中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 广东深圳 518000
摘要：随着城市地铁不断发展，区间联络通道施工受复杂地层、周边环境恶劣、埋深大、地层水位高、地质条件差的影响越来越普遍，针对位于高承压水、粉土粉砂地层、河流下方联络通道施工技术难点，使用冷冻法施工联络通道。本文以苏州市轨道交通5号线榭雨街站～葑亭大道站（中间风井）区间联络通道工程实例，对冷冻法施工联络通道关键技术进行了详细论述。总结了冷冻法施工联络通道的准备工作、施工过程中各工序衔接、总结了高承压水、粉土粉砂地层、河流下方施工联络通道关键技术，有效的避免了施工过程中涌水、涌砂的风险，切实保证联络通道施工安全和周边建（构）筑物的安全。
关键词：高承压水；粉土粉砂地层；冷冻法；联络通道；河流下方
1.工程概况
1.1联络通道工程概况
榭葑区间1#联络通道无泵房，里程为YDK39+220.000（ZDK39+202.324），联络通道线间距为16.584m，左（右）线轨顶面标高分别为-18.987（-19.065），地面标高1.92，联络通道覆土厚度约为16.66m。联络通道及泵房开挖前采用冻结法加固，加固完成后采取矿山法施工。联络通道结构为曲拱直墙断面，泵房为矩形结构。联络通道净宽设计为2.5m，门洞净高2.75m。支护结构型式为复合式衬砌，初期支护由250mm厚C25喷射混凝土、工字钢钢架、钢筋网组成；二次衬砌采用400mm厚C35、P10模筑钢筋混凝土结构。初期支护与二次衬砌间设置全包防水隔离层。
1.2水文地质情况
榭雨街站～葑亭大道站区间联络通道位于④2层灰色粉砂、⑤1层灰色粉质粘土、⑦2层粉砂；区间隧道范围内约有1/2断面为粉砂层，透水性极强。
场地地下水类型及特征：
1）孔隙潜水：详勘期间钻探孔内测得的混合地下水稳定埋深一般为0.80～2.40m，其绝对标高一般为2.59～0.42m之间，初见水位与稳定水位相当。
2）微承压水：微承压水主要赋存于第③3层砂质粉土、④2a层粘质粉土夹粉质粘土、④2层粉砂及⑤2层粘质粉土夹粉质粘土中。
3）承压水：赋存于第⑦2a层砂质粉土、⑦2层粉砂、⑦4a层粘质粉土夹粉质粘土、⑦4层粉砂及⑨层粉砂中。
1.3地理位置及周边环境
图1-1 榭雨街站～葑亭大道站区间1#联络通道及泵房对应地面情况
1.4高承压水、粉土粉砂地层、河流下方联络通道施工过程中风险分析
榭雨街站~葑亭大道站1#联络通道地层条件较差（高承压水、粉土粉砂地层）、周边环境复杂（河流下方）、地层水位高、埋深大等诸多恶劣条件。根据榭葑区间联络通道周边环境情况可知：如突发意外情况（涌水、涌啥、隧道塌陷、河水倒灌），根据现场周边环境情况，联络通道地表不具备抢险条件，一旦发生意外突发情况，社会危害及社会影响均较大。
2.施工工艺及冷冻法方案设计
2.1施工工艺及流程
冷冻法施工联络通道原理为在隧道内利用水平孔和倾斜孔冻结加固地层，使联络通道外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻土帷幕，然后在冻土中采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工。
图2-1 联络通道冻结施工流程
2.2冻结帷幕设计
根据设计资料，1#联络通道埋深16.66m；联络通道垂直土压力（P）和侧向上、下荷载（Ps、Px），按下式计算：[注：由于冻胀，土体向上膨胀，上部土体产生被动土压力，上、下垂直土压力应相等。]
P=γ·H=γ·（Ho+Hx）+20=302.1（kPa）
Pcs=ξ·Ps=ξ·γ·（Ho-Hs）=227.4（kPa）
Pcx=ξ·Px=ξ·γ·（Ho-Hs+h）=285.6（kPa）
式中：γ——土的容重，约为18kN/ m3（地面超载20 kN /m2）；
H——计算点的土的埋深；Ho——联络通道中心点的土的埋深；
Hx、Hs——联络通道下部、上部冻结管到联络通道中心线的距离；
ξ——侧压力系数，取0.56；h——开挖净高+冻土厚度；
图2-2 联络通道冻结帷幕受力简图
根据计算结果及工程经验1#通道冻土帷幕厚度为1.9m
2.3冻结孔布置
联络通道冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在通道及泵站的四周。联络通道布置冻结孔68个，测温孔9个，卸压孔4个。联络通道及泵房布置冻结孔79个，测温孔10个，卸压孔4个。在每个联络通道腰部设置4个透孔，供副线隧道冻结孔和冷冻排管需要。
2.4冻结参数确定
（1）设计盐水温度为-28℃～-30℃。
（2）冻结孔单孔流量不小于5m3/h。
（3）盐水下降规律：积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下；积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下
（4）设计积极冻结时间为45天。
（5）冻结需冷量由下式计算：Q=1.2×π×d×H×K
式中：H—冻结总长度（含冻排管长度）；
d—冻结管直径；0.100 m；
K—冻结管散热系数；280Kcal/h·m2。
则可算出冻结需冷量：
榭雨街站～葑亭大道站区间1#联络通道约为：54500.15Kcal/h；
3.针对高承压水、粉土粉砂地层、河流下方冷冻法施工联络通道关键技术
3.1施工准备注意事项
（1）盾构掘进期间加强对拟建联络通道位置进行二次补偿注浆，专业分包单位应在联络通道打孔施工前，对拟建联络通道位置再次进行注浆。注浆范围为旁通道结构范围前后各 10 环管片。
（2）联络通道施工实行“3-5”控制标准，即：施工现场至少 5 名主要管理人员，实际打孔在设计基础上多打5个孔，冻结时间比设计多增加 5天。
（3）充分调查联络通道周边工程环境，并要求专业分包单位将旁通道地面平面位置图、地质剖面图、结构周边 20m 范围内建（构）筑物和管线图、冻结帷幕设计图、相应工序的作业规程、验收标准等关键内容以图示形式张挂于施工现场。
（4）加强对施工现场的监管，作业面与值班室应有固定电话、对讲机及视频监控系统等。
（5）联络通道施工期间相关的应急物资必须存放现场，建立应急物资 台账，不得用于日常施工。对于泵房位于承压水层的联络通道，施工现场 必须配备泵房盖板及相应的支撑杆件。
（6）盾构在掘进至联络通道位置时，应适当减少盾尾油脂的注入量，避免降低旁通道的冻结效果。
3.2打孔施工工程措施
打孔前应根据不同地质条件制定具体明确的打孔方案，要采取有效措施防止渗漏、突涌等情况发生。施工技术人员要根据设计要求在打钻位置进行冻结孔位置的放样定位；冻结孔孔口管及孔口密封装置安装必须准确、牢固可靠，防止钻透后涌水涌砂。针对高承压水、粉土粉砂地层、河流下方冷冻法施工特点、钻孔时易发生漏水漏砂现象。（1）首先开孔前，现场应准备足够的注浆材料和设备，如水泥、水玻璃、木楔等；（2）开孔后，及时安装带填料密封盒的孔口管，若出现涌砂，可通过管侧DN15旁通阀门对地层注浆；（3）打钻过程中，为防止砂土随压力水涌出，应关闭旁通阀，当无法钻进时，再打开旁通阀卸压，然后关闭阀门继续钻进，反复进行使钻孔内保持一定的压力，维护孔壁稳定。
冻结管壁厚必须为10mm，单根冻结管长度应尽量加长，减少焊 接接头数量。安装于佐管片中的孔口管，与内径140mm、外径240mm、环宽 50mm、厚度6mm的环形钢板进行焊接，并打设螺栓将环形钢板和佐管 片进行固定。安装于钢管片中的孔口管，安装前应检查钢格仓的密闭性，孔口 管外露部分必须加焊6mm厚钢板与钢格仓封闭。钻孔施工期间，应落实专业测量人员在施工过程中对冻结管打设长度和测斜结果进行全面复核，并及时汇总所有冻结孔开孔位置和终孔间距数据，形成验收记录，确保冻结管成孔间距、试压结果均满足设计要求。
3.3冻结施工
（1）进场的冷冻机组（含备用冷冻机组，两套设备）在进入隧道前完成第一次调试运转工作，经总承包单位、监理单位、项目工程师确认设备运转良好，将冷冻机组吊装至隧道内进行组装，组装完成后，冻结管路连通后需对冷冻机组（含备用冷冻机组，两套设备）进行第二次切换调试运转，确保冷冻机组运转性能良好正式开机冷冻。冻结机组组装完成后，待冻结管路全部连通，对冷冻机组（含备用冷冻机组，两套设备）进行第二次切换调试运转，确保冷冻机组运转性能良好方可正式开机冷冻。
（2）在冷冻机组运转工作期间（含冻结施工阶段和土方开挖、主体结构施工阶段），专业分包单位应每 20 天邀请一次冷冻设备厂家专业维修保养人员至施工现场对设备进行检修保养，并出具设备正常运转书面报告，确保冻结期间冷冻机组正常运转。专业分包单位应在盐水箱上安装灵敏有效的盐水液面报警器，冻结期间（包括土方开挖结构施工期间），监控盐水液面下降过快或冻结管路、冻结机组有异常情况。盐水（氯化钙溶液）比重为1.25～1.27之间，将系统管道内充满清水，盐水箱充至一半清水，在盐水箱内（加过滤装置）溶解氯化钙，开启盐水泵，边循环边化氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再抽真空，充氟加油。
（3）积极冻结时，在冻结区附近200m区域内土层中不得采取降水措施，并且在冻结区内土层中不得有集中水流。应在冷冻机组正式开机后 15 天之内将联络通道通道两侧各布设2根预应力支架，每条线共4榀，并釆用型钢等对预应力支架进行拉结固定。并及时施加应力，减小因冻胀造成对隧道变形的影响。组织开挖节点验收前 5 天，两侧安装安全防护门并增加应急仓口，在融沉注浆结束后 方可拆除，并对安全防护门的密封性进行试压验收，确保密封性完好。
（4）加大盐水在冻结管内的流量，采用串并联循环方式，加快冻结管的热交换.
（5）两侧隧道管片上增设冷冻板，冷冻板排管外设置保温材料，确保隧道与联络通道交接处冻结效果良好。
3.4开挖施工
针对高承压水、粉土粉砂地层、河流下方冷冻法施工特点，开挖前，准备好应急材料和设备，包括：5m3砂石、3吨水泥、原木和液氮、注浆泵、电焊机等；采用两次支护方式。第一次支护为初期支护，采用钢支架加不低于30mm木背板，完成通道部分的开挖后进行一次喷射混凝土作业。第二次支护为永久支护，采用现浇钢筋混凝土。联络通道开挖后，地层中原有的应力平衡受到破坏，引起通道周围地层中的应力重新分布，这种重新分布的应力不仅使上部地层产生位移，而且会形成新的附加荷载作用在已加固好的冻土帷幕上，当冻土帷幕墙所承受的压力超过冻土强度时，冻土帷幕及冻结管会产生蠕变，为控制这种变形的发展，冻土开挖后就要及时对冻结帷幕进行及时的支护，所以联络通道的初期支护既作为维护地层
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论文作者:袁更
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/3
标签：通道论文; 地层论文; 盐水论文; 机组论文; 泵房论文; 冻土论文; 帷幕论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;