談地鐵暗挖風(fēng)道凍結(jié)法施工技術(shù)
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摘要：凍結(jié)法是巖土工程施工中的一種輔助手段，現(xiàn)階段已在工程中廣泛使用，并取得較好的效果。文章分析了凍結(jié)法在地鐵區(qū)間橫通道施工技術(shù)中的應(yīng)用，主要采用凍結(jié)法加固橫通道地層，以避免工期延誤，減少對(duì)城市居民生活造成影響。
關(guān)鍵詞：地鐵；區(qū)間橫通道；加固施工；冷凍法施工技術(shù)
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市交通的壓力越來越大，城市軌道交通已成為解決交通擁堵的主要選擇。橫通道的施工方案通常采用礦山法，由于地鐵施工大多在市中心進(jìn)行，對(duì)施工場地、環(huán)境、噪聲等要求較高，因此，選用合適的土體加固方法較為重要。凍結(jié)法具有凝固均勻、強(qiáng)度高、防水效果好、地層適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，近年來已廣泛用于地鐵區(qū)間橫通道及端部加固工程。該研究主要采用凍結(jié)法加固橫通道地層，提升了施工效率，解決了以往存在的問題，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
1凍結(jié)法施工技術(shù)的優(yōu)勢
（1）凍結(jié)施工技術(shù)可用于含水量超過10％的松散、不穩(wěn)定的地層，可以有效分離地下水。（2）凍土帷幕形狀和強(qiáng)度可根據(jù)施工現(xiàn)場條件靈活調(diào)整，地質(zhì)條件靈活，凍土強(qiáng)度可達(dá)5~10MPa，能夠有效提高工作效率。（3）凍結(jié)法不污染周圍環(huán)境，具有環(huán)保性，異物引起的噪聲較少。凍結(jié)完成后，凍結(jié)的土壤墻逐漸融化，不影響建筑物周圍的地下結(jié)構(gòu)。（4）將凍結(jié)施工用于樁基礎(chǔ)施工或其他工序并行工作，可有效縮短施工周期。
2凍結(jié)施工技術(shù)介紹
2.1凍結(jié)孔施工
施工前，根據(jù)凍結(jié)孔的位置打孔，以進(jìn)行測量和放置，孔位置偏差應(yīng)不大于100mm。凍結(jié)孔應(yīng)使用管道鉆至設(shè)計(jì)深度，開挖區(qū)域外，孔之間的最大距離不超過1.3m，凍結(jié)孔最大偏轉(zhuǎn)值不可超過150mm，使用經(jīng)緯儀測量方位角和傾斜角。使用金剛石空心鉆在管段鉆上鉆取Φ120mm的孔，并確保混凝土層穿透距離不超過100mm。插入Φ121×5mm的節(jié)流孔管，使用膨脹螺栓將其固定在管件上，安裝1個(gè)球閥，在節(jié)流孔管的法蘭附近預(yù)留1個(gè)灌漿孔，安裝前安裝孔密封和防噴裝置。確認(rèn)安裝正確后，使用鉆頭在剩余的混凝土墻、保護(hù)層上鉆孔。
2.2積極凍結(jié)
制冷設(shè)備安裝完成后，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，當(dāng)壓力、溫度和其他參數(shù)恢復(fù)正常時(shí)，能夠主動(dòng)凍結(jié)。碎冰篩的冷卻速度較慢，通常需要7~10d才能降至-20℃，凍碎篩的冷卻速度應(yīng)保持在0.5~1.0℃/d。凍土帷幕厚度約38d左右可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在積極凍結(jié)期間，鹽水溫度應(yīng)控制在-30~-28℃之間。
2.3維持凍結(jié)
查看測得的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)入凍結(jié)保持階段前，將碎片、土壤中的銅碎片、各部分外壁完全黏合，直至碎片穿過土壤，達(dá)到設(shè)計(jì)厚度為止。凍結(jié)保持期間的鹽水溫度應(yīng)控制在-28~-25℃之間，直至連接通道的開挖和襯砌完成。在主動(dòng)凍結(jié)期結(jié)束時(shí)，可開始建設(shè)通信渠道和廢水泵房。施工步驟：（1）在連接通道的上鋼管上鉆一個(gè)孔，敷設(shè)一根小管進(jìn)行灌漿。（2）從連接通道上取下鋼管，在隧道入口處支撐第一個(gè)鋼架。（3）挖掘0.5m。（4）將第二個(gè)鋼框架支撐在初始支撐上使用，撒上混凝土，關(guān)閉隧道面。（5）圓形開挖，逐漸完成連接通道的開挖工作。（6）懸掛防水板并支撐模具遵循連接通道拱、墻和底板的第二層襯砌。（7）將廢水泵房的土方挖入地面，對(duì)廢水泵房的底部進(jìn)行初步支撐。（8）噴射混凝土后蓋。（9）懸掛防水板和支撐架泡沫材料倒入廢水泵房的第二層襯砌混凝土，在兩個(gè)襯砌接頭之間安裝膨脹止水器。（10）挖掘連接通道前，拆除連接通道門中的鋼管段，須在屏蔽通道中安裝預(yù)應(yīng)力支架，防止因突然的力變化，導(dǎo)致屏蔽段損壞。開挖連接通道和廢水泵房后，應(yīng)安裝安全緊急門，在廢水泵房改造的頂部安裝安全緊急蓋。挖掘連接通道和廢水泵房時(shí)，須定期觀察冷卻簾的變形和溫度變化。如果防凍簾明顯變形，應(yīng)立即使用鐵支架、木制基座支架調(diào)節(jié)開挖階段，以支撐鋼制升高的框架，增強(qiáng)防凍效果，關(guān)閉安全緊急門，在必要時(shí)應(yīng)提供急救套。如果廢水泵房在地面上開挖，制冷管會(huì)影響結(jié)構(gòu)，對(duì)此可通過將循環(huán)熱水注入制冷管以除霜。當(dāng)冷凍管周圍的土壤溫度升高并解凍時(shí)，冷凍管和土壤被釋放，冷凍管間的接頭可拉出。在澆注連接桶拱和墻體混凝土?xí)r，須按照預(yù)定計(jì)劃對(duì)管道進(jìn)行灌漿。
3工程實(shí)例
工程實(shí)例為珠機(jī)城際軌道交通工程拱北-橫琴段橫琴隧道金融島站~3#工作井區(qū)間3號(hào)橫通道冷凍機(jī)組。珠機(jī)城際拱北-橫琴段3#井~金融島站區(qū)間共設(shè)3個(gè)橫通道，其中左線DK8+189.353（右線YDK8+219.707）處設(shè)置為3#橫通道兼泵房。3#橫通道兼泵房為直墻圓拱結(jié)構(gòu)，凈寬3.8m，通道凈高4.4m，泵房凈高2.9m；橫通道的襯砌為雙層復(fù)合襯砌；鋼拱架與C25P6噴射混凝土結(jié)構(gòu)，厚度250mm；二次襯砌為C50P10鋼筋防水混凝土結(jié)構(gòu)。初襯和二襯間設(shè)一道防水層。橫通道圖如圖1、圖2所示。3#橫通道，地面與橫通道頂垂直間距約26.8m，①1-1淤泥厚度約9.7m、②2-3粉質(zhì)黏土厚度約8.4m、③1-1淤泥厚度約8.1m、④2-4粉質(zhì)黏土厚度約2.0m、⑤1全風(fēng)化花崗巖厚度約25.5m。3#橫通道主要位于③1-1淤泥、④2-4粉質(zhì)黏土、⑤1全風(fēng)化花崗巖中，所處位置為河流下方，含水豐富，地層滲透系數(shù)大，以保證施工安全和減少對(duì)地面環(huán)境的影響。按設(shè)計(jì)圖紙、施工專項(xiàng)方案要求，左右線共完成凍結(jié)孔鉆孔施工117個(gè)，卸壓孔4個(gè)，測溫孔14個(gè)，所有凍結(jié)孔孔位放樣、成孔報(bào)驗(yàn)檢測合格。3#橫通道凍結(jié)施工人員、機(jī)械、材料資料報(bào)驗(yàn)檢驗(yàn)均合格。配套管路檢查完成后，于2018年5月16日冷凍機(jī)組接電、調(diào)試進(jìn)入試運(yùn)行階段，5月17日~23日，凍結(jié)試運(yùn)行7d，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常，管路密封完好，計(jì)量儀器靈敏準(zhǔn)確。目前鹽水總?cè)ヂ窚囟葹?20.1℃，滿足設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)要求。
4試運(yùn)轉(zhuǎn)驗(yàn)收內(nèi)容
4.1凍結(jié)施工試運(yùn)轉(zhuǎn)期間設(shè)備情況
2018年5月16日18：00，1#冷凍機(jī)組接電調(diào)試開始試運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備有1#冷凍機(jī)組（TBS700.2JF）、1臺(tái)鹽水泵（TPW150-315I），1臺(tái)清水泵（ISW125-160）、3臺(tái)冷卻塔（LCT-80T）、4臺(tái)風(fēng)機(jī)組成的鹽水系統(tǒng)和清水系統(tǒng)，試運(yùn)轉(zhuǎn)期間設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)無異常，情況良好。試運(yùn)轉(zhuǎn)期間管路連接滿足要求，管路無滲水漏水等現(xiàn)象，密封性良好，數(shù)據(jù)測試儀器等用無異常。
4.2凍結(jié)施工試運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)總結(jié)
（1）3#橫通道自2018年5月16日18：00冷凍機(jī)組接電調(diào)試開始試運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）試運(yùn)轉(zhuǎn)期間機(jī)組參數(shù)匯總表選取每天第一次記錄的數(shù)據(jù)，即9：00數(shù)據(jù)；（3）試運(yùn)轉(zhuǎn)期間測溫時(shí)間為每天9：00，溫度曲線總體呈緩和下降趨勢、無異常情況；（4）試運(yùn)轉(zhuǎn)期間測溫時(shí)間為每天9：00，溫度曲線總體呈緩和下降趨勢。試運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)總結(jié)：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)無異常，測溫?cái)?shù)據(jù)無異常，均滿足設(shè)計(jì)要求。3#橫通道2018年5月16日開始凍結(jié)試運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械設(shè)備一切運(yùn)轉(zhuǎn)正常，鹽水降溫正常。截至2018年5月23日已試運(yùn)轉(zhuǎn)7d，鹽水溫度達(dá)到-20.1℃，滿足設(shè)計(jì)要求。各測溫孔測點(diǎn)溫度下降正常，各凍結(jié)孔串聯(lián)支路回路溫度正常，3#橫通道監(jiān)測各項(xiàng)指標(biāo)無異常。
4.3后續(xù)施工注意事項(xiàng)
（1）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)：設(shè)備定期保養(yǎng)維護(hù)，保證備用機(jī)組正常使用，認(rèn)真分析凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。（2）土層測溫：根據(jù)每日測溫?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合測溫孔的位置判斷測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)是否有異常，如有異常立即排查。（3）人員巡視：實(shí)行24h站內(nèi)值班，工區(qū)主管和技術(shù)人員每天對(duì)凍結(jié)施工面進(jìn)行巡查巡視，發(fā)現(xiàn)異常立即整改。（4）文明施工：保證現(xiàn)場施工達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化施工條件。
5結(jié)語
本文通過工程案例闡述凍結(jié)法技術(shù)在地鐵的修建過程中的應(yīng)用，表明在松軟含水地層尤其是地下水極豐富的風(fēng)化地層中，采用凍結(jié)法具有可行性。
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作者：趙鵬飛 單位：中鐵十五局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司
