李芳舒

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島 266100）

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，地鐵交通作為一種高效、便捷的城市公共交通方式，在現(xiàn)代城市中扮演著越發(fā)重要的角色[1]。然而，隨之而來的是地鐵線路的建設(shè)和擴(kuò)展往往會涉及復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和城市基礎(chǔ)設(shè)施，特別是在需要經(jīng)過富水砂層[2]、軟弱土層[3]或下穿既有建（構(gòu)）筑群[4]等交通障礙物時(shí)，此時(shí)地鐵聯(lián)絡(luò)通道的施工就顯得極為關(guān)鍵而復(fù)雜。因此，高效地完成地鐵聯(lián)絡(luò)通道的施工是地鐵建設(shè)中的重點(diǎn)，同時(shí)也為保持城市正常交通秩序提供了保障。

凍結(jié)法技術(shù)作為一種先進(jìn)的地下工程施工方法，是通過凍結(jié)周圍土體，形成臨時(shí)性的固體土體，以增強(qiáng)地層穩(wěn)定性和降低施工風(fēng)險(xiǎn)。凍結(jié)法不僅可以有效應(yīng)對地下水位較高、土壤松軟等復(fù)雜地質(zhì)情況，還能夠在施工過程中減少對周圍環(huán)境和結(jié)構(gòu)的影響，從而為地鐵聯(lián)絡(luò)通道的建設(shè)提供了可行的技術(shù)途徑。然而，盡管凍結(jié)法在地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道的施工中具有許多優(yōu)勢，但其本身也面臨著一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)和問題。首先，凍結(jié)法施工需要精確控制溫度、濕度等參數(shù)，以確保地下凍結(jié)體的穩(wěn)定性，這對施工管理提出了更高的要求[5]。其次，凍結(jié)體形成后，如何高效地進(jìn)行開挖和支護(hù)，以及如何處理凍結(jié)體融化后可能出現(xiàn)的沉降問題，都需要進(jìn)一步研究和探討。本文重點(diǎn)闡述基于凍結(jié)法的地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工要點(diǎn)、總結(jié)分析工程重難點(diǎn)并提出合理高效的管控措施。相關(guān)研究成果為解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工難題提供了參考，推進(jìn)了交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平的提高。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

本研究依托于青島地鐵1 號線廟頭站-文陽路站區(qū)間施工工程，區(qū)間為土壓平衡盾構(gòu)區(qū)間，全長1 100 m，區(qū)間設(shè)置1 座聯(lián)絡(luò)通道兼泵房，聯(lián)絡(luò)通道總長9 m（線間距15 m），帶泵房總高7.2 m、寬4.3 m，采用暗挖法施工。

1.2 工程水文地質(zhì)概況

聯(lián)絡(luò)通道兼泵房處土層自上而下依次為：黏土、含黏性土粗砂、粗砂-礫砂、強(qiáng)風(fēng)化安山巖。其中通道地層位于黏土、粗砂-礫砂，集水井地層位于強(qiáng)風(fēng)化安山巖，覆土約16.2 m，洞身主要地層為強(qiáng)透水層，場區(qū)地下水主要類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水，地下水位線6～10 m，圍巖級別Ⅵ級。

1.3 工程背景

聯(lián)絡(luò)通道周邊地層進(jìn)行過多次加固，各工法先后加固效果不佳，具體情況如下。

1.3.1 旋噴樁加固

原方案設(shè)計(jì)暗挖施工前采用Φ00@450 旋噴樁對周邊地層進(jìn)行加固。聯(lián)絡(luò)通道開挖前進(jìn)行了水平取芯，芯樣局部不完整，且有水涌出，帶少量泥沙，考慮富水砂層深孔旋噴存在缺陷，止水效果不明顯，為確保安全開挖，再次進(jìn)行了洞內(nèi)水平雙液漿加固，加固中管片局部位移，地面裂縫長度達(dá)30 m，后停止注漿。

1.3.2 增設(shè)降水井

地面增設(shè)降水井，仍存在涌水涌沙。為保證聯(lián)絡(luò)通道開挖安全可控，水平注漿后，地面增設(shè)了8 口降水井（直徑297 mm 的橋式濾水管），開挖前井內(nèi)水位均降至地面以下28 m，洞內(nèi)打設(shè)4 個水平探孔均未見出水（孔深2 m），后進(jìn)行了上導(dǎo)管片拆除，管片拆除過程中，3 個水平探孔出水，且?guī)沉鞒觯? h 流1 方沙）。

1.3.3 增設(shè)泄水孔

洞內(nèi)增設(shè)泄水孔，開挖仍難以保證。為保證上導(dǎo)開挖，分別在聯(lián)絡(luò)通道下導(dǎo)及兩側(cè)打設(shè)了10 個泄水孔，深度2 m，效果不理想，僅2 個孔泄水，且?guī)沉鞒?，上?dǎo)探孔流水流沙無變化。

鑒于聯(lián)絡(luò)通道周邊地層已多次擾動，地層軟弱不均勻，相應(yīng)凍結(jié)壁強(qiáng)度不均勻，聯(lián)絡(luò)通道兼泵房擬采用局部加強(qiáng)的水平凍結(jié)法加固現(xiàn)狀地層，以確保礦山暗挖法安全施工。

2 凍結(jié)法施工要點(diǎn)

2.1 施工方案

為了有效實(shí)現(xiàn)地鐵聯(lián)絡(luò)通道的建設(shè)，本研究根據(jù)工程地質(zhì)條件和相關(guān)施工要素，制定了一套基于凍結(jié)法的施工方案。該方案旨在通過地層凍結(jié)加固和礦山法開挖構(gòu)筑來完成聯(lián)絡(luò)通道的建設(shè)。

在施工方案的第一階段，將在地下隧道內(nèi)進(jìn)行鉆鑿作業(yè)。通過布設(shè)水平孔和部分傾斜孔，將對周圍土體進(jìn)行凍結(jié)加固。這一步驟將在隧道內(nèi)形成一個臨時(shí)的凍土帷幕，以提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。水平孔和傾斜孔的布設(shè)將確保凍結(jié)范圍覆蓋到聯(lián)絡(luò)通道的外圍土體，從而形成高強(qiáng)度和封閉性優(yōu)良的凍土固結(jié)體。

在凍結(jié)加固的基礎(chǔ)上，第二階段的施工將采用礦山法進(jìn)行。根據(jù)“新奧法”的原理，將在凍結(jié)土體內(nèi)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道的開挖構(gòu)筑。這一方法將充分利用凍結(jié)土體的支撐性能，減少施工過程中的地層變形和沉降風(fēng)險(xiǎn)。礦山法的采用還將有助于保持施工環(huán)境的穩(wěn)定，從而為工程的順利進(jìn)行提供有力支持。

通過在區(qū)間隧道內(nèi)分階段進(jìn)行施工，可以更好地控制施工進(jìn)度，確保工程的安全性和順利性，總的施工流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

2.2 冷凍帷幕設(shè)計(jì)

冷凍帷幕是凍結(jié)法技術(shù)在地下工程中的核心應(yīng)用之一，其設(shè)計(jì)對于確保地鐵隧道施工的安全性、穩(wěn)定性及周圍環(huán)境的保護(hù)具有重要性。本研究中凍結(jié)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 主要參數(shù)

2.3 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

凍結(jié)站需冷量的計(jì)算如公式（1）所示。

式中：Q為需冷量；d為凍結(jié)管直徑；H為凍結(jié)管總長度；K為散熱系數(shù)。

本區(qū)間1 個聯(lián)絡(luò)通道，機(jī)房設(shè)置在靠近聯(lián)絡(luò)通道處文陽路方向，聯(lián)絡(luò)通道距離機(jī)房較近，本研究中機(jī)房選用電機(jī)功率110 kW 的JYSLGF300III 冷凍機(jī)機(jī)組2 臺，凍結(jié)站單臺機(jī)組工況制冷量12.3×104Kcal/h，制冷量滿足施工要求。

與上述凍結(jié)系統(tǒng)所匹配的輔助設(shè)備具體見表2。

表2 冷凍系統(tǒng)輔助設(shè)備表

2.4 凍結(jié)施工

凍結(jié)施工主要包含了施工準(zhǔn)備、凍結(jié)孔施工、凍結(jié)機(jī)房建設(shè)、積極凍結(jié)和維護(hù)凍結(jié)等幾部分，其中凍結(jié)孔施工對于整個工程的進(jìn)度和成本控制具有重要影響，其主要施工工序包括了空位標(biāo)定、鉆孔施工、管道安裝及孔口封堵等內(nèi)容組成。

在進(jìn)行鉆孔之前，必須確?？卓谘b置的正確可靠安裝。應(yīng)通過螺絲將球閥固定在孔口管上，并注意正確加裝密封墊片。隨后，通過螺絲將孔口壓緊裝置固定在球閥上，在進(jìn)行壓緊操作之前，使用牛油盤根充填以確保密實(shí)，具體如圖2 所示。

圖2 孔口密封裝置示意圖

此外，鉆孔偏斜在地鐵聯(lián)絡(luò)通道的施工中具有重要的意義，為了確保施工質(zhì)量和工程的穩(wěn)定性，鉆孔偏斜需要滿足以下一系列條件。

第一，開孔位置誤差限制。鉆孔開孔位置的誤差是確保施工精度的關(guān)鍵因素。在一般情況下，正常凍結(jié)孔的開孔位置誤差不得超過50 mm。這確保了凍結(jié)孔的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置之間的偏差在可控范圍內(nèi)，從而保證后續(xù)的施工步驟的準(zhǔn)確性。

第二，特殊結(jié)構(gòu)的開孔位置限制。對于一些特殊結(jié)構(gòu)，如管片螺栓孔等，由于其在工程中的重要性，其開孔位置的誤差限制更為嚴(yán)格。在任何情況下，特殊結(jié)構(gòu)的開孔位置誤差不得超過100 mm，以確保這些關(guān)鍵位置的精確度。

開孔間距誤差限制。凍結(jié)孔的開孔間距是保持施工整體均衡性和穩(wěn)定性的重要因素。開孔間距的誤差不應(yīng)超過150 mm，以保持孔位分布的均勻性，防止不必要的結(jié)構(gòu)變形。

第三，最大允許偏斜限制。凍結(jié)孔的最大允許偏斜是衡量施工精度和穩(wěn)定性的重要標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際成孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間，最大允許偏斜不應(yīng)超過150 mm。這有助于確保凍結(jié)孔的整體位置與設(shè)計(jì)要求保持在可接受的范圍內(nèi)。

第四，管片結(jié)構(gòu)加固措施。當(dāng)開孔位置存在管片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低的情況時(shí)，必須額外采取管片加固措施。這可以包括使用適當(dāng)?shù)募庸滩牧?、結(jié)構(gòu)支撐等方式，以確保開孔位置的穩(wěn)定性和承載能力。

在凍結(jié)管長度和偏斜檢查合格后，繼續(xù)進(jìn)行壓力測試和泄漏檢測，對于試壓不合格的凍結(jié)孔，可以采取下套管或進(jìn)行補(bǔ)孔處理的措施，在保證試壓合格的前提下進(jìn)行凍結(jié)系統(tǒng)的積極運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)。

2.5 聯(lián)絡(luò)通道開挖構(gòu)筑

聯(lián)絡(luò)通道開挖前，根據(jù)測溫孔測溫情況分析，推算凍土發(fā)展速度，根據(jù)凍土發(fā)展速度計(jì)算凍結(jié)壁厚度，分析凍結(jié)帷幕是否滿足施工要求，結(jié)合泄壓孔情況及探孔情況，確定最終開挖時(shí)間。

首先，施工準(zhǔn)備。包括三通一平、隧道內(nèi)工作平臺搭建、初期支護(hù)金屬支撐架、預(yù)應(yīng)力支架安裝、排水系統(tǒng)、設(shè)備材料進(jìn)場和防護(hù)門安裝等。其中，預(yù)應(yīng)力支架及防護(hù)門的安裝均在積極凍結(jié)時(shí)期安裝，其目的是防止土方開挖時(shí)出現(xiàn)涌水涌砂等不安全因素。

其次，開挖順序。開挖過程劃分為4 個階段：開挖聯(lián)絡(luò)通道并完成初期支護(hù)→噴砼防水并完成聯(lián)絡(luò)通道二襯→開挖泵站并完成初期支護(hù)→噴砼防水并完成泵站二襯，對應(yīng)開挖圖示如圖3 所示。

圖3 開挖順序示意圖

最后，施工效果?；谇捌谑┕?zhǔn)備，在正式施工過程中取得了較好的施工效果，包括初期支護(hù)、噴射混凝土施工、防水施工、鋼筋施工和澆筑施工等。

3 施工重難點(diǎn)探討

針對工程特點(diǎn)，在此提出施工過程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)及對應(yīng)的管控措施，為相關(guān)類似工程提供參考，具體見表3。

表3 工程重難點(diǎn)分析與對策表

4 結(jié)束語

本文針對青島地鐵1 號線廟文區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道周邊地層存在的涌水涌沙等問題，采用局部加強(qiáng)的水平凍結(jié)法達(dá)到地層加固的效果，探究基于凍結(jié)法的地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)要點(diǎn)，總體施工效果良好，提升了工程建設(shè)的效率和質(zhì)量。同時(shí)，總結(jié)分析了相應(yīng)的工程重難點(diǎn)，并給出對應(yīng)的管控措施，為解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的地鐵隧道施工難題提供了參考。