水平凍結(jié)法在超長地鐵聯(lián)絡(luò)通道的應(yīng)用價值分析

張 齊

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100176）

0 引言

在地鐵施工項目中需要加強對地鐵區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道的施工，是地鐵工程質(zhì)量的重要保證，水平凍結(jié)法在超長地鐵聯(lián)絡(luò)通道中有著重要的應(yīng)用價值，該施工法要求布置水平凍結(jié)孔并形成凍土帷幕，通過凍結(jié)孔施工、積極凍結(jié)與維護凍結(jié)作業(yè)，以及開挖、構(gòu)筑施工，充分發(fā)揮水平凍結(jié)法的價值作用。

1 工程概況

以上海地鐵某聯(lián)絡(luò)通道作研究案例，該隧道內(nèi)徑5.5 m，上行線里程為SK14+899.956，下行線里程為XK14+903.065，采用11.036 m 隧道中心距，上行線隧道中心標(biāo)高是-22.221 m，下行線隧道的中心標(biāo)高-22.217 m。

施工位置地質(zhì)環(huán)境：集水井部為粉質(zhì)黏土層，通道主體位于灰色粉質(zhì)黏土層之中，聯(lián)絡(luò)通道上部位置屬于黏土層地質(zhì)，粉質(zhì)黏土層、灰色粉質(zhì)黏土層與黏土層地質(zhì)在較強動力作用下容易產(chǎn)生流變，這是由于其強度較低，具有較高的含水量與壓縮性[1]。此次工程施工充分考慮了施工當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境與土層特性，采用了水平凍結(jié)法。

2 地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)過程

地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)過程中要求布置水平凍結(jié)孔并形成凍土帷幕，設(shè)置凍結(jié)施工相關(guān)參數(shù)。

2.1 布置水平凍結(jié)孔并形成凍土帷幕

工程設(shè)置了68 個凍結(jié)孔，采用119.736 m 長冷排管以及474.004 m 長的凍結(jié)管。設(shè)計23～28 d 的凍土帷幕交圈時間，其間充分考慮凍土的發(fā)展速度、測溫孔的溫度以及凍結(jié)孔的最大間距，在凍結(jié)工作進行到第50 d 時，設(shè)計2.2 m 的凍結(jié)壁厚度，采用1.9 m 的喇叭口厚度。為了抵御土壓和水壓的作用，設(shè)置了凍結(jié)帷幕，并要求其平均溫度≤-10 ℃。

2.2 設(shè)置凍結(jié)施工相關(guān)參數(shù)

凍結(jié)施工相關(guān)參數(shù)值見表1。

表1 制冷施工相關(guān)參數(shù)

3 地鐵聯(lián)絡(luò)通道水平凍結(jié)法施工技術(shù)

上海地鐵某聯(lián)絡(luò)通道水平凍結(jié)法施工技術(shù)包括凍結(jié)孔施工、積極凍結(jié)與維護凍結(jié)作業(yè)以及開挖與構(gòu)筑施工。

3.1 凍結(jié)孔施工

凍結(jié)孔的開孔位置處結(jié)合測量放線的凍結(jié)孔位置進行選擇，孔位偏差≤100 mm。結(jié)合設(shè)計圖紙，凍結(jié)孔鉆進到制定的深度位置，采用開挖區(qū)外圍≤1.3 m 的成孔最大間距，以經(jīng)緯儀燈光測量方位角與傾角，為凍結(jié)孔的鉆進提供數(shù)據(jù)支持，采用≤150 mm 的凍結(jié)孔最大偏斜值[2]。

施工過程中，在管片上運用金剛石芯鉆開孔，規(guī)格為Φ120 mm，留下100 mm 的混凝土層不鉆透，其余要求全部鉆透。借助膨脹螺栓將孔口管固定在管片上，預(yù)埋孔口管規(guī)格為Φ121 mm×5 mm，之后安裝球閥，安裝過程中要求在孔口管靠近法蘭處設(shè)置一個6號注漿孔，將孔密封及防噴裝置安裝后再進行二次開孔作業(yè)，之后將殘留混凝土壁與保護層用鉆頭鉆透，鉆孔開孔作業(yè)如圖1 所示。

圖1 鉆孔開孔作業(yè)示意

3.2 積極凍結(jié)與維護凍結(jié)作業(yè)

絡(luò)通道施工過程中，采用聯(lián)運調(diào)試與單機調(diào)試方式調(diào)試完成站內(nèi)設(shè)備后，開展積極凍結(jié)作業(yè)，凍結(jié)之前要求檢查機組運行情況。積極凍結(jié)過程中，凍結(jié)7 d，設(shè)置≤2 ℃的去回路鹽水溫差，采用＜-20 ℃的去回路鹽水溫度。要求鹽水流量與鹽水溫度達到設(shè)計數(shù)值，否則需要延長凍結(jié)時間并加大鹽水泵泵量。加強對凍結(jié)情況的監(jiān)測，每天檢測并記錄孔溫度以及鹽水溫度，對于凍結(jié)中出現(xiàn)的異常情況做好記錄。凍結(jié)帷幕平均厚度與平均溫度的計算要結(jié)合每日得到的實測溫度數(shù)據(jù)。維護凍結(jié)階段指的是完成臨時支護后的工序，采用與積極凍結(jié)一致的凍結(jié)工序[3]。

3.3 開挖與構(gòu)筑施工

該聯(lián)絡(luò)通道施工中采用分區(qū)分層方式進行開挖作業(yè)，將集水井上部通道部分完成開挖之后再開挖集水井，開挖程序見圖2。采用0.55～0.8 m 的開挖步距，運用風(fēng)鎬開挖，這是由于施工空間受限，同時凍土強度較高的原因。將手稿和鐵鍬運用到中間凍結(jié)土體的開挖作業(yè)之中，除濕處理與淬火處理后再使用風(fēng)鎬。

圖2 聯(lián)絡(luò)通道施工作業(yè)示意

應(yīng)力會在開挖段周圍地層中呈重新分布狀態(tài)，在凍結(jié)帷幕上同時也會受到這種附加荷載的影響，使得凍結(jié)中出現(xiàn)變形現(xiàn)象。變形在超過一定的限度后會壓裂凍結(jié)管破壞凍結(jié)帷幕。因此在開挖作業(yè)過程中應(yīng)充分關(guān)注凍結(jié)壁位移情況，發(fā)現(xiàn)嚴重變形應(yīng)及時處理，進行臨時支護或者調(diào)整開挖步距，對暴露的凍土帷幕保溫，避免進一步化凍現(xiàn)象。

4 地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工支護方式

該地鐵某聯(lián)絡(luò)通道施工支護方式包括初期支護與二次支護。

4.1 初期支護

支護層作業(yè)即是初期支護，首先制作臨時支架，以設(shè)計好的尺寸拼接整榀鋼架，要求鋼架沒有錯臺、變形、側(cè)彎以及扭曲現(xiàn)象。在充分測量的基礎(chǔ)上定位鋼支架，注意避免出現(xiàn)鋼架下沉，鋼支架貼緊巖層放置，并墊墊紙。以法蘭盤連接各個單元，用Φ20 mm 螺紋鋼焊接不同的鋼支架使之構(gòu)成一個整體。

按照分段、分片、分層的順序開展混凝土噴射作業(yè)，采用≤6 m的分段長度，自下而上進行反復(fù)噴射。采用1∶0.45∶2.35∶2.17∶0.035（水泥、中砂或粗砂、卵石或碎石、速凝劑，配合比為水泥∶水∶砂∶石子∶速凝劑）。

4.2 二次支護

該地鐵某聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)層施工即是二次支護，二次支護過程要求充分結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道固有結(jié)構(gòu)的特殊性，施工第一位置是通道與喇叭口，之后挖集水井，完成后進行集水井底板的施工并澆筑鋼筋混凝土，采用P10 抗?jié)B等級以及C40 等級的混凝土。建設(shè)包括喇叭口在內(nèi)的水平通道，之后建設(shè)集水井，按照底板、側(cè)墻、拱頂?shù)捻樞驖仓ǖ阑炷?，按照底板、?cè)墻、井蓋的順序澆筑集水井的混凝土。

此次施工過程中采用了聯(lián)絡(luò)通道每榀鋼支架結(jié)構(gòu)，下料加工以及預(yù)組裝完成之后檢查相關(guān)尺寸，確保尺寸正確，之后進行大量生產(chǎn)。結(jié)合現(xiàn)場開挖施工斷面安裝鋼支架，設(shè)置0.7 m 的支架間距，相鄰鋼架之間以及鋼支架與開挖面都要確保足夠牢固。在出現(xiàn)超挖過大的情況下，對出現(xiàn)的空隙使用砂填實[4]。

5 結(jié)束語

上海地鐵某聯(lián)絡(luò)通道在施工過程中采用了水平凍結(jié)法，地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)過程中布置水平凍結(jié)孔并形成凍土帷幕，設(shè)置凍結(jié)施工相關(guān)參數(shù)，并進行凍結(jié)孔施工以及積極凍結(jié)與維護凍結(jié)作業(yè)，采用初期支護與二次支護的地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工支護方式，最終取得了較好的施工效果，水平凍結(jié)法在地下水極豐富的風(fēng)化地層施工中顯示出了重要的應(yīng)用價值，水平凍結(jié)法在上海地鐵某聯(lián)絡(luò)通道施工中成功實施，為其他相似的工程建設(shè)提供了一定的借鑒意義。