地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)管施工質(zhì)量控制

楊永豪

(中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司,江蘇無(wú)錫 214100)

1 工程介紹

1.1 工程概況

無(wú)錫地鐵3號(hào)線一期工程土建工程06標(biāo)段包含兩個(gè)地下車(chē)站 (永樂(lè)東路站、 金海里站)、三個(gè)盾構(gòu)區(qū)間(靖海公園站—永樂(lè)東路站區(qū)間、永樂(lè)東路站—金海里站區(qū)間、金海里站—太湖花園站區(qū)間)。其中金海里站—太湖花園站區(qū)間隧道設(shè)1座聯(lián)絡(luò)通道，與泵房合建，線間距13.574 m。對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為3.68 m左右，聯(lián)絡(luò)通道處隧道中心標(biāo)高-13.596 m，聯(lián)絡(luò)通道處隧道中心埋深17.276 m。永樂(lè)東路站—金海里站區(qū)間隧道設(shè)1座聯(lián)絡(luò)通道，與泵房合建，線間距12.570 m，對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為2.8 m左右，聯(lián)絡(luò)通道處隧道中心標(biāo)高-14.737 m，聯(lián)絡(luò)通道處隧道中心埋深17.537 m。聯(lián)絡(luò)通道均采用凍結(jié)法加固土體，礦山法施工。

凍結(jié)孔按上仰、近水平、下俯三種角度布置在通道四周，每個(gè)聯(lián)絡(luò)通道共布設(shè)71個(gè)凍結(jié)孔(含4個(gè)透孔)。其中隧道內(nèi)凍結(jié)站一側(cè)凍結(jié)孔數(shù)52個(gè)，對(duì)側(cè)隧道內(nèi)19個(gè)。設(shè)計(jì)測(cè)溫孔10個(gè)(其中凍結(jié)站一側(cè)3個(gè)，另一側(cè)7個(gè))，卸壓孔4個(gè)。

1.2 地質(zhì)水文情況

聯(lián)絡(luò)通道上部覆土為④/2層黏質(zhì)粉土夾粉砂、⑤/1層粉質(zhì)黏土、⑥/1層黏土，所處地層為④/2層黏質(zhì)粉土夾粉砂、⑤/1層粉質(zhì)黏土、⑥/1層黏土。地下水根據(jù)其埋藏條件，沿線地下水類(lèi)型為松散巖類(lèi)空隙水，包括潛水(二)、微承壓水(三)1及第Ⅰ承壓水(三)2。潛水(二)賦存于①/1雜填土，潛水穩(wěn)定水位埋深在地面下1.17～1.92 m之間，穩(wěn)定水位標(biāo)高在1.56～1.92 m左右。微承壓水(三)1含水層賦存于④/1黏質(zhì)粉土、④/2黏質(zhì)粉土夾粉砂中，穩(wěn)定水位埋深在1.64～1.69 m左右，標(biāo)高1.64～1.65 m，受周邊環(huán)境影響，水位起伏較明顯。第Ⅰ承壓水(三)2主要賦存于深部的砂性土層中(⑥/3黏質(zhì)粉土、⑦/2黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土)，賦水性中等，具有相對(duì)較好的封閉條件。水位埋深6.81 m，水位標(biāo)高為-3.47 m，水位受周邊環(huán)境影響較大。

因?yàn)槁?lián)絡(luò)通道上部為④/2層黏質(zhì)粉土夾粉砂層和⑤/1層粉質(zhì)黏土層，含水量較高，滲透系數(shù)大，自穩(wěn)能力差[1]，凍結(jié)管施工時(shí)易發(fā)生坍塌或涌水涌砂現(xiàn)象，施工風(fēng)險(xiǎn)高。凍結(jié)管施工質(zhì)量的好壞，決定了后期凍結(jié)效果能否保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定，能否確保開(kāi)挖順利進(jìn)行。因此，凍結(jié)管施工質(zhì)量的控制顯得尤為重要。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況，總結(jié)了以下控制要點(diǎn)。

2 凍結(jié)孔施工優(yōu)化

原凍結(jié)管設(shè)計(jì)時(shí)，未考慮鋼管片結(jié)構(gòu)形式和拼裝方式，導(dǎo)致一些凍結(jié)管孔位坐落在管片拼縫處，如按原設(shè)計(jì)點(diǎn)位放樣施工，將破壞管片與管片拼縫處的止水條，極大可能造成管片滲漏水。因隧道上部地層主要為粉砂層，打鉆過(guò)程發(fā)生涌水涌砂或地面坍塌的概率較高。因此，合理調(diào)整凍結(jié)管位置[2]和凍結(jié)管角度，適當(dāng)避開(kāi)管片拼縫處的止水條，能有效減少施工滲漏水風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，采取以下措施進(jìn)行控制。

2.1 凍結(jié)管位置優(yōu)化

受管片拼裝方式的影響，凍結(jié)管的設(shè)計(jì)不能完全考慮普通管片手孔位置和管片拼縫位置對(duì)凍結(jié)管的影響。原凍結(jié)管位置設(shè)計(jì)圖如圖1、圖2所示。

圖1 左線凍結(jié)孔開(kāi)孔位置

圖2 右線凍結(jié)孔開(kāi)孔位置

手孔的位置有管片螺栓，管片與管片之間靠通過(guò)從手孔位置穿入的管片螺桿連接，因此，如凍結(jié)管與手孔位置重合或有交叉，凍結(jié)管施工時(shí)，將對(duì)管片連接效果造成影響。此外，管片與管片拼縫處均設(shè)置有遇水膨脹止水條，管片拼縫的防水也主要靠止水條，如凍結(jié)管位置與管片拼縫交叉，施工時(shí)將極大概率破壞止水條，進(jìn)而影響管片止水效果。因此，必須對(duì)原凍結(jié)管的位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡量避開(kāi)管片手孔和管片拼縫，減少凍結(jié)管施工對(duì)管片的影響。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以將普通管片手孔和管片拼縫以及鋼管片肋板及拼裝拼縫反映到凍結(jié)管設(shè)計(jì)圖紙中，采用CAD等軟件，統(tǒng)計(jì)出與管片手孔和管片拼縫有沖突的凍結(jié)管，如圖3、圖4所示，再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖3 左線需調(diào)整的凍結(jié)孔位置

圖4 右線需調(diào)整的凍結(jié)孔位置

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該聯(lián)通通道管片手孔和管片拼縫處的凍結(jié)管一共有15根需作適當(dāng)調(diào)整。凍結(jié)管位置調(diào)整應(yīng)充分考慮凍結(jié)壁厚度，保證后期交圈效果，且凍結(jié)管位置調(diào)整應(yīng)配合設(shè)計(jì)角度的調(diào)整，才能起到良好的效果。

2.2 凍結(jié)管施工角度優(yōu)化

凍結(jié)管位置調(diào)整后，相應(yīng)的凍結(jié)管傾角也應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，以保證施工時(shí)不碰觸管片止水條(圖5)。

圖5 凍結(jié)管角度示意

如圖5所示，D32和D33凍結(jié)管傾斜角度為-19 °，管片厚度為350 mm，受管片結(jié)構(gòu)影響，凍結(jié)管與管片外弧面的距離實(shí)際比凍結(jié)管與管片內(nèi)弧面的距離要小，因凍結(jié)管直徑為φ89 mm，管徑較大，如果凍結(jié)管D32和D33施工角度不作調(diào)整，施工時(shí)凍結(jié)管外壁容易破壞管片止水條，影響管片止水效果。為降低此影響，可將該凍結(jié)管位置適當(dāng)下移，保證凍結(jié)管施工完成后，凍結(jié)管的管底位置不變，將傾角由設(shè)計(jì)的-19 °調(diào)整為-18 °，調(diào)整后凍結(jié)管如圖6所示。

圖6 凍結(jié)管角度調(diào)整后示意

這樣既能保證凍結(jié)交圈效果，又能降低凍結(jié)管施工對(duì)管片的影響。根據(jù)以上調(diào)整原則，對(duì)需要調(diào)整的15根凍結(jié)管進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的凍結(jié)管位置如圖7、圖8所示。

圖7 左線調(diào)整后的凍結(jié)孔位置

圖8 右線調(diào)整后的凍結(jié)孔位置

凍結(jié)管定位角和傾角前后對(duì)統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

通過(guò)以上調(diào)整，實(shí)際施工時(shí)，有效避免了對(duì)管片自身防水的破壞，聯(lián)絡(luò)通道施工完成后，管片滲漏水情況良好，無(wú)管片縫滲漏水和手孔滲漏水現(xiàn)象，取得了良好的效果。

3 測(cè)量放線的控制

受施工誤差影響，盾構(gòu)隧道推進(jìn)完成后，左右線聯(lián)絡(luò)通道的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置相比會(huì)有一定偏差，且左右線的鋼管片位置較大概率不在同一里程。因此聯(lián)絡(luò)通道軸線也不太可能與區(qū)間隧道相互垂直。聯(lián)絡(luò)通道軸線不能按照原設(shè)計(jì)軸線測(cè)量放樣，必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

受隧道管片上浮的影響，隧道的設(shè)計(jì)軸線標(biāo)高與成型隧道管片中心標(biāo)高也不會(huì)相同。但聯(lián)通通道標(biāo)高控制不能按照管片中心標(biāo)高進(jìn)行控制，必須按照設(shè)計(jì)標(biāo)高控制。

聯(lián)絡(luò)通道施工，標(biāo)高及軸線控制點(diǎn)可根據(jù)以下原則進(jìn)行控制。首先根據(jù)設(shè)計(jì)軸線及標(biāo)高，確定聯(lián)絡(luò)通道標(biāo)高控制高度?？刂茦?biāo)高確定后，再根據(jù)左右線鋼管片開(kāi)口側(cè)的管片拼縫的位置，如圖9所示的B點(diǎn)和C點(diǎn)，再根據(jù)B點(diǎn)和C點(diǎn)，計(jì)

表1 凍結(jié)管定位角和傾角前后對(duì)統(tǒng)計(jì)

圖9 聯(lián)絡(luò)通道軸線控制示意

算出聯(lián)絡(luò)通道的實(shí)際軸線，根據(jù)實(shí)際軸線，確定出A點(diǎn)和D點(diǎn)的位置，現(xiàn)場(chǎng)放出A點(diǎn)和D點(diǎn)，作為凍結(jié)管施工的軸線控制點(diǎn)和后期聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖的標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)。

4 施工過(guò)程控制

4.1 鉆機(jī)定位控制

鉆機(jī)定位及固定，直接影響到凍結(jié)管施工角度和質(zhì)量。如果鉆機(jī)定位角度不對(duì)，或者固定不牢固，輕則造成凍結(jié)管偏位，重則造成凍結(jié)管斷裂。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，鉆機(jī)平臺(tái)采用鋼管架搭設(shè)，鉆機(jī)采用四個(gè)5 t手拉葫蘆固定，鉆機(jī)傾角利用前后各兩個(gè)手拉葫蘆的鏈條長(zhǎng)短控制。因鉆進(jìn)時(shí)鉆桿受反作用力的影響，鉆機(jī)會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，可加焊鋼管斜撐加以固定，避免鉆進(jìn)時(shí)移位造成凍結(jié)管偏移，影響凍結(jié)施工精度[3]。

表2 凍結(jié)管偏鉆統(tǒng)計(jì)

由以上可知，凍結(jié)管傾角為正時(shí)，終孔位置垂直偏移量較大，凍結(jié)管長(zhǎng)度越長(zhǎng)，終孔位置垂直偏移量越大。因此，在鉆機(jī)定位時(shí)，可將傾角為正的凍結(jié)管，適當(dāng)增加0.5～1 °的傾角角度，可抵消凍結(jié)管偏鉆產(chǎn)生的影響，保證凍結(jié)管位置。

4.2 鉆孔施工時(shí)漏水、漏砂的控制

4.2.1 開(kāi)孔

凍結(jié)孔開(kāi)孔分一開(kāi)、二開(kāi)來(lái)控制泥漿涌出。管片厚350 mm，一開(kāi)的深度達(dá)到250 mm時(shí)停止取芯鉆進(jìn)，安裝孔口管[5]?？卓诠艿聂~(yú)鱗扣上纏好麻絲或棉絲等密封物，然后涂抹密封膠或快硬水泥，將孔口管砸進(jìn)去，四周設(shè)置膨脹螺栓，和孔口管之間用等直徑鋼筋焊接，然后裝上DN125閘閥，再將閘閥打開(kāi)，用開(kāi)孔器從閘閥內(nèi)二次開(kāi)孔，一直將混凝土管片開(kāi)穿，出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象及時(shí)關(guān)閉閘門(mén)。閘閥后側(cè)安裝壓緊裝置，采用螺栓與閘閥連接。在鉆孔孔口管上的預(yù)留注漿口，間隔式注漿[6]，以單液漿為主。孔口密封裝置見(jiàn)圖10。

圖10 孔口密封裝置示意

4.2.2 鉆進(jìn)

采用由上而下的順序進(jìn)行施工，防止下層凍結(jié)管施工引起的上部地層擾動(dòng)[7]。凍結(jié)管鉆進(jìn)采用跟管法鉆進(jìn)技術(shù)。將鉆頭裝入壓緊裝置內(nèi)，壓緊裝置與凍結(jié)管之間縫隙采用盤(pán)根填充，起到隔水的目的。為防止鉆孔時(shí)泥水從凍結(jié)管內(nèi)涌出，在凍結(jié)管前段設(shè)置鉆頭，內(nèi)部安裝單向閥，單向閥如圖11所示。單向閥裝入凍結(jié)管內(nèi)，拼縫處焊接密實(shí)、牢固。凍結(jié)管施工完成后，采用絲堵封閉好孔底部，絲堵形式見(jiàn)圖12，絲堵與單向閥連接效果圖如圖13所示。

圖11 單向閥

圖12 單向閥絲堵

圖13 單向閥與絲堵連接效果

首先采用干式鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)費(fèi)勁不進(jìn)尺時(shí)，從鉆機(jī)上進(jìn)行注水鉆進(jìn)，同時(shí)打開(kāi)孔口管上的小閥門(mén)，觀察出水、出砂情況，利用閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制出漿量，凍結(jié)管施工完成后，并從孔口管下方小閥門(mén)處注漿[8]，補(bǔ)償鉆孔過(guò)程中泥土流失，保證地面安全，不出現(xiàn)沉降。

4.2.3 鉆孔注意事項(xiàng)及相關(guān)措施

首先將新發(fā)現(xiàn)的軟件缺陷錄入到系統(tǒng)中，然后利用該系統(tǒng)對(duì)軟件缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，一方面可以利用建立的缺陷統(tǒng)計(jì)模型和缺陷分析模型對(duì)軟件缺陷進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，如軟件問(wèn)題按嚴(yán)重性等級(jí)統(tǒng)計(jì)等。同時(shí)，也可以利用基于ODC的分析統(tǒng)計(jì)模型對(duì)軟件缺陷進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，如軟件問(wèn)題按缺陷目標(biāo)統(tǒng)計(jì)、按缺陷影響統(tǒng)計(jì)等。

(1)發(fā)生凍結(jié)管滲漏或斷裂時(shí)，停止作業(yè)(必須正常運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備和系統(tǒng)除外)，采取下放套管、關(guān)閉孔口閥、壓緊孔口裝置、實(shí)施注漿的措施。

(2)打設(shè)凍結(jié)孔時(shí)有鉆孔突水、涌砂的可能?？刹扇∫韵麓胧┨幚恚孩偌哟筱@具推力，強(qiáng)行頂入套管。②利用原鉆具系統(tǒng)注漿，漿液選用水泥、水玻璃或丙烯酸鹽類(lèi)漿液。③必要時(shí)壓緊孔口管密封裝置，封閉該孔。

(3)鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)凍結(jié)孔傾斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏[9]。

(4)下好凍結(jié)管后，進(jìn)行凍結(jié)管長(zhǎng)度的復(fù)測(cè)，然后再用經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)斜并繪制鉆孔偏斜圖。

(5)凍結(jié)管安裝完畢后，用堵漏材料密封凍結(jié)管與管片之間的間隙[10]。

4.3 凍結(jié)管連接質(zhì)量控制

凍結(jié)管之間采用套管絲扣連接，接頭螺紋緊固后再用手工電弧焊焊接，確保其同心度和焊接強(qiáng)度[8]，凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后密封頭部。

本工程凍結(jié)管施工完成，通過(guò)對(duì)完工的凍結(jié)管進(jìn)行打壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)共計(jì)7個(gè)凍結(jié)管打壓試驗(yàn)不合格。對(duì)打壓不合格情況進(jìn)行了認(rèn)真梳理，對(duì)可能導(dǎo)致打壓不合格的項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查、分類(lèi)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)分析影響凍結(jié)管連接質(zhì)量的因素，歸納起來(lái)有人、材、機(jī)、環(huán)、法五個(gè)方面。

(1)焊工技術(shù)能力不足，焊接質(zhì)量不能保證。

(2)施工環(huán)境較差，空氣濕度高，焊條受潮。

(3)焊接后急于鉆進(jìn)，凍結(jié)管焊縫遇水后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，焊縫變脆，鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生裂紋，在焊接頭薄弱處拉裂[11]。

(4)凍結(jié)管質(zhì)量不滿(mǎn)足要求。

(5)凍結(jié)管堵頭安裝不緊或安裝不到位，堵頭密封圈未安裝或安裝時(shí)損壞。

(6)壓力表故障或安裝不到位，接頭處密封不嚴(yán)。

經(jīng)過(guò)逐一排查，得出主要原因?yàn)閴毫Ρ砉收匣虬惭b不到位，接頭處密封不嚴(yán)造成不合格的共計(jì)5個(gè)，占不合格數(shù)的71.4 %。凍結(jié)管堵頭安裝不緊或安裝不到位，堵頭密封圈未安裝或安裝時(shí)損壞的原因造成不合格的共計(jì)1個(gè)，占14.3 %。焊接后急于鉆進(jìn)，凍結(jié)管焊縫遇水后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，焊縫變脆，鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生裂紋的原因造成不合格的共計(jì)1個(gè)，占14.3 %。

其中，雖然壓力表故障或安裝不到位，接頭處密封不嚴(yán)的原因比例較高，但不能反映凍結(jié)管施工本身的質(zhì)量情況，只需重新更換壓力表或重新安裝到位后即可重新進(jìn)行檢查。而后兩種原因則會(huì)對(duì)凍結(jié)管質(zhì)量起到關(guān)鍵影響。能夠反映出凍結(jié)管質(zhì)量不滿(mǎn)足要求，有滲漏水。經(jīng)反復(fù)打壓確認(rèn)凍結(jié)管施工質(zhì)量不合格后，可通過(guò)在原凍結(jié)管周邊補(bǔ)孔，或者在凍結(jié)管里面安裝套管的方法彌補(bǔ)。但在周邊補(bǔ)孔，會(huì)增加施工成本，補(bǔ)孔位置不合適，也會(huì)影響凍結(jié)壁交圈，影響凍結(jié)效果。如安裝套管，會(huì)影響后期冷量傳遞，使該凍結(jié)管凍土發(fā)展速度降低。

針對(duì)以上問(wèn)題，在另一個(gè)聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)管施工中，采用優(yōu)質(zhì)的凍結(jié)管，選擇熟練的焊接工進(jìn)行凍結(jié)管焊接，施焊前，清理干凈管端污物，如水、泥土、油污等[12]。凍結(jié)管焊接完成后，敲掉表面焊渣，逐圈檢查焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及時(shí)補(bǔ)焊，凍結(jié)管焊接完成后，進(jìn)行焊縫層間錘擊，降低焊接應(yīng)力。并靜置一段時(shí)間后再繼續(xù)鉆進(jìn)，另一個(gè)聯(lián)絡(luò)通道施工完成后，經(jīng)過(guò)打壓試驗(yàn)，凍結(jié)管連接質(zhì)量得到了有效控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

在地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中，采用凍結(jié)法加固土體，凍結(jié)管施工質(zhì)量的好壞直接影響凍結(jié)帷幕的交圈質(zhì)量，是保障后期聯(lián)絡(luò)通道安全開(kāi)挖的前提，在施工中要高度重視，不得馬虎。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，制定切實(shí)可行的優(yōu)化方案，通過(guò)測(cè)量放線，控制聯(lián)絡(luò)通道軸線及凍結(jié)管定位角及傾角，施工中采取針對(duì)性措施，提高凍結(jié)管施工位置精度，加強(qiáng)凍結(jié)管連接質(zhì)量控制，做到以人為本，責(zé)任清楚，措施到位，管理縝密，確保安全質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可為類(lèi)似施工提供一定參考。