道路施工技術職稱范文冷凍法在聯絡通道的應用

　　摘 要：城市地鐵的區間聯絡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，冷凍法技術在區間聯絡通道施工中具有很強的實用性和操作性。

　　關鍵詞：冷凍法,地鐵,區間隧道,聯絡通道

　　1 引言

　　冷凍法施工工藝最早出現在歐洲，在礦井施工中廣泛使用，其工藝就是利用冷凍機對冷凍液進行降溫，并通過循環管路輸送到需要冷凍的區域，并保持溫度，使溫度向外擴散產生凍結效果。因其安全系數高，工作環境因無水而施工方便，在我國早期主要應用于礦山垂直巷道的施工。近年來，隨著環渤海經濟圈的開發建設，天津的城市軌道交通得以迅猛發展，冷凍法工藝在天津地鐵區間聯絡通道施工中也逐步得以運用和推廣。

　　2 工程概況

　　天津地鐵9號線某標段聯絡通道工程，通道拱頂覆土深度約17.5m，區間左、右線隧道中心距離13m，通道開挖區域處于第Ⅳ陸相層粉質粘土和粉沙層上，該土層液限平均在27%，且可塑性強，為可塑和軟塑狀態，孔隙率0.68～0.77，原設計為地面旋噴樁加固，考慮交通導行、管線切改、拆遷、以及在過深土體中的加固效果差等綜合因素的影響，決定采用凍結法施工。

　　3 冷凍法施工

　　冷凍法施工工藝流程為鉆凍結孔、埋凍結管→冷凍系統安裝→積極凍結→圍護凍結、開挖構筑→停凍→融沉注漿。

　　3.1 開孔鉆進施工

　　開孔前，結合結構尺寸，對凍結管的長度、數量、位置及角度等進行充分的計算，本案例凍結孔設計間距0.8～1.0m，總共設置凍結孔77個，凍結線路循環長度785m 。為考慮通道底泵房施工方便和安全，以及凍結管道打設到右線后產生偏差，在右線隧道內的通道頂部和底部也打設若干凍結管，與左線凍結管連接成一體共同作用，確保凍結效果滿足設計要求。

　　在布孔范圍內先打若干小探孔，探測地層穩定情況，若發現砂層，立即進行雙液注漿，以提高孔口附近土體穩定性。待開孔條件具備之后，在隧道內根據設計圖現場放樣孔位，開孔前先將金剛石取芯鉆機的導向基座固定在孔位附近，用地質羅盤對導向軌進行方向和角度復核，然后進行開孔，控制孔位偏差在1%以內。

　　為防止開孔后發生涌沙涌水現象，采用特殊孔口管進行孔口防護，兩次鉆進的方法進行開孔，首先用金剛石鉆機開出一個稍大的孔(Φ120mm)用于安裝封口管(此時不能鉆透管片，以防涌水)，封口管一端安裝法蘭和閥門，同時在側面預留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，然后從閥門內用小直徑鉆頭打穿管片，并迅速將凍結管打入。

　　當右線也具備施工條件時，最好打設凍結管以利于泵房施工和彌補凍結管遠端打設偏差，為保證凍結管能連成一體，從左線用強制水平鉆機打設四個對穿孔，一方面用于檢驗左右線鋼管片的里程差異以便調整通道的位置，另一方面用于將左線的循環管路引到右線，鉆桿就用凍結管，在凍結管的前端裝上鉆頭即可，鉆進角度嚴格按照施工組織設計圖控制，對穿孔在后期還用作凍結回路的一部分。除了對穿孔用強制水平鉆機鉆進外，其余的凍結管均用夯管錘強行夯入土體。此時需要將凍結管的前端做成平口(若做成錐狀，在夯進過程中遇到硬物后容易發生偏移)，孔端密封焊接，這樣保證在在夯進過程中土體始終處于密封狀態。凍結管加長時，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度。

　　鉆進過程中若發現偏斜要及時糾偏，下好凍結管后，用燈光測斜儀進行測斜。凍結管長度和糾偏合格后，再進行密封打壓實驗，確保管路密封良好。凍結管考慮安全系數，比設計加長0.3m，安裝完成后，以凍結管作為回液管，在凍結管內插入供液管，將凍結管端蓋焊接密封，凍結回路單管示意圖如圖3所示：

　　當凍結管打設完成后，根據凍結部位的不同，將全部凍結管分成若干組，每組3～5根進行串連，然后并聯到凍結主回路上，這樣可以克服循環管路過長、熱量不易交換的缺點，便于節省費用和縮短凍結工期，如圖4所示。

　　3.2 凍結系統安裝

　　經計算，選用TBSJ055.1型螺桿機組一臺套，在安裝循環管路時盡量縮短冷凍管長度，以免使凍結能量損失過多，凍結干管過長時，要每隔一段距離(30m左右)要加設一個橡膠短管，防止管道熱脹冷縮而破壞。在系統安裝完成后，先檢查凍結管的密封情況，出現滲漏立即補救，檢滲完成后，安裝保溫層，并在隧道襯砌內壁上安裝隔熱板，即可開始凍結。

　　3.3 輔助措施

　　測溫孔和卸壓孔(壓力觀測孔)是監測凍土帷幕形成過程和形成狀況的必要檢查手段，測溫孔主要用以實測溫度來計算凍結壁厚度;泄壓孔則驗證凍結壁的形成與否。當形成凍結交圈后，開挖土體由于凍結壁的膨脹而產生壓力增加的現象，一般為增加0.1~0.3MPa，以此可以判斷凍結壁已經形成，同時通過卸壓孔可以卸除凍結壁內的開挖土體在凍結過程中增加的壓力，避免造成隧道變形等破壞。為保證監測孔全面反映凍結狀況，布設的凍土帷幕測溫孔和卸壓孔須具代表性：

　　(1)在左、右線凍土帷幕的上、下、左、右四個方向布置共計8個測溫孔，由于凍結管從一條隧道內呈放射狀打設，凍結管末端間距較大，因此測溫孔盡量布置在遠端終孔間距較大處 。

　　(2)在擬開挖未凍結的核心土區域兩側各布置一個卸壓孔，在對面隧道未凍區域上下各布置一個卸壓孔;

　　3.4 積極凍結

　　就是指滿足設計要求、具備開挖條件之前的凍結過程，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℃度左右則會在短期時間內產生小幅波動，同時對泄壓孔進行觀察會發現壓力表讀數會上下波動，在開挖前達到0.3MPa(開挖前必須卸壓)，這一階段維持約7～8天，這表明，擬開挖的土體由于土量有限，熱量交換已經趨于平衡，而外側土體已經開始凍結并慢慢擴散，開始逐步形成凍結交圈，并對開挖土體產生附加壓力。之后溫度每天下降0.5℃～1.5℃，到-30℃左右基本穩定，可以進行開挖。

　　3.5 維護凍結及開挖構筑

　　維護凍結是指凍結帷幕形成、達到開挖構筑的條件后，適當提高鹽水溫度，保證安全開挖條件下的凍結過程。當判斷凍土帷幕與隧道完全膠結后，要進行探孔檢測，確認凍土帷幕內土層基本無壓力后再進行正式開挖，開挖前準備足夠的應急預案及搶險物資，正式開挖后，根據凍土帷幕的穩定性，可適當提高鹽水溫度，進入維護凍結，但鹽水溫度不應高于-22℃。

　　聯絡通道分上下兩層，上層為通道，下層為泵房，開挖構筑也分層兩步進行。工藝流程為：開挖通道→通道初襯(鋼拱架、網噴砼)→防水層敷設→二襯(鋼筋混凝土)→開挖泵房→泵房初襯(網噴砼)→防水層敷設→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，在拆除臨時鋼管片前，事先在左、右線隧道內臨時鋼管片兩側各安裝安裝兩榀環向支架，消除開挖過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，既能防止拆除時管片變形，又能防止接縫在施工中松動，導致漏水涌泥。還要設置一道安全屏蔽門，屏蔽門必須與永久鋼管片滿焊，保證其密封性良好，一旦臨時鋼管片拆除后，發現水土有涌出跡象，就需要迅速關閉安全門，進行加固和重新凍結，防止造成地面塌陷確保地面和地下安全。不過由于開挖土體在凍結壁厚度范圍以外的非凍結區域，打開洞門以后必須首先釬探凍結壁的邊沿位置與設計的偏差，并且用回彈儀粗測凍結壁的強度，如果能滿足設計要求，則擬開挖土體產生緩慢變形屬正常現象。

　　(3) 拆除臨時鋼管片時，用兩個導鏈配合，10T導鏈作為主導鏈，2T導鏈作為輔助導鏈，將臨時管片拉出，如圖6所示。

　　(4) 臨時鋼管片拆除后，按照傳統的礦山法完成開挖、鋼拱架支護、網噴砼、施做防水、二襯、監測及背后注漿等工序。

　　3.6 停止凍結及融沉注漿

　　待通道結構施做完成后，再開挖通道底部的泵房，待泵房結構施工完成、二襯砼強度達到90%后即可全部停止凍結了。由于冷凍法施工土體受凍會膨脹，在融化中會沉降，要及時注漿，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大。

　　3.7施工中注意事項

　　(1)在盾構區間施工時，要認真進行管片的排列布置，嚴格控制第一環管片的位置，以免左右線聯絡通道的鋼管片錯位過大，導致通道的兩端無法準確連接。

　　(2)盾構區間隧道左、右線掘進到聯絡通道里程的前后時，要對水土及時取樣分析，為聯絡通道的施工提供更為準確的依據。

　　(3)凍結工序一旦開始后，中途不得停電，避免土體反復凍融，破壞了凍結土體中的熱量傳遞路徑，導致凍結效果不理想。

　　4施工效果

　　(1) 根據朗金土壓力理論公式，聯絡通道頂部土壓力僅為0.32MPa，隧道在掘進到通道部位時，土倉壓力也僅用0.29MPa就達到了土壓平衡;而沿開挖輪廓線一周對凍結壁進行回彈儀實測，計算出凍結壁的邊緣強度達到6.5MPa，足以抵抗通道頂部和側面的壓力(設計為3MPa);

　　(2)開挖土體被凍結住，核心土體溫度降到-1℃;沿開挖成型的輪廓一周向內約25cm范圍的土體，存在明顯的結霜現象，以此為凍結壁的內邊沿，推算凍結壁的厚度最薄處2.4m，最厚處達到2.6m，遠超出設計需要的1.2~1.6m;說明所用冷凍機組的功率完全能滿足凍結施工的需要，實際操作中積極凍結時間過長，可適當縮短，原設計的35d左右滿足開挖要求。

　　5 結束語

　　該法在天津地鐵9號線某標段聯絡通道工程成功實施表明：冷凍法施工工藝對天津地區是比較適用的，施工過程中安全及質量完全可以得到保證。地鐵盾構區間始發端及接受端的端頭土體加固施工，由于受水文、地質及周邊施工環境(如管線、建筑物等)制約，凍結法進行端頭加固也具有很強的優越性。

　　參考文獻：

　　(1)《地下鐵道工程施工及驗收規范·GB50299-1999》;

　　(2)《盾構法隧道工程施工及驗收規范· DGJ08-233-1999》;

　　(3)《混凝土結構工程施工質量驗收規范· GB50204-2002》;

　　(4)《地下防水工程施工及驗收規范· GBJ208-83》;

　　(5)《煤礦井巷工程施工及驗收規范·GBJ213-90》;

　　(6)《建井工程手冊(1984)》。