張紅艷

摘 要：徐州市地鐵2號線沿線地質(zhì)條件較為復雜，其中區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道多數(shù)處于輕微～中等液化的粉土、砂土中。本文通過對采用冷凍法施工的漢源大道站～新元大道站區(qū)間的泵房及聯(lián)絡通道的主要施工工藝及技術措施的說明，提煉歸納出此類不良地質(zhì)條件下冷凍法施工的關鍵點及注意事項，確保了泵房及聯(lián)絡通道的安全成型。

關鍵詞：冷凍;施工工藝;注意事項;液化

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0107-02

1 工程概況

1.1 基本情況

徐州市地鐵2號線是徐州市主城區(qū)南北向的骨干線路，全長24.29km，共設車站20座。根據(jù)地質(zhì)情況，有部分區(qū)間的泵房及聯(lián)絡通道設計采用冷凍法施工，漢源大道站～新元大道站區(qū)間的泵房及聯(lián)絡通道便是其中之一，本文以此為例進行應用和研究說明。

1.2 工程地質(zhì)

漢源大道～新元大道站區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道處地層從地面表層至下層的地質(zhì)情況依次為②5-3砂質(zhì)粉土、②4-3粉質(zhì)黏土、⑤3-4黏土、⑤3-4B砂質(zhì)粉土、⑤3-4A含砂姜黏土、⑤3-4黏土。

1.3 設計參數(shù)

漢源大道站～新元大道站區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道凍結(jié)壁的最小厚度為1.8m，凍結(jié)孔的布設需要按照上仰孔、近水平孔、下俯孔三種角度方式，布置在聯(lián)絡通道的四周，凍結(jié)孔的數(shù)量為73個，其中凍結(jié)孔數(shù)凍結(jié)站一側(cè)隧道內(nèi)53個，對側(cè)隧道內(nèi)20個。

2 須冷量計算機及相關設備選擇

2.1 凍結(jié)需冷量的計算

凍結(jié)管的散熱系數(shù)取250kcal/m2·h，冷量損失系數(shù)取1.3，采用Q=πdHKmc，得凍結(jié)需冷量式中：

H-凍結(jié)管的總長度，d-凍結(jié)管的直徑，Km-凍結(jié)管的散熱系數(shù)。

經(jīng)過計算得出：漢源大道～新元大道區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道制冷量需要：

Q=π1.3*0.089*547.464*250+π1.3*0.045*88.5 *250+0.25*π*115*250*0.159=5.74萬Kcal/h

根據(jù)計算選用單臺制冷量為8.5萬Kcal/h JYSLGF300型螺桿機組兩臺，其中預留1臺備用。

2.2 單個凍結(jié)系統(tǒng)的輔助設備

（1）8SH-13A型鹽水泵兩臺，流量為270m3/h，電機功率為37kw，其中預留一臺備用。（2）冷卻水循環(huán)設備選用IS150-125-250型清水泵兩臺，流量200m3/h，電機功率18.5kw，其中預留一臺備用。（3）凍結(jié)管為Φ89×8mm，采用絲扣連接。冷凍排管為Φ45×4mm，六排布置，排管間距為40cm。（4）測溫管為Φ45×4mm無縫鋼管、泄壓管選用Φ89×8mm20#低碳無縫鋼管。（5）供液管選用Φ48×4mm PE管。（6）鹽水干管和集配液管選用Φ159×5.5mm無縫鋼管+Φ160×7mmPE管。

3 冷凍法施工工藝及技術措施

3.1 凍結(jié)孔施工

根據(jù)地勘報告，在凍結(jié)孔施工過程中，要高度重視并做好各種防止泥水流失防患措施。在凍結(jié)孔施工之前，對施工人員進行安全技術交底，開孔時要采取二次開孔施工方法，第一次不開穿管片，第二次開穿管片時要在裝好球閥后在球閥內(nèi)開孔，凍結(jié)孔鉆進時一定要裝好孔口密封裝置，防止水土流失導致地面及隧道沉降。

凍結(jié)孔施工工序如下：定位開孔→孔口管安裝→孔口裝置安裝→鉆孔→測量→封閉孔底→打壓測漏。如圖1所示：

3.2 冷凍站布置與設備安裝

在隧道內(nèi)聯(lián)絡通道附近設置一個凍結(jié)站（近漢源大道側(cè)），向聯(lián)絡通道供冷。凍結(jié)站占地面積約220m2，站內(nèi)主要設備包括清水泵、鹽水泵、變壓器、冷凍機、冷卻塔、鹽水箱及配電控制柜等。設備安裝必須嚴格按設備對應配套說明書中的要求執(zhí)行?？紤]冷凍機運轉(zhuǎn)必須要連續(xù)，無法停機檢修，在運轉(zhuǎn)前必須聯(lián)系專業(yè)人員對冷凍機進行檢修，以保證冷凍機可靠連續(xù)運轉(zhuǎn)。如圖2所示。

3.3 凍結(jié)系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)、積極凍結(jié)與試開挖

設備安裝完畢后必須要進行調(diào)試和試運轉(zhuǎn)。在進行試運轉(zhuǎn)時，要隨時根據(jù)要求調(diào)節(jié)壓力、溫度等各種狀態(tài)參數(shù)，使機組在符合相關工藝規(guī)程和設備要求的技術參數(shù)條件下正常運行。在凍結(jié)過程中，要定時檢測鹽水的溫度、鹽水的流量和凍土帷幕的擴展情況。必要時調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，待凍結(jié)系統(tǒng)全部運轉(zhuǎn)正常后，方可進入積極凍結(jié)。

在積極凍結(jié)的過程中，要根據(jù)現(xiàn)場實際測量的溫度數(shù)據(jù)來判斷凍土帷幕是否交圈，以及是否達到設計要求的凍結(jié)厚度。同時要監(jiān)測凍土帷幕與隧道的膠結(jié)情況。通過測量溫度來判斷凍土帷幕交圈，并達到設計厚度，而且與隧道完全膠結(jié)后，再挖掘探孔，確認凍土帷幕內(nèi)土層基本無壓力，方可正式開始掘進。如圖3所示：

3.4 開挖與構筑

由于聯(lián)絡通道內(nèi)空間相對較小，開挖時采用人工利用風鎬進行開挖。漢源大道站至新元大道站區(qū)間的泵房及聯(lián)絡通道首先開挖通道部分，待通道開挖完成、二襯混凝土澆筑完成強度達到70%后，再進行泵站開挖及結(jié)構施工，聯(lián)絡通道兼泵房結(jié)構完成以后進行充填及融沉注漿。如圖4所示。

3.5 地層跟蹤注漿及其它

在開挖初期支護時，預埋注漿管深度至初期襯砌后，漢源大道～新元大道站區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道共有注漿孔41個，融沉補償注漿漿液以單液水泥漿為輔，水泥-水玻璃雙液漿為主。

注漿范圍為全部凍結(jié)土體。融沉補償注漿必須要遵循少量、多次、多點、均勻的原則。單孔每次注漿量為100～300L，注漿壓力不得大于0.5MPa。

融沉注漿一方面要保證凍土全部融化，融化時間一般為3～4個月，另一方面以沉降控制，當24h內(nèi)聯(lián)絡通道頂部地面沉降觀測值大于0.5mm，或累計沉降觀測值大于3mm時，需立即進行融沉補償注漿;當聯(lián)絡通道頂部地面累計隆起3mm，應立即停止注漿。具體施工參數(shù)要根據(jù)地面變形監(jiān)測情況隨時進行調(diào)整。

3.6 工程監(jiān)測

冷凍法的全部施工過程，包括凍結(jié)開始到掘進，以及永久支護結(jié)構成型的整個時間段，被凍結(jié)的土體熱力學性質(zhì)發(fā)生了劇烈的變化，并對施工環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。施工監(jiān)控量測為隨時掌握和控制施工過程中的參數(shù)調(diào)整提供了主要依據(jù)，是工程安全的重要保障。

主要監(jiān)測內(nèi)容有：凍結(jié)孔偏斜凍結(jié)器密封性能監(jiān)測、溫度監(jiān)測、壓力監(jiān)測、鹽水流量與鹽水溫度監(jiān)測、凍土帷幕監(jiān)測等。

4 冷凍法施工注意事項及關鍵點總結(jié)

（1）采用金剛石材質(zhì)的取芯鉆在管片點位上開孔，孔口密封裝置安裝完成后，用凍結(jié)管替代鉆桿直接鉆進，以減少地層中水土流失。（2）為減少凍結(jié)孔施工時地層中泥水流失，需使用功率大的鉆機進行施工，盡量使用無泥漿鉆進。如在鉆孔過程中發(fā)生泥水流失，成孔后應立即進行補漿充填。（3）由于管片的導熱系數(shù)比較大，會直接影響隧道管片與冷凍土體的膠接效果，進而影響凍結(jié)帷幕的整體穩(wěn)定性和閉水性。因此，在管片外部增加隔熱保溫措施，以減緩冷量損失，另可在對側(cè)隧道布置六排冷凍排管。（4）加強凍結(jié)過程中的監(jiān)測。在凍結(jié)影響區(qū)內(nèi)布置測溫孔，用以正確判斷凍結(jié)孔是否交圈，同時確定凍結(jié)帷幕厚度。對側(cè)隧道管片與附近土體的膠接情況會影響到整個聯(lián)絡通道凍結(jié)施工的安全。因此，必須在對側(cè)隧道管片后增設測溫點，全面監(jiān)測管片后凍結(jié)帷幕的形成過程。（5）在聯(lián)絡通道的兩端設置泄壓孔，以削弱土體凍脹對隧道的影響。（6）各凍結(jié)孔交圈前，在隧道內(nèi)設置預應力支架，盡量減少凍脹對現(xiàn)有隧道的影響。（7）開挖前，在聯(lián)絡通道的開挖側(cè)安裝安全防護門;聯(lián)絡通道的初期支護完成后，可拆除防護門，并打開對側(cè)隧道的鋼管片。（8）在開挖冷凍后的土體時，需加強監(jiān)測開挖面的溫度及凍結(jié)壁收斂值，如遇開挖面溫度驟升或凍結(jié)壁收斂值增大，需立即加強開挖面暴露凍土的保溫措施，同時安裝型鋼拱架，調(diào)整開挖工法，同時加強凍結(jié)效果。（9）由于凍脹和凍土融沉效果強烈，會影響到凍土周邊土層受力體系的平衡，進而隧道容易發(fā)生水平位移、沉降和收斂，因此在整個施工過程中，隧道的監(jiān)控量測是確保隧道安全的重要措施。（10）應提前在隧道襯砌層中預埋注漿管，以便后期對土層融沉注漿補償，注漿應與凍結(jié)帷幕融化的過程協(xié)調(diào)同步進行。（11）加強在冷凍法施工區(qū)域內(nèi)的既有地面建筑和管線的實時監(jiān)測。

5 結(jié)語

徐州軌道交通2號線一期工程沿線地質(zhì)條件復雜，主要分布有全新統(tǒng)沖積粉砂、粉土，多為輕微液化～中等液化土層，且厚度變化較大，總體上工程性質(zhì)較差。區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道多數(shù)設計為盾構隧道貫通后的暗挖施工，在徐州市同類工程施工中，當采用三軸攪拌樁地面加固或洞內(nèi)超前小導管洞內(nèi)注漿加固并輔以降水施工等施工方案時，暗挖施工極易引發(fā)涌水、涌砂、塌方等工程災害，嚴重時后果不可估量。

在具有輕微～中等液化的粉土、砂土中，采用冷凍法進行泵房及聯(lián)絡通道暗挖施工，成功避免了此類地層不易加固的缺陷。漢源大道站～新元大道站區(qū)間泵房及聯(lián)絡通道采用冷凍法施工，歷時120天，完成從冷凍站設置到襯砌澆筑等主要施工工序，是此類不良地質(zhì)條件下暗挖施工的成功范例之一，可為類似施工提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] 中煤科工集團南京設計研究院有限公司.聯(lián)絡通道凍結(jié)設計圖[Z].2019.

[2] 王勝利，李寧，趙王明.復雜地層地鐵旁通道凍結(jié)孔施工技術[J].現(xiàn)代隧道技術，2009（04）：89-93.

[3] 李榮智，陳饋，史基盛.南京地鐵聯(lián)絡通道冷凍法施工技術[J].建筑機械化，2004，25（2）：33-35.