道路施工技術(shù)職稱(chēng)范文冷凍法在聯(lián)絡(luò)通道的應(yīng)用

　　摘 要：城市地鐵的區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工由于受地面、地下、空間等諸多因素的限制，施工難度較大，冷凍法技術(shù)在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工中具有很強(qiáng)的實(shí)用性和操作性。

　　關(guān)鍵詞：冷凍法,地鐵,區(qū)間隧道,聯(lián)絡(luò)通道

　　1 引言

　　冷凍法施工工藝最早出現(xiàn)在歐洲，在礦井施工中廣泛使用，其工藝就是利用冷凍機(jī)對(duì)冷凍液進(jìn)行降溫，并通過(guò)循環(huán)管路輸送到需要冷凍的區(qū)域，并保持溫度，使溫度向外擴(kuò)散產(chǎn)生凍結(jié)效果。因其安全系數(shù)高，工作環(huán)境因無(wú)水而施工方便，在我國(guó)早期主要應(yīng)用于礦山垂直巷道的施工。近年來(lái)，隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的開(kāi)發(fā)建設(shè)，天津的城市軌道交通得以迅猛發(fā)展，冷凍法工藝在天津地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工中也逐步得以運(yùn)用和推廣。

　　2 工程概況

　　天津地鐵9號(hào)線某標(biāo)段聯(lián)絡(luò)通道工程，通道拱頂覆土深度約17.5m，區(qū)間左、右線隧道中心距離13m，通道開(kāi)挖區(qū)域處于第Ⅳ陸相層粉質(zhì)粘土和粉沙層上，該土層液限平均在27%，且可塑性強(qiáng)，為可塑和軟塑狀態(tài)，孔隙率0.68～0.77，原設(shè)計(jì)為地面旋噴樁加固，考慮交通導(dǎo)行、管線切改、拆遷、以及在過(guò)深土體中的加固效果差等綜合因素的影響，決定采用凍結(jié)法施工。

　　3 冷凍法施工

　　冷凍法施工工藝流程為鉆凍結(jié)孔、埋凍結(jié)管→冷凍系統(tǒng)安裝→積極凍結(jié)→圍護(hù)凍結(jié)、開(kāi)挖構(gòu)筑→停凍→融沉注漿。

　　3.1 開(kāi)孔鉆進(jìn)施工

　　開(kāi)孔前，結(jié)合結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)凍結(jié)管的長(zhǎng)度、數(shù)量、位置及角度等進(jìn)行充分的計(jì)算，本案例凍結(jié)孔設(shè)計(jì)間距0.8～1.0m，總共設(shè)置凍結(jié)孔77個(gè)，凍結(jié)線路循環(huán)長(zhǎng)度785m 。為考慮通道底泵房施工方便和安全，以及凍結(jié)管道打設(shè)到右線后產(chǎn)生偏差，在右線隧道內(nèi)的通道頂部和底部也打設(shè)若干凍結(jié)管，與左線凍結(jié)管連接成一體共同作用，確保凍結(jié)效果滿足設(shè)計(jì)要求。

　　在布孔范圍內(nèi)先打若干小探孔，探測(cè)地層穩(wěn)定情況，若發(fā)現(xiàn)砂層，立即進(jìn)行雙液注漿，以提高孔口附近土體穩(wěn)定性。待開(kāi)孔條件具備之后，在隧道內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)圖現(xiàn)場(chǎng)放樣孔位，開(kāi)孔前先將金剛石取芯鉆機(jī)的導(dǎo)向基座固定在孔位附近，用地質(zhì)羅盤(pán)對(duì)導(dǎo)向軌進(jìn)行方向和角度復(fù)核，然后進(jìn)行開(kāi)孔，控制孔位偏差在1%以?xún)?nèi)。

　　為防止開(kāi)孔后發(fā)生涌沙涌水現(xiàn)象，采用特殊孔口管進(jìn)行孔口防護(hù)，兩次鉆進(jìn)的方法進(jìn)行開(kāi)孔，首先用金剛石鉆機(jī)開(kāi)出一個(gè)稍大的孔(Φ120mm)用于安裝封口管(此時(shí)不能鉆透管片，以防涌水)，封口管一端安裝法蘭和閥門(mén)，同時(shí)在側(cè)面預(yù)留φ25mm注漿孔(兼做逆止閥)，如果封口管處漏水涌泥，則從逆止閥中注入漿液，然后從閥門(mén)內(nèi)用小直徑鉆頭打穿管片，并迅速將凍結(jié)管打入。

　　當(dāng)右線也具備施工條件時(shí)，最好打設(shè)凍結(jié)管以利于泵房施工和彌補(bǔ)凍結(jié)管遠(yuǎn)端打設(shè)偏差，為保證凍結(jié)管能連成一體，從左線用強(qiáng)制水平鉆機(jī)打設(shè)四個(gè)對(duì)穿孔，一方面用于檢驗(yàn)左右線鋼管片的里程差異以便調(diào)整通道的位置，另一方面用于將左線的循環(huán)管路引到右線，鉆桿就用凍結(jié)管，在凍結(jié)管的前端裝上鉆頭即可，鉆進(jìn)角度嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)圖控制，對(duì)穿孔在后期還用作凍結(jié)回路的一部分。除了對(duì)穿孔用強(qiáng)制水平鉆機(jī)鉆進(jìn)外，其余的凍結(jié)管均用夯管錘強(qiáng)行夯入土體。此時(shí)需要將凍結(jié)管的前端做成平口(若做成錐狀，在夯進(jìn)過(guò)程中遇到硬物后容易發(fā)生偏移)，孔端密封焊接，這樣保證在在夯進(jìn)過(guò)程中土體始終處于密封狀態(tài)。凍結(jié)管加長(zhǎng)時(shí)，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。

　　鉆進(jìn)過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏，下好凍結(jié)管后，用燈光測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜。凍結(jié)管長(zhǎng)度和糾偏合格后，再進(jìn)行密封打壓實(shí)驗(yàn)，確保管路密封良好。凍結(jié)管考慮安全系數(shù)，比設(shè)計(jì)加長(zhǎng)0.3m，安裝完成后，以?xún)鼋Y(jié)管作為回液管，在凍結(jié)管內(nèi)插入供液管，將凍結(jié)管端蓋焊接密封，凍結(jié)回路單管示意圖如圖3所示：

　　當(dāng)凍結(jié)管打設(shè)完成后，根據(jù)凍結(jié)部位的不同，將全部?jī)鼋Y(jié)管分成若干組，每組3～5根進(jìn)行串連，然后并聯(lián)到凍結(jié)主回路上，這樣可以克服循環(huán)管路過(guò)長(zhǎng)、熱量不易交換的缺點(diǎn)，便于節(jié)省費(fèi)用和縮短凍結(jié)工期，如圖4所示。

　　3.2 凍結(jié)系統(tǒng)安裝

　　經(jīng)計(jì)算，選用TBSJ055.1型螺桿機(jī)組一臺(tái)套，在安裝循環(huán)管路時(shí)盡量縮短冷凍管長(zhǎng)度，以免使凍結(jié)能量損失過(guò)多，凍結(jié)干管過(guò)長(zhǎng)時(shí)，要每隔一段距離(30m左右)要加設(shè)一個(gè)橡膠短管，防止管道熱脹冷縮而破壞。在系統(tǒng)安裝完成后，先檢查凍結(jié)管的密封情況，出現(xiàn)滲漏立即補(bǔ)救，檢滲完成后，安裝保溫層，并在隧道襯砌內(nèi)壁上安裝隔熱板，即可開(kāi)始凍結(jié)。

　　3.3 輔助措施

　　測(cè)溫孔和卸壓孔(壓力觀測(cè)孔)是監(jiān)測(cè)凍土帷幕形成過(guò)程和形成狀況的必要檢查手段，測(cè)溫孔主要用以實(shí)測(cè)溫度來(lái)計(jì)算凍結(jié)壁厚度;泄壓孔則驗(yàn)證凍結(jié)壁的形成與否。當(dāng)形成凍結(jié)交圈后，開(kāi)挖土體由于凍結(jié)壁的膨脹而產(chǎn)生壓力增加的現(xiàn)象，一般為增加0.1~0.3MPa，以此可以判斷凍結(jié)壁已經(jīng)形成，同時(shí)通過(guò)卸壓孔可以卸除凍結(jié)壁內(nèi)的開(kāi)挖土體在凍結(jié)過(guò)程中增加的壓力，避免造成隧道變形等破壞。為保證監(jiān)測(cè)孔全面反映凍結(jié)狀況，布設(shè)的凍土帷幕測(cè)溫孔和卸壓孔須具代表性：

　　(1)在左、右線凍土帷幕的上、下、左、右四個(gè)方向布置共計(jì)8個(gè)測(cè)溫孔，由于凍結(jié)管從一條隧道內(nèi)呈放射狀打設(shè)，凍結(jié)管末端間距較大，因此測(cè)溫孔盡量布置在遠(yuǎn)端終孔間距較大處 。

　　(2)在擬開(kāi)挖未凍結(jié)的核心土區(qū)域兩側(cè)各布置一個(gè)卸壓孔，在對(duì)面隧道未凍區(qū)域上下各布置一個(gè)卸壓孔;

　　3.4 積極凍結(jié)

　　就是指滿足設(shè)計(jì)要求、具備開(kāi)挖條件之前的凍結(jié)過(guò)程，注意每天溶液溫度變化和氣溫變化，一般前7天溫度下降明顯，鹽水(氯化鈣溶液)溫度從大氣溫度迅速降至-20℃左右，在-20℃度左右則會(huì)在短期時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生小幅波動(dòng)，同時(shí)對(duì)泄壓孔進(jìn)行觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)壓力表讀數(shù)會(huì)上下波動(dòng)，在開(kāi)挖前達(dá)到0.3MPa(開(kāi)挖前必須卸壓)，這一階段維持約7～8天，這表明，擬開(kāi)挖的土體由于土量有限，熱量交換已經(jīng)趨于平衡，而外側(cè)土體已經(jīng)開(kāi)始凍結(jié)并慢慢擴(kuò)散，開(kāi)始逐步形成凍結(jié)交圈，并對(duì)開(kāi)挖土體產(chǎn)生附加壓力。之后溫度每天下降0.5℃～1.5℃，到-30℃左右基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行開(kāi)挖。

　　3.5 維護(hù)凍結(jié)及開(kāi)挖構(gòu)筑

　　維護(hù)凍結(jié)是指凍結(jié)帷幕形成、達(dá)到開(kāi)挖構(gòu)筑的條件后，適當(dāng)提高鹽水溫度，保證安全開(kāi)挖條件下的凍結(jié)過(guò)程。當(dāng)判斷凍土帷幕與隧道完全膠結(jié)后，要進(jìn)行探孔檢測(cè)，確認(rèn)凍土帷幕內(nèi)土層基本無(wú)壓力后再進(jìn)行正式開(kāi)挖，開(kāi)挖前準(zhǔn)備足夠的應(yīng)急預(yù)案及搶險(xiǎn)物資，正式開(kāi)挖后，根據(jù)凍土帷幕的穩(wěn)定性，可適當(dāng)提高鹽水溫度，進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)，但鹽水溫度不應(yīng)高于-22℃。

　　聯(lián)絡(luò)通道分上下兩層，上層為通道，下層為泵房，開(kāi)挖構(gòu)筑也分層兩步進(jìn)行。工藝流程為：開(kāi)挖通道→通道初襯(鋼拱架、網(wǎng)噴砼)→防水層敷設(shè)→二襯(鋼筋混凝土)→開(kāi)挖泵房→泵房初襯(網(wǎng)噴砼)→防水層敷設(shè)→泵房二襯(鋼筋混凝土)。

　　(1)為保證拆除鋼管片后的隧道不變形，在拆除臨時(shí)鋼管片前，事先在左、右線隧道內(nèi)臨時(shí)鋼管片兩側(cè)各安裝安裝兩榀環(huán)向支架，消除開(kāi)挖過(guò)程中永久管片的徐變，保證受力平衡，如圖5所示：

　　(2)拆除臨時(shí)鋼管片之前，先將永久鋼管片的接縫全部滿焊，既能防止拆除時(shí)管片變形，又能防止接縫在施工中松動(dòng)，導(dǎo)致漏水涌泥。還要設(shè)置一道安全屏蔽門(mén)，屏蔽門(mén)必須與永久鋼管片滿焊，保證其密封性良好，一旦臨時(shí)鋼管片拆除后，發(fā)現(xiàn)水土有涌出跡象，就需要迅速關(guān)閉安全門(mén)，進(jìn)行加固和重新凍結(jié)，防止造成地面塌陷確保地面和地下安全。不過(guò)由于開(kāi)挖土體在凍結(jié)壁厚度范圍以外的非凍結(jié)區(qū)域，打開(kāi)洞門(mén)以后必須首先釬探凍結(jié)壁的邊沿位置與設(shè)計(jì)的偏差，并且用回彈儀粗測(cè)凍結(jié)壁的強(qiáng)度，如果能滿足設(shè)計(jì)要求，則擬開(kāi)挖土體產(chǎn)生緩慢變形屬正常現(xiàn)象。

　　(3) 拆除臨時(shí)鋼管片時(shí)，用兩個(gè)導(dǎo)鏈配合，10T導(dǎo)鏈作為主導(dǎo)鏈，2T導(dǎo)鏈作為輔助導(dǎo)鏈，將臨時(shí)管片拉出，如圖6所示。

　　(4) 臨時(shí)鋼管片拆除后，按照傳統(tǒng)的礦山法完成開(kāi)挖、鋼拱架支護(hù)、網(wǎng)噴砼、施做防水、二襯、監(jiān)測(cè)及背后注漿等工序。

　　3.6 停止凍結(jié)及融沉注漿

　　待通道結(jié)構(gòu)施做完成后，再開(kāi)挖通道底部的泵房，待泵房結(jié)構(gòu)施工完成、二襯砼強(qiáng)度達(dá)到90%后即可全部停止凍結(jié)了。由于冷凍法施工土體受凍會(huì)膨脹，在融化中會(huì)沉降，要及時(shí)注漿，主要填充初襯和二襯之間不易筑滿砼的拱部空隙，避免造成地面變形過(guò)大。

　　3.7施工中注意事項(xiàng)

　　(1)在盾構(gòu)區(qū)間施工時(shí)，要認(rèn)真進(jìn)行管片的排列布置，嚴(yán)格控制第一環(huán)管片的位置，以免左右線聯(lián)絡(luò)通道的鋼管片錯(cuò)位過(guò)大，導(dǎo)致通道的兩端無(wú)法準(zhǔn)確連接。

　　(2)盾構(gòu)區(qū)間隧道左、右線掘進(jìn)到聯(lián)絡(luò)通道里程的前后時(shí)，要對(duì)水土及時(shí)取樣分析，為聯(lián)絡(luò)通道的施工提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。

　　(3)凍結(jié)工序一旦開(kāi)始后，中途不得停電，避免土體反復(fù)凍融，破壞了凍結(jié)土體中的熱量傳遞路徑，導(dǎo)致凍結(jié)效果不理想。

　　4施工效果

　　(1) 根據(jù)朗金土壓力理論公式，聯(lián)絡(luò)通道頂部土壓力僅為0.32MPa，隧道在掘進(jìn)到通道部位時(shí)，土倉(cāng)壓力也僅用0.29MPa就達(dá)到了土壓平衡;而沿開(kāi)挖輪廓線一周對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行回彈儀實(shí)測(cè)，計(jì)算出凍結(jié)壁的邊緣強(qiáng)度達(dá)到6.5MPa，足以抵抗通道頂部和側(cè)面的壓力(設(shè)計(jì)為3MPa);

　　(2)開(kāi)挖土體被凍結(jié)住，核心土體溫度降到-1℃;沿開(kāi)挖成型的輪廓一周向內(nèi)約25cm范圍的土體，存在明顯的結(jié)霜現(xiàn)象，以此為凍結(jié)壁的內(nèi)邊沿，推算凍結(jié)壁的厚度最薄處2.4m，最厚處達(dá)到2.6m，遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)需要的1.2~1.6m;說(shuō)明所用冷凍機(jī)組的功率完全能滿足凍結(jié)施工的需要，實(shí)際操作中積極凍結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可適當(dāng)縮短，原設(shè)計(jì)的35d左右滿足開(kāi)挖要求。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　該法在天津地鐵9號(hào)線某標(biāo)段聯(lián)絡(luò)通道工程成功實(shí)施表明：冷凍法施工工藝對(duì)天津地區(qū)是比較適用的，施工過(guò)程中安全及質(zhì)量完全可以得到保證。地鐵盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)端及接受端的端頭土體加固施工，由于受水文、地質(zhì)及周邊施工環(huán)境(如管線、建筑物等)制約，凍結(jié)法進(jìn)行端頭加固也具有很強(qiáng)的優(yōu)越性。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　(2)《盾構(gòu)法隧道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范· DGJ08-233-1999》;

　　(3)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范· GB50204-2002》;

　　(4)《地下防水工程施工及驗(yàn)收規(guī)范· GBJ208-83》;

　　(5)《煤礦井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范·GBJ213-90》;

　　(6)《建井工程手冊(cè)(1984)》。