道路施工技術(shù)職稱范文冷凍法在聯(lián)絡(luò)通道的應(yīng)用

　　摘 要：城市地鐵的區(qū)間聯(lián)絡(luò)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(shù)在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工中具有很強的實用性和操作性。

　　關(guān)鍵詞：冷凍法,地鐵,區(qū)間隧道,聯(lián)絡(luò)通道

　　1 引言

　　冷凍法施工工藝最早出現(xiàn)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(huán)管路輸送到需要冷凍的區(qū)域，并保持溫度，使溫度向外擴散產(chǎn)生凍結(jié)效果。因其安全系數(shù)高，工作環(huán)境因無水而施工方便，在我國早期主要應(yīng)用于礦山垂直巷道的施工。近年來，隨著環(huán)渤海經(jīng)濟圈的開發(fā)建設(shè)，天津的城市軌道交通得以迅猛發(fā)展，冷凍法工藝在天津地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)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(lián)絡(luò)通道工程，通道拱頂覆土深度約17.5m，區(qū)間左、右線隧道中心距離13m，通道開挖區(qū)域處于第Ⅳ陸相層粉質(zhì)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(tài)，孔隙率0.68～0.77，原設(shè)計為地面旋噴樁加固，考慮交通導(dǎo)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(jié)法施工。

　　3 冷凍法施工

　　冷凍法施工工藝流程為鉆凍結(jié)孔、埋凍結(jié)管→冷凍系統(tǒng)安裝→積極凍結(jié)→圍護凍結(jié)、開挖構(gòu)筑→停凍→融沉注漿。

　　3.1 開孔鉆進施工

　　開孔前，結(jié)合結(jié)構(gòu)尺寸，對凍結(jié)管的長度、數(shù)量、位置及角度等進行充分的計算，本案例凍結(jié)孔設(shè)計間距0.8～1.0m，總共設(shè)置凍結(jié)孔77個，凍結(jié)線路循環(huán)長度785m 。為考慮通道底泵房施工方便和安全，以及凍結(jié)管道打設(shè)到右線后產(chǎn)生偏差，在右線隧道內(nèi)的通道頂部和底部也打設(shè)若干凍結(jié)管，與左線凍結(jié)管連接成一體共同作用，確保凍結(jié)效果滿足設(shè)計要求。

　　在布孔范圍內(nèi)先打若干小探孔，探測地層穩(wěn)定情況，若發(fā)現(xiàn)砂層，立即進行雙液注漿，以提高孔口附近土體穩(wěn)定性。待開孔條件具備之后，在隧道內(nèi)根據(jù)設(shè)計圖現(xiàn)場放樣孔位，開孔前先將金剛石取芯鉆機的導(dǎo)向基座固定在孔位附近，用地質(zhì)羅盤對導(dǎo)向軌進行方向和角度復(fù)核，然后進行開孔，控制孔位偏差在1%以內(nèi)。

　　為防止開孔后發(fā)生涌沙涌水現(xiàn)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(cè)面預(yù)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(nèi)用小直徑鉆頭打穿管片，并迅速將凍結(jié)管打入。

　　當(dāng)右線也具備施工條件時，最好打設(shè)凍結(jié)管以利于泵房施工和彌補凍結(jié)管遠端打設(shè)偏差，為保證凍結(jié)管能連成一體，從左線用強制水平鉆機打設(shè)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(diào)整通道的位置，另一方面用于將左線的循環(huán)管路引到右線，鉆桿就用凍結(jié)管，在凍結(jié)管的前端裝上鉆頭即可，鉆進角度嚴格按照施工組織設(shè)計圖控制，對穿孔在后期還用作凍結(jié)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(jié)管均用夯管錘強行夯入土體。此時需要將凍結(jié)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(fā)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(tài)。凍結(jié)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(fā)現(xiàn)偏斜要及時糾偏，下好凍結(jié)管后，用燈光測斜儀進行測斜。凍結(jié)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(jié)管考慮安全系數(shù)，比設(shè)計加長0.3m，安裝完成后，以凍結(jié)管作為回液管，在凍結(jié)管內(nèi)插入供液管，將凍結(jié)管端蓋焊接密封，凍結(jié)回路單管示意圖如圖3所示：

　　當(dāng)凍結(jié)管打設(shè)完成后，根據(jù)凍結(jié)部位的不同，將全部凍結(jié)管分成若干組，每組3～5根進行串連，然后并聯(lián)到凍結(jié)主回路上，這樣可以克服循環(huán)管路過長、熱量不易交換的缺點，便于節(jié)省費用和縮短凍結(jié)工期，如圖4所示。

　　3.2 凍結(jié)系統(tǒng)安裝

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

　　3.3 輔助措施

　　測溫孔和卸壓孔(壓力觀測孔)是監(jiān)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(jié)壁厚度;泄壓孔則驗證凍結(jié)壁的形成與否。當(dāng)形成凍結(jié)交圈后，開挖土體由于凍結(jié)壁的膨脹而產(chǎn)生壓力增加的現(xiàn)象，一般為增加0.1~0.3MPa，以此可以判斷凍結(jié)壁已經(jīng)形成，同時通過卸壓孔可以卸除凍結(jié)壁內(nèi)的開挖土體在凍結(jié)過程中增加的壓力，避免造成隧道變形等破壞。為保證監(jiān)測孔全面反映凍結(jié)狀況，布設(shè)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(jié)管從一條隧道內(nèi)呈放射狀打設(shè)，凍結(jié)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(jié)的核心土區(qū)域兩側(cè)各布置一個卸壓孔，在對面隧道未凍區(qū)域上下各布置一個卸壓孔;

　　3.4 積極凍結(jié)

　　就是指滿足設(shè)計要求、具備開挖條件之前的凍結(jié)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(nèi)產(chǎn)生小幅波動，同時對泄壓孔進行觀察會發(fā)現(xiàn)壓力表讀數(shù)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(jīng)趨于平衡，而外側(cè)土體已經(jīng)開始凍結(jié)并慢慢擴散，開始逐步形成凍結(jié)交圈，并對開挖土體產(chǎn)生附加壓力。之后溫度每天下降0.5℃～1.5℃，到-30℃左右基本穩(wěn)定，可以進行開挖。

　　3.5 維護凍結(jié)及開挖構(gòu)筑

　　維護凍結(jié)是指凍結(jié)帷幕形成、達到開挖構(gòu)筑的條件后，適當(dāng)提高鹽水溫度，保證安全開挖條件下的凍結(jié)過程。當(dāng)判斷凍土帷幕與隧道完全膠結(jié)后，要進行探孔檢測，確認凍土帷幕內(nèi)土層基本無壓力后再進行正式開挖，開挖前準備足夠的應(yīng)急預(yù)案及搶險物資，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，進入維護凍結(jié)，但鹽水溫度不應(yīng)高于-22℃。

　　聯(lián)絡(luò)通道分上下兩層，上層為通道，下層為泵房，開挖構(gòu)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(wǎng)噴砼)→防水層敷設(shè)→二襯(鋼筋混凝土)→開挖泵房→泵房初襯(網(wǎng)噴砼)→防水層敷設(shè)→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(nèi)臨時鋼管片兩側(cè)各安裝安裝兩榀環(huán)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(dǎo)致漏水涌泥。還要設(shè)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(fā)現(xiàn)水土有涌出跡象，就需要迅速關(guān)閉安全門，進行加固和重新凍結(jié)，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(jié)壁厚度范圍以外的非凍結(jié)區(qū)域，打開洞門以后必須首先釬探凍結(jié)壁的邊沿位置與設(shè)計的偏差，并且用回彈儀粗測凍結(jié)壁的強度，如果能滿足設(shè)計要求，則擬開挖土體產(chǎn)生緩慢變形屬正?，F(xiàn)象。

　　(3) 拆除臨時鋼管片時，用兩個導(dǎo)鏈配合，10T導(dǎo)鏈作為主導(dǎo)鏈，2T導(dǎo)鏈作為輔助導(dǎo)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(tǒng)的礦山法完成開挖、鋼拱架支護、網(wǎng)噴砼、施做防水、二襯、監(jiān)測及背后注漿等工序。

　　3.6 停止凍結(jié)及融沉注漿

　　待通道結(jié)構(gòu)施做完成后，再開挖通道底部的泵房，待泵房結(jié)構(gòu)施工完成、二襯砼強度達到90%后即可全部停止凍結(jié)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(gòu)區(qū)間施工時，要認真進行管片的排列布置，嚴格控制第一環(huán)管片的位置，以免左右線聯(lián)絡(luò)通道的鋼管片錯位過大，導(dǎo)致通道的兩端無法準確連接。

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

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

　　4施工效果

　　(1) 根據(jù)朗金土壓力理論公式，聯(lián)絡(luò)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(jié)壁進行回彈儀實測，計算出凍結(jié)壁的邊緣強度達到6.5MPa，足以抵抗通道頂部和側(cè)面的壓力(設(shè)計為3MPa);

　　(2)開挖土體被凍結(jié)住，核心土體溫度降到-1℃;沿開挖成型的輪廓一周向內(nèi)約25cm范圍的土體，存在明顯的結(jié)霜現(xiàn)象，以此為凍結(jié)壁的內(nèi)邊沿，推算凍結(jié)壁的厚度最薄處2.4m，最厚處達到2.6m，遠超出設(shè)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(jié)施工的需要，實際操作中積極凍結(jié)時間過長，可適當(dāng)縮短，原設(shè)計的35d左右滿足開挖要求。

　　5 結(jié)束語

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

　　參考文獻：

　　(1)《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范·GB50299-1999》;

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

　　(3)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范· GB50204-2002》;

　　(4)《地下防水工程施工及驗收規(guī)范· GBJ208-83》;

　　(5)《煤礦井巷工程施工及驗收規(guī)范·GBJ213-90》;

　　(6)《建井工程手冊(1984)》。