陳玲

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222）

凍結(jié)法在隧道泵站中的施工應(yīng)用

陳玲

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222）

文章結(jié)合天津市軌道交通2號(hào)線工程，介紹了凍結(jié)法的施工工藝、凍結(jié)孔施工、冷凍站安裝、積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)，以期為類似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

凍結(jié)法；隧道泵站；施工工藝

一、工程概況及地質(zhì)條件

天津市軌道交通2號(hào)線工程沙柳路站～博山道站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道距博山道站端頭井約564m，工程包含聯(lián)絡(luò)通道及泵站。區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道里程為右線DK19+300.000（左線 DK19+298.600），左右線中心距為11米，隧道中心埋深16.378m，該處的地面環(huán)境為衛(wèi)國道南側(cè)輔道與雪蓮路交叉處，管線密集；根據(jù)地層及周邊環(huán)境情況，聯(lián)絡(luò)通道及泵站擬采用隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固地層，然后用礦山法施工。聯(lián)絡(luò)通道主體結(jié)構(gòu)為直墻拱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道主要穿越淤1粉質(zhì)黏土層（硬塑～軟塑，干強(qiáng)度中等，含姜石）、2粉土層（密實(shí)），隧道穿越地層主要為微承壓水。

二、施工方法與施工主要工序

主要施工工藝及順序：施工準(zhǔn)備——凍結(jié)孔施工、凍結(jié)站安裝——凍結(jié)器系統(tǒng)安裝、檢測系統(tǒng)安裝——凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)——隧道支撐、探孔試挖、開鋼管片——開挖、臨時(shí)支護(hù)——結(jié)構(gòu)層及防水層施工——壁后注漿——凍結(jié)管處理、冷凍站系統(tǒng)拆除——土層注漿充填。

三、凍結(jié)孔施工

1.凍結(jié)孔定位與管片開孔

根據(jù)總包方提供的施工基準(zhǔn)點(diǎn)，按凍結(jié)孔施工圖由測量工進(jìn)行凍結(jié)孔孔位放線，孔位布置首先要依據(jù)管片配筋圖和鋼管片加強(qiáng)筋的位置，在避開主筋的前提下可適當(dāng)調(diào)整，一般不應(yīng)大于100mm。（1）在正式開孔前，利用隧道管片上的補(bǔ)漿孔鉆632mm小孔徑探孔，檢查地層穩(wěn)定性。如有嚴(yán)重漏泥冒砂現(xiàn)象，則需進(jìn)行水泥～水玻璃雙液壁后注漿。注漿后再進(jìn)行鉆孔檢查，待地層較穩(wěn)定后，則開孔再進(jìn)行鉆進(jìn)；（2）開孔選用J-200型金剛石鉆機(jī)，配機(jī)30mm金剛石取芯鉆頭進(jìn)行開孔，深度約200mm-250mm，預(yù)留100mm～15mm。用鋼楔楔斷巖芯，取出后，并安裝好孔口管及密封裝置。在安裝孔口管時(shí)，每個(gè)孔口管至少有4個(gè)固定點(diǎn)固定在管片上。

2.鉆孔偏斜和終孔控制

鉆孔的偏斜應(yīng)控制在1%以內(nèi)，為確保凍土帷幕厚度，終孔間距不得大于1．2 m，否則應(yīng)補(bǔ)孔。凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度不小于設(shè)計(jì)深度，不大于設(shè)計(jì)深度0．3 m。

3.打鉆設(shè)備選型

鉆孔設(shè)備使用MD-50鉆機(jī)一臺(tái)，該鉆機(jī)在國內(nèi)各類水平孔工程施工中得到很好應(yīng)用。該鉆機(jī)是一種低轉(zhuǎn)速、大扭矩，能夠鉆進(jìn)大直徑的全液壓鉆機(jī)，可用牙輪鉆頭、刮刀鉆頭、人造金剛石復(fù)合片鉆頭等鉆進(jìn)，該鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：鉆孔深度100 m～300 m；鉆孔直徑60 mm～200mm；鉆孔傾角0?！?60。；回轉(zhuǎn)器扭矩900 N·m；給進(jìn)能力50 kN；起拔能力50 kN；電動(dòng)機(jī)功率37kw；配用BW250型變速注漿泵，鉆具利用ф89×8mm凍結(jié)管作鉆桿。

4.凍結(jié)管設(shè)置

(1)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。

(2)為防止鉆進(jìn)中返砂，在鉆頭部位安裝一個(gè)特制單向閥門。

(3)凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后沖洗單向閥，并密封凍結(jié)管端部。

(4)鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測孔斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏，下好凍結(jié)管后，進(jìn)行凍結(jié)管長度的復(fù)測，然后再用燈光測斜儀進(jìn)行測斜并繪制鉆孔偏斜圖。凍結(jié)管長度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏，壓力控制在0.8 MPa，穩(wěn)定15min壓力無變化者為試壓合格。

(5)凍結(jié)管安裝完畢后，首先截去露出隧道管片外的凍結(jié)管，然后再用堵漏材料如快干水泥等封堵凍結(jié)管與孔口管之間的間隙。這樣，既達(dá)到堵漏密封的目的，又對(duì)開孔后的隧道管片起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。

(6)在凍結(jié)管內(nèi)下供液管，然后焊接凍結(jié)管端蓋和去、回路羊角。

(7)測溫孔和卸壓孔施工方法同凍結(jié)孔。

四、冷凍站安裝

1.凍結(jié)站布置與設(shè)備安裝

將凍結(jié)站設(shè)置在隧道內(nèi)占地面積約80平方米，安裝一個(gè)凍結(jié)站為凍結(jié)系統(tǒng)供冷，采用鹽水干管把制冷劑送到聯(lián)絡(luò)通道。站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機(jī)、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。設(shè)備安裝按設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行。

2.管路連接、保溫與測試儀表

管路用法蘭連接，隧道內(nèi)的鹽水管用管架敷設(shè)在隧道管片斜坡上，工作井靠近壁邊擺放，以免影響隧道通行。在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設(shè)置伸縮接頭、閥門和測溫儀、壓力表、流量計(jì)等測試元件。鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保溫，保溫厚度為50mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管，每根凍結(jié)管的進(jìn)出口各裝閥門一個(gè)，以便控制流量。通道四周主凍結(jié)孔每兩個(gè)一串聯(lián)。考慮兩側(cè)喇叭口凍結(jié)的效果以及管片的散熱，對(duì)左右行線隧道管片內(nèi)側(cè)安裝冷凍板，以加強(qiáng)凍結(jié)。

冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。

3.凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)

設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。在凍結(jié)過程中，定時(shí)檢測鹽水溫度、鹽水流量和凍土帷幕擴(kuò)展情況，必要時(shí)調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)期。

4.凍結(jié)效果的監(jiān)測及完成的參數(shù)指標(biāo)

（1）在設(shè)計(jì)的積極凍結(jié)期間內(nèi)，開機(jī)凍結(jié)7天鹽水溫度降至－18℃以下；積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至－24℃以下，去、回路鹽水溫差不大于1.5℃；開挖時(shí)鹽水溫度降至－28℃以下。積極凍結(jié)期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)保證超過40天。

（2）設(shè)計(jì)要求各凍結(jié)孔組的回路溫差不超過1.2℃，鹽水循環(huán)系統(tǒng)去回路溫差不超過1.5℃。

（3）鹽水系統(tǒng)循環(huán)總流量在積極凍結(jié)期間達(dá)到設(shè)計(jì)值。

（4）設(shè)計(jì)要求，聯(lián)絡(luò)通道凍土厚度大于1.8m，通道凍結(jié)壁有效凍土平均溫度要達(dá)到－10℃及以下。

（5）泄壓孔達(dá)到升壓條件進(jìn)行放壓觀測試驗(yàn)。

（6）開挖前先在鋼管片上開一探測觀察口，開始有水流出并漸止即可正式開挖。

（7）防險(xiǎn)門安裝完畢，開關(guān)靈活可靠，視頻及電話安裝完畢，調(diào)試后正常使用。

五、積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)

1.凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)

設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。在凍結(jié)過程中，定時(shí)檢測鹽水溫度和凍土帷幕擴(kuò)展情況，必要時(shí)調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。

2.試挖與維護(hù)凍結(jié)

在積極凍結(jié)過程中，要根據(jù)實(shí)測溫度數(shù)據(jù)判斷凍土帷幕是否交圈和達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，同時(shí)要監(jiān)測凍土帷幕與隧道的膠結(jié)情況，測溫判斷凍土帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且與隧道完全膠結(jié)后再進(jìn)行探孔試挖，確認(rèn)凍土帷幕內(nèi)土層基本無壓力后再進(jìn)行正式開挖。試挖條件如下：

(1)測溫孔。可根據(jù)測溫孔實(shí)測數(shù)據(jù)，推算出凍土發(fā)展速度及在該凍結(jié)時(shí)間內(nèi)的凍土發(fā)展半徑，從而算出凍結(jié)帷幕厚度，再根據(jù)成冰公式或用做圖法得出凍結(jié)帷幕平均溫度，若各個(gè)層位、部位凍結(jié)帷幕的厚度和平均溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可打開管片進(jìn)行開挖。

(2)卸壓孔。在積極凍結(jié)過程中，卸壓孔有兩個(gè)作用，一方面起到釋放凍脹壓力的作用，另一方面根據(jù)顯示的壓力來判斷凍結(jié)帷幕是否交圈。在凍結(jié)初期卸壓孔是沒有壓力的，隨著凍土的逐漸擴(kuò)展，水分不斷遷移，交圈后凍土形成一個(gè)封閉的土體，凍脹壓力得不到釋放而逐漸增加，它的外在表現(xiàn)即為卸壓孔壓力的增長。

(3)探孔。在打開管片前應(yīng)進(jìn)行探孔檢查，探孔應(yīng)打在凍結(jié)帷幕薄弱處，探孔處無涌砂、突水現(xiàn)象，地層穩(wěn)定，凍結(jié)帷幕正常，測溫效果良好，即可打開管片試挖。

(4)鹽水去、回路溫差。由于凍結(jié)帷幕交圈后需冷量較交圈前要小，因此凍結(jié)帷幕交圈前鹽水去、回路溫差要比交圈后大，不過此現(xiàn)象僅作為判斷凍結(jié)帷幕交圈的參考。要確定打開管片進(jìn)行開挖，還需結(jié)合測溫孔資料、卸壓孔壓力、探孔情況等方面綜合考慮。正式開挖后，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-24℃。

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1673-0046（2010）12-0150-02