結(jié)區(qū)。

3)當(dāng)隧道1 d沉降＞0.5 mm，或累計隧道沉降 ＞1.0 mm時，應(yīng)進(jìn)行融沉補(bǔ)償注漿;當(dāng)隧道隆起達(dá)到2.0 mm時應(yīng)暫停注漿。

4)凍結(jié)壁已全部融化，且未注漿的情況下，實測地層沉降持續(xù)2個月，每半個月不大于0.5 mm，即可停止融沉補(bǔ)償注漿。

3.5 融沉處理

融沉處理利用隧道內(nèi)預(yù)留的注漿孔，采取分層注漿的方法進(jìn)行處理。融沉注漿遵循少量多次的原則，注漿壓力不大于0.5 MPa。水灰比為(0.8～1.0)∶1，可根據(jù)注漿壓力情況進(jìn)行調(diào)整。融沉注漿結(jié)束的標(biāo)志是連續(xù)半個月不注漿，地表和隧道沉降不大于0.5 mm。起初應(yīng)增加監(jiān)測頻率，如果地面融沉過大，還需在井口部位安裝注漿孔直接注漿加固。

根據(jù)以往經(jīng)驗，融沉注漿總量一般為凍土體積的15%左右，經(jīng)計算該區(qū)域注漿體積約為15 m3，采取以下方法進(jìn)行跟蹤注漿控制融沉:①盾構(gòu)進(jìn)洞后利用卸壓孔進(jìn)行跟蹤注漿，控制融沉;②利用管片上注漿孔(在進(jìn)洞區(qū)域管片上設(shè)置注漿孔，每環(huán)6個)進(jìn)行跟蹤注漿，減少融沉。

4 結(jié)語

1)蘇州地鐵火車站站至東風(fēng)井區(qū)間DK13+449.996—DK13+464.000段盾構(gòu)進(jìn)出洞采用凍結(jié)法施工中，嚴(yán)格按設(shè)計組織施工，各工序銜接連貫，最終取得了良好效果，整個工程被評定為優(yōu)良。

2)實踐證明凍結(jié)法因其加固強(qiáng)度高、所需時間短、整體穩(wěn)定性好、隔水性能好等優(yōu)點，成為地鐵施工保護(hù)端頭建筑物，穿越富含水、穩(wěn)定性差軟弱地層的可靠方法。成為一項安全性好、可靠性高的含水軟土地層加固新技術(shù)，同時凍脹融沉的有效控制也為凍結(jié)法在市政工程中的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。

［1］劉典基．水平凍結(jié)加固土體中盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2008(5):580-585．

［2］夏江濤，蔡榮，楊平，等．水平凍結(jié)法施工杯型凍土壁溫度場影響參數(shù)分析［J］．鐵道建筑，2010(12):38-41．

［3］劉典基，陳饋．盾構(gòu)始發(fā)中水平凍結(jié)法的應(yīng)用［J］．建筑機(jī)械化，2008(8):44-48．

［4］周曉敏，蘇立凡，賀長俊，等．北京地鐵隧道水平凍結(jié)法施工［J］．巖土工程學(xué)報，1999(3):319-322．

［5］徐晶．凍結(jié)法在上海地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用［J］．中國市政工程，2004(5):63-65．

［6］曹紅林．地鐵隧道凍結(jié)法施工融沉控制方案及實施［J］．地下空間與工程學(xué)報，2010(2):387-395．

［7］岳豐田，張水賓，仇培云，等．地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固技術(shù)研究［J］．地下空間與工程學(xué)報，2006(S2):1341-1345．