摘要：結合實際工程，筆者系統(tǒng)分析了廣州地鐵隧道某區(qū)間通道及泵站工程的基本情況，闡述了工程施工方案的選擇，最后，詳細介紹了工程的施工工藝以及質量控制措施。可供相關技術人員參考。
　　關鍵詞：地鐵隧道、凍結法、施工工藝、質量控制
　　
　　
　　1工程基本情況
　　1.1工程概況
　　廣州地鐵某區(qū)間隧道（過江）旁通道及泵站工程位于珠江下部，距江底約12米。該旁通道及泵站采取合并建造模式，它既具有保證上、下行線隧道間聯(lián)絡和必要時乘客安全疏散的功能，又在地鐵運營中起到集、排水作用。旁通道所在位置為：下行線里程XK23+427.45，上行線里程SK23+423。
　　根據(jù)規(guī)劃需要，擬構筑旁通道所在位置的隧道是鋼管片，隧道內徑為Φ5.5m，旁通道位置的隧道上行線中心標高-25.328m，下行線中心標高-25.329m，上、下行線隧道中心線距離11.096m。其結構由與隧道管片相接的喇叭口、直墻圓弧拱結構的水平通道及中部矩形集水井三個部分組成。喇叭口開挖尺寸約為1.5m（長）×4.7m（寬）×5.0m（高）；通道的開挖尺寸：4.4m（長）×3.5m（寬）×4.4m（高）；集水井開挖尺寸：5.0m（長）×3.5m（寬）×4.3m（深）；防火門尺寸為1.4m×2.14m。襯砌采用二次襯砌方式，所有臨時支護層厚度均為200mm；通道墻和集水井的結構層為550mm厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土，拱為400mm厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土，其余的結構層為1000mm厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土；臨時支護層和結構層之間安裝防水層，在通道結構層底部上下行線各預埋一根DN200鑄鐵管，旁通道結構見圖1。
　　1.2工程地質及水文地質條件
　　根據(jù)廣州市隧道公司提供的工程地質勘察報告，距旁通道位置較近的地勘孔是Q23G6地質鉆孔，根據(jù)該孔的資料并參考附近的地勘孔的地質情況，對本工程地質及水文地質條件描述如下：
　　旁通道施工范圍內土層主要為第⑤1-2灰色粘土、⑥1暗綠色粘土、⑦1-1草黃色粘質粉土。該土層具有中壓縮性、低強度、靈敏度高、透水性強等特點，其中，⑦1-1粘質粉土層又為承壓含水層，旁通道所處位置乘壓水壓力約為0.27MPa，對隧道有突涌的破壞作用，同時在承壓動水頭壓力下會發(fā)生流砂、崩塌現(xiàn)象，影響開挖面穩(wěn)定，在盾構掘進至689環(huán)（鋼管片684、685環(huán)）時，螺旋機有涌水情況發(fā)生。
　　綜上所述，在該地層內進行旁通道開挖構筑，須對土體進行穩(wěn)妥、可靠的加固處理。根據(jù)我公司以往越江隧道連接通道施工的成功經驗，用凍結法加固土體具有強度高，封水性好，安全可靠的優(yōu)點，極適于本工程。
　　2施工方案的選擇
　　2.1施工方案設計的基本原則
　　（1）水平凍結帷幕技術性能必須滿足旁通道施工的安全和質量要求。
　　（2）水平凍結方案應符合現(xiàn)場實際條件的施工可行性和良好的可操作性。
　　（3）施工方案應在工程要求工期的條件下具備優(yōu)化能力。
　　（4）施工方案措施必須滿足城市環(huán)保及節(jié)能要求。
　　（5）減少凍脹與融沉的危害。
　　
　　
　　圖1旁通道結構圖
　　
　　2.2方案設計技術要點
　　由于該旁通道所處地層主要為⑥1暗綠色粘土和⑦1-1草黃色粘質粉土，且含水量高，所以施工時可能發(fā)生水砂突出和地層沉降，工程風險大。在施工中必須采取切實可靠的技術措施，以確保旁通道施工的安全并保證施工工期。根據(jù)本公司旁通道施工經驗，提出以下技術要點：
　　（1）由于混凝土和鋼管片相對于土層要容易散熱得多，會影響隧道管片附近土層的凍結速度，從而影響凍土帷幕的整體穩(wěn)定性和封水性。特別是要保證旁通道喇叭口部位凍土帷幕的厚度和強度及與管片的完全膠結，在凍結孔施工端喇叭口部位布置三排孔加強凍結,在對側隧道布置冷凍板和部分短孔加強對側管片與凍土的膠結。所有的鋼管片的格柵要用砼充填密實，同時管片外面采用PEF板隔熱保溫，以減少冷量損失，在凍土墻與管片膠結處放置測溫點，以加強對凍土墻與管片膠結狀況的檢測。
　　（2）根據(jù)我公司在廣州市旁通道凍結孔施工的成功經驗，用金剛石取芯鉆開孔，跟管鉆進法下凍結管。凍結孔開孔前，在布孔范圍內打小孔徑探孔，探測地層穩(wěn)定情況。如發(fā)現(xiàn)有嚴重漏水冒泥現(xiàn)象，先進行水泥—水玻璃雙液壁后注漿，以提高孔口附近地層穩(wěn)定性，然后再鉆進凍結孔。每個鉆孔都設有孔口管，每個孔口管不少于4個固定點，并安裝鉆孔密封裝置，以防鉆進時大量出泥、出水。
　　（3）針對本工程特點，在施工凍結孔時極容易產生涌砂涌水現(xiàn)象，采用強力水平鉆機，盡量實現(xiàn)無泥漿鉆進。如發(fā)現(xiàn)鉆孔泥水流失，及時進行補漿。
　　（4）加強凍結過程檢測。在凍土帷幕內布置測溫孔，以便正確判斷凍土帷幕是否交圈和測定凍土帷幕厚度。對側隧道管片附近土層的凍結情況將成為控制整個旁通道凍土帷幕安全的關鍵，為此，在對側隧道管片上沿凍土帷幕四周布置測溫孔，以全面監(jiān)測凍土帷幕的形成過程。
　　（5）在旁通道兩端布設泄壓孔，以減小土層凍脹對隧道的影響。該孔可作為凍結帷幕壓力變化的觀測孔，同時利用管片上的注漿孔來卸壓。
　　（6）旁通道開挖時在隧道內設預應力支架，以防打開預留鋼管片時隧道變形和破壞。施工完旁通道臨時支護層后再打開對側隧道旁通道的預留鋼管片。在旁通道襯砌中預埋壓漿管，采用注漿方式以補償土層融沉。注漿應配合凍土帷幕融化過程進行，開始可注水泥粉煤灰漿液。
　　（7）由于凍土的蠕變性很強，凍土帷幕在破壞前必然有一個較大的蠕變過程，可以通過檢查開挖過程中的凍土帷幕變形情況判斷其安全性。為此，在開挖過程中必須及時進行凍土帷幕變形和溫度觀測，如遇凍土帷幕有明顯變形，立即用鋼支架加木背板支撐，調整開挖構筑工藝，并同時加強凍結。
　　（8）為了進一步提高旁通道掘砌施工的安全性，特采取以下措施：選用可靠的凍結施工機械；準備足夠的備用設備；加強停凍時的凍土帷幕監(jiān)測；盡快施工襯砌，必要時用堆土法密閉開挖工作面。
　　（9）由于凍脹力和凍土融沉的作用，影響周圍土層的力系平衡，使隧道產生水平位移和沉降，故在整個施工過程中，加強隧道變形的監(jiān)測，確保隧道安全。在凍土帷幕關鍵部位，多布置測溫孔，監(jiān)測凍土帷幕的形成過程和形成狀況。
　　2.3凍結土體加固、礦山法暗挖構筑方案
　　根據(jù)上述施工條件并結合廣州地鐵旁通道施工的經驗，采用“隧道內水平凍結加固土體、隧道內礦山法開挖構筑”的全隧道內施工方案。即：在隧道內利用水平孔和部分傾斜孔凍結加固地層，使旁通道及集水井外圍土體凍結，形成強度高，封閉性好的凍土帷幕。
　　3凍結施工
　　3.1施工工序
　　在凍土中采用凍結法進行旁通道及泵站的開挖構筑施工，地層凍結和開挖構筑施工均在區(qū)間隧道內進行，其主要施工順序為：施工準備→凍結孔施工、凍結站安裝→凍結器系統(tǒng)安裝、檢測系統(tǒng)安裝→凍結運轉→隧道支撐、探孔試挖、開鋼管片→開挖、臨時支護→結構層及防水層施工→壁后注漿→凍結管處理、冷凍站系統(tǒng)拆除→土層注漿充填。
　　3.1施工準備
　　（1）用Φ1.5″鋼管在施工出入端頭井內搭建腳手架，作為連接隧道與地鐵車站底層平臺的便橋。
　　（2）在隧道內敷設一條120mm2動力電纜，用于凍結鉆孔施工及隧道內凍結系統(tǒng)安裝供電。
　　（3）利用隧道內清水和排污管道，用于凍結孔打鉆和凍結站運轉的供水和排污。
　　（4）在旁通道施工工作面兩端砌高約0.5m的泥漿擋墻，以免凍結孔鉆進時泥漿四溢影響隧道內環(huán)境整潔。
　　(5)用厚4~6cm的木板在旁通道處鋪設凍結施工場地，按不同位置的凍結孔鉆進要求，用Φ1.5″鋼管搭建凍結孔施工腳手架。
　　3.3凍結孔施工
　　3.3.1凍結孔定位與管片開孔
　　根據(jù)總包方提供的施工基準點，按凍結孔施工圖進行凍結孔孔位放線，提請注意的是：孔位布置首先要依據(jù)管片配筋圖和鋼管片加強筋的位置，在避開主筋的前提下可適當調整，一般不應大于100mm。詳見開孔措施，其中包括4個穿孔。
　　(1)在正式開孔前，利用隧道管片上的補漿孔鉆Ф38mm小孔徑探孔，檢查地層穩(wěn)定性。
　　(2)開孔選用J-200型金剛石鉆機，配Ф130mm金剛石取芯鉆頭進行鉆孔，深度約300mm，以不鉆穿管片控制。用鋼楔楔斷巖心、取出后，打入加工好的孔口管，并固定，每個孔口管要至少有4個固定點固定在管片上。
　　3.3.2凍結孔施工順序
　　根據(jù)旁通道施工的孔位，采用由上向下的順序進行施工：即先施工穿透孔，根據(jù)穿透孔的偏差，進一步調整有關的鉆進參數(shù)，再按由上向下的順序施工，這樣可防止因下層凍結孔的施工引起上部地層擾動，減小鉆孔施工時的事故發(fā)生率。
　　3.3.3鉆孔偏斜和終孔控制
　　鉆孔的偏斜應控制在1%以內，在確保凍土帷幕厚度的情況下，相鄰終孔間距不得大于1.2m，否則應補孔。
　　凍結孔鉆進深度應不小于設計深度，不大于設計深度0.3m（鉆頭碰到隧道管片者除外）。
　　3.3.4凍結孔鉆進與凍結管設置
　　（1）鉆孔設備使用MD-50鉆機一臺，配用BW250型泥漿泵，鉆具利用Φ89×8㎜凍結管作鉆桿；凍結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度。
　　（2）正常情況下，鉆進時安裝簡易鉆頭，如果鉆進困難遇到砂層，為防止鉆進中返砂，在鉆頭部位安裝一個特制單向閥門。
　　（3）凍結管到達設計深度后沖洗單向閥，并密封凍結管端部。
　　（4）鉆進過程中嚴格監(jiān)測孔斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時糾偏，下好凍結管后，進行凍結管長度的復測，然后再用燈光測斜儀進行測斜并繪制鉆孔偏斜圖。凍結管長度和偏斜合格后再進行打壓試漏，壓力控制在0.8Mpa，穩(wěn)定30分鐘壓力無變化者為試壓合格。
　　（5）在凍結管內下供液管,然后焊接凍結管端蓋和去、回路羊角。
　　3.3.5鉆孔質量控制程序
　　生產準備→鉆場施工→測量定孔位→安裝→搬遷、找正→正常鉆進（斜測）→單孔完成。
　　3.4積極凍結與維護凍結
　　3.4.1凍結系統(tǒng)試運轉與積極凍結
　　設備安裝完畢后進行調試和試運轉。在試運轉時，要隨時調節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機組在有關工藝規(guī)程和設備要求的技術參數(shù)條件下運行。在凍結過程中，定時檢測鹽水溫度、測溫孔溫度和凍土帷幕擴展情況，必要時調整凍結系統(tǒng)運行參數(shù)。凍結系統(tǒng)運轉正常后進入積極凍結。
　　3.4.2試挖與維護凍結
　　在積極凍結過程中，要根據(jù)實測溫度數(shù)據(jù)判斷凍土帷幕是否交圈和達到設計厚度，同時要監(jiān)測凍土帷幕與隧道的膠結情況，測溫判斷凍土帷幕交圈并達到設計厚度且與隧道完全膠結后再進行探孔試挖，確認凍土帷幕內土層基本無壓力后再進行正式開挖。試挖條件：
　　①測溫孔
　　可根據(jù)測溫孔實測數(shù)據(jù)，推算出凍土發(fā)展速度及在該凍結時間內的凍土發(fā)展半徑，從而算出凍結帷幕厚度，再根據(jù)成冰公式或用作圖法得出凍結帷幕平均溫度，若各個層位、部位凍結帷幕的厚度和平均溫度達到設計要求后，即可打開管片進行開挖。
　　②卸壓孔
　　在積極凍結過程中，卸壓孔有兩個作用，一是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帷幕是否交圈。在凍結初期卸壓孔是沒有壓力的，隨著凍土的逐漸擴展，水分不斷遷移，交圈后凍土形成一個封閉的土體，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
　　在打開管片前應進行探孔檢查，探孔應打在凍結帷幕薄弱處，探孔處無涌沙、突水現(xiàn)象，地層穩(wěn)定，凍結帷幕正常，測溫效果良好，即可打開管片試挖。
　　④鹽水去、回路溫差
　　由于凍結帷幕交圈后需冷量較交圈前要小，因此凍結帷幕交圈前鹽水去、回路溫差要比交圈后大，不過此現(xiàn)象僅作為判斷凍結帷幕交圈的參考。要確定打開管片進行開挖還需結合測溫孔資料、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，可適當提高鹽水溫度，進入維護凍結，但鹽水溫度控制在-25~-28℃之間。
　　3.4.3.凍結及開挖技術控制指標（見表2）
　　表2凍結及開挖技術控制指標
　　　
　　4結束語
　　凍結法施工的順利完成，為該區(qū)間隧道泵站工程的設計和施工提供了寶貴的經驗。經過合理設計、精心施工，并配合信息化施工監(jiān)測，目前，該工程已全部成功的完成了施工。
　　
　　參考文獻：
　　[1]石旭東.地層凍結技術在盾構進站中的應用[J].山西建筑，2009（1）.
　　[2]孫威，陳向科，陳紹劍.上海長江隧道連接通道水平凍結法施工[J].地下工程與隧道,2009(1).