在工程建設(shè)中，施工的方法有很多，根據(jù)工程項(xiàng)目不同的情況來進(jìn)行合理安排。本文主要針對(duì)凍結(jié)法在鄭州地鐵聯(lián)絡(luò)通道加固中的應(yīng)用進(jìn)行了一些論述，文章是一篇核心論文發(fā)表范文。

　　摘 要：由于鄭州地鐵農(nóng)業(yè)東路站至七里河站和七里河站至新鄭州站兩個(gè)區(qū)間所處的地層比較復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，在施工中必須采取切實(shí)可靠的技術(shù)措施，以確保聯(lián)絡(luò)通道施工的安全并保證施工工期，結(jié)合以往地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工的經(jīng)驗(yàn)，決定采用“隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體、隧道內(nèi)礦山法開挖構(gòu)筑”的全隧道內(nèi)施工方法。本文通過介紹凍結(jié)法的施工工藝，進(jìn)一步探討凍結(jié)法的施工難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的解決措施，為其它地鐵施工提供重要的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：鄭州地鐵,冰凍施工法,聯(lián)絡(luò)通道,礦山法

　　Application of Freezing Method in Excavating Tunnel Connecting Passages of ZhengZhou subway

　　He Wei1 Bai Wei-feng2

　　(1 Zhengzhou Rail Transport Co.， Ltd.， Zhengzhou 450046;

　　2. North China Institute of Water Conservancy and Hydropower Research Institute of Steel and Engineering， Zhengzhou 450011)

　　Abstract： As the soil layer which is from Agricultural Road station to Seven Mile River station and from Seven Mile River station to New ZhengZhou station is more complex， the construction risk is also higher. It is necessary that the practical and reliable technical measure is applied in the construction process in order to ensure the security of contacting passage construction. Combined with previous subway connecting passage construction experience， it’s better to use the way that “horizontal freezing tunnels to reinforce soil， excavate tunnel with mining method”. In the paper， freezing soil layer method is introduced， and the construction difficulties of the method are investigated. The corresponding solution measures are proposed to benefit other subway construction.

　　Keywords： Zheng zhou subway; the freezing soil layer method; contacting passage; excavate tunnel with mining method

　　中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

　　0.引言

　　凍結(jié)施工法[1，2]是指在構(gòu)筑物(旁通道)掘砌之前，用人工制冷的方法，將構(gòu)筑物周圍含水松散不穩(wěn)定的沖積層或巖層進(jìn)行凍結(jié)，形成封閉的符合工程施工安全要求的起到臨時(shí)保護(hù)作用的凍結(jié)壁(俗稱凍土帷幕或凍土墻)，然后在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行構(gòu)筑物挖掘砌工作的一種施工方法。該工法在鄭州地鐵建設(shè)中，之前還未得到使用。

　　1.工程概況

　　1.1工程簡(jiǎn)介

　　此工程為鄭州市城市軌道交通1號(hào)線04合同段，含農(nóng)業(yè)東路站～七里河站和七里河站～新鄭州站兩個(gè)區(qū)間，隧道總長(zhǎng)4100m，采用盾構(gòu)法施工，如圖1所示。盾構(gòu)機(jī)外徑Ф6140mm，隧道內(nèi)徑Ф5400mm，管片環(huán)寬1.5m，厚度0.30m。兩區(qū)間各設(shè)有1座聯(lián)絡(luò)通道兼排水泵房。農(nóng)業(yè)東路站～七里河站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站工程聯(lián)絡(luò)通道位置里程右線DK29+200.250、左線DK29+181.000，線間距13356mm，聯(lián)絡(luò)通道位置隧道中心標(biāo)高右線69.649m、左線69.653m，聯(lián)絡(luò)通道處隧道中心埋深17.0 m。七里河站～新鄭州區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站工程聯(lián)絡(luò)通道位置里程右線DK30+453.490、左線DK30+460.694，線間距13544mm，聯(lián)絡(luò)通道位置隧道中心標(biāo)高右線69.928m、左線69.916m，聯(lián)絡(luò)通道處隧道中心埋深17.9m。

　　1.2工程地質(zhì)條件

　　(1)農(nóng)業(yè)東路站～七里河站區(qū)間

　　農(nóng)業(yè)東路站～七里河站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道基本位于粉土和粉砂層，泵房基本位于粉砂層和中砂層。根據(jù)勘探，本區(qū)間場(chǎng)地內(nèi)淺層地下水可分為孔隙潛水和承壓水兩種類型。孔隙潛水主要賦存于15.4～20.6m以上的Q4-3al+plQ4-2al+pl的粉土地層中。承壓水主要賦存于15.4m～42.6m范圍內(nèi)的Q4-1al+pl 粉砂、中砂地層中。

　　(2)七里河站～新鄭州站區(qū)間

　　七里河站～新鄭州站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道基本位于粉質(zhì)粘土、細(xì)砂和中砂層中，泵房基本位于中砂層中。根據(jù)勘探，本區(qū)間場(chǎng)地內(nèi)淺層地下水可分為孔隙潛水和承壓水兩種類型。孔隙潛水主要賦存于14.6～19.7m以上的Q4-3al+plQ4-2al+pl的粉土地層中。承壓水主要賦存于16.0m～34.3m范圍內(nèi)的Q4-1al+pl 粉砂、細(xì)砂、中砂地層中。 　　2.凍結(jié)施工

　　2.1施工工藝和流程

　　冷凍法工藝原理是利用人工制冷技術(shù)，在隧道內(nèi)利用水平孔和部分傾斜孔凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道外圍土體凍結(jié)，隔絕地下水，以便形成強(qiáng)度高，封閉性好的凍結(jié)帷幕。在凍結(jié)壁的保護(hù)下，采用礦山法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道的開挖構(gòu)筑施工。聯(lián)絡(luò)通道施工可分為凍結(jié)孔施工、土體凍結(jié)和開挖構(gòu)筑施工三個(gè)主要部分，其主要施工順序如圖2所示。

　　2.2需冷量計(jì)算及設(shè)備選型

　　凍結(jié)需冷量計(jì)算：Q=1.2・π・d・H・K

　　式中：H―凍結(jié)總長(zhǎng)度：

　　d―凍結(jié)管直徑：Φ89mm

　　K―凍結(jié)管散熱系數(shù);

　　將上述參數(shù)代入公式得出各通道需冷量：7.03×104最大需冷量(Kcal/h)。

　　根據(jù)需冷量，每個(gè)聯(lián)絡(luò)通道選用W-YSLGF300Ⅱ型螺桿機(jī)組一臺(tái)套，另外備用一臺(tái)。單臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)工況制冷量為8.75×104Kcal/h，完全滿足聯(lián)絡(luò)通道的制冷需求。鹽水循環(huán)泵選用IS150-125-315型1臺(tái)，流量200m3/h。每個(gè)通道冷卻水循環(huán)選用IS150-125-315型1臺(tái)，流量200m3/h。冷卻塔選用KST-80型2臺(tái)。

　　2.3凍結(jié)孔施工

　　2.3.1凍結(jié)孔施工順序

　　先施工透孔，根據(jù)穿透孔的偏差，進(jìn)一步調(diào)整有關(guān)的鉆進(jìn)參數(shù)[3]。然后根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道施工的孔位，采用由上向下的順序進(jìn)行施工，這樣可防止因下層凍結(jié)孔的施工引起上部地層擾動(dòng)，減小鉆孔施工時(shí)的事故發(fā)生率，同時(shí)在施工通道頂部孔時(shí)根據(jù)地面打孔數(shù)據(jù)及通道孔位放樣圖，在設(shè)計(jì)許可范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整孔位放樣，避免打到豎向排水管。

　　2.3.2凍結(jié)孔的定位

　　依據(jù)施工基準(zhǔn)點(diǎn)，按凍結(jié)孔施工圖進(jìn)行凍結(jié)孔孔位放線，孔位布置應(yīng)在避開主筋、管縫、螺栓及鋼管片肋板的前提下可適當(dāng)調(diào)整，不大于100mm。

　　2.3.3凍結(jié)孔開孔及孔口密封裝置

　　開孔選用J-200型金剛石鉆機(jī)，配φ130mm金剛石取芯鉆頭進(jìn)行鉆孔，深度約250mm，控制不得鉆穿管片。用鋼楔楔斷巖心，取出后，打入加工好的孔口管，并用至少有4個(gè)固定點(diǎn)固定在管片上，然后安裝孔口密封裝置，如圖3所示。

　　2.3.4凍結(jié)孔鉆進(jìn)與凍結(jié)管設(shè)置

　　1)鉆孔設(shè)備使用MD-50或MD-80A鉆機(jī)一臺(tái)，配用BW250型泥漿泵，鉆具利用φ89×8mm凍結(jié)管作鉆桿;凍結(jié)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(qiáng)度。

　　2)鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)孔斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏，下好凍結(jié)管后，進(jìn)行凍結(jié)管長(zhǎng)度的復(fù)測(cè)，然后再用燈光測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜并繪制鉆孔偏斜圖。

　　2.4積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)

　　2.4.1積極凍結(jié)

　　設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)[4]。此階段為凍結(jié)帷幕的形成階段，聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)凍結(jié)時(shí)間為50天，要求凍結(jié)孔單孔流量不小于5m3/h;積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至-20℃以下，積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至-24℃以下，去回路溫差不大于2℃;開挖前鹽水溫度降至-28℃以下。如鹽水溫度和鹽水流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)延長(zhǎng)積極凍結(jié)時(shí)間。

　　2.4.2維護(hù)凍結(jié)

　　在積極凍結(jié)過程中，要根據(jù)實(shí)測(cè)溫度資料判斷凍結(jié)帷幕是否交圈和達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，同時(shí)要監(jiān)測(cè)凍結(jié)帷幕與隧道的膠結(jié)情況，測(cè)溫判斷凍結(jié)帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且與隧道完全膠結(jié)后，可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。

　　3.施工順序及工藝流程

　　施工順序：聯(lián)絡(luò)通道先開挖一側(cè)導(dǎo)硐，再開挖通道中間段，而后另一側(cè)導(dǎo)硐貫通;貫通后，進(jìn)行通道部分的臨時(shí)支護(hù)、防水層、結(jié)構(gòu)層施工。

　　施工工藝流程：聯(lián)絡(luò)通道開管片、試挖――一側(cè)導(dǎo)硐、臨支――通道挖掘、臨支――另一側(cè)開挖、臨支――做通道防水層、扎鋼筋、立模、澆砼――拆模、清理――壁間、壁后充填注漿。

　　4.關(guān)鍵施工技術(shù)措施

　　4.1凍結(jié)水平孔施工技術(shù)措施

　　1)凍結(jié)孔施工前，在布孔范圍內(nèi)打若干小孔(Φ38mm)探孔，以判斷地層是否穩(wěn)定，是否易噴水、涌砂，以便做好各方面的準(zhǔn)備工作[5]。

　　2)凍結(jié)孔開孔分二次進(jìn)行，以此來控制泥漿涌出。第一次開孔用金剛石取芯鉆頭，取芯鉆進(jìn)入管片約250mm，取芯后，安裝孔口管及密封裝置。第二次開孔在密封裝置的保護(hù)下進(jìn)行，穿透整個(gè)管片后，及時(shí)地密封孔口。

　　3)采用強(qiáng)力水平鉆機(jī)，在條件允許的情況下，優(yōu)先采用無泥漿鉆進(jìn)。

　　4)鉆孔過程中，嚴(yán)格控制水土流失，最好控制在不大于所有凍結(jié)管占用體積量，如流失過多，可在成孔后及時(shí)利用密封盒上的注漿管向土體充填壓漿。水泥漿采用單液水泥漿。

　　5)鉆孔前，對(duì)凍結(jié)孔的長(zhǎng)度、角度及時(shí)檢查，并做好記錄，鉆機(jī)找平找正，調(diào)整好角度后，及時(shí)固定牢固。在鉆孔過程中，嚴(yán)格控制凍結(jié)管的焊接質(zhì)量，經(jīng)檢查合格后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)結(jié)束后，及時(shí)對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行測(cè)斜、打壓檢漏試驗(yàn)、復(fù)測(cè)其深度。及時(shí)畫出各孔的偏斜圖。檢漏壓力控制在0.8MPa，穩(wěn)定15分鐘為合格。終孔間距超出設(shè)計(jì)要求的，需打補(bǔ)孔。

　　4.2凍結(jié)施工主要技術(shù)措施

　　1)因聯(lián)絡(luò)通道的施工危險(xiǎn)點(diǎn)多，發(fā)生事故損失嚴(yán)重，事故影響大，本工程施工用電負(fù)荷按二級(jí)負(fù)荷考慮。現(xiàn)場(chǎng)變電所上源供電采取雙電源供電模式。從現(xiàn)場(chǎng)變電所引到聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)機(jī)組處采取雙回路供電。

　　2)凍結(jié)站安裝2個(gè)冷卻水蓄水箱，總蓄水達(dá)16m3。在供水中斷的情況下，可利用蓄水箱清水保證冷卻用水需求。同時(shí)積極聯(lián)絡(luò)各方，及時(shí)恢復(fù)供水。

　　3)凍結(jié)站安裝有二套冷凍機(jī)組，正常情況下需一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦發(fā)生機(jī)械故障，可暫時(shí)利用其中一臺(tái)繼續(xù)維持凍結(jié)，同時(shí)修復(fù)故障機(jī)組，及時(shí)恢復(fù)凍結(jié)。平時(shí)加強(qiáng)設(shè)備的管理與維修，冷凍機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前安排有熟悉機(jī)器性能的設(shè)備員對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面細(xì)致的檢修，確保其安全性。

　　4)加強(qiáng)凍結(jié)過程中對(duì)鹽水濃度的檢測(cè)，要求其比重控制不小于1.26(29.8Beo)，其結(jié)晶溫度在-38.6℃。一旦濃度偏小，及時(shí)補(bǔ)充CaCl2。

　　5) 在凍結(jié)帷幕內(nèi)，布置4個(gè)卸壓孔，上、右線各2個(gè)，凍結(jié)過程中，加強(qiáng)對(duì)卸壓孔內(nèi)壓力的觀測(cè)，當(dāng)壓力上升至0.3Mpa時(shí)，需及時(shí)打開卸壓孔，釋放因土體凍脹引起的凍脹力，減少對(duì)管片的危害。同時(shí)在凍結(jié)交圈之前，安裝預(yù)應(yīng)力支架，進(jìn)一步控制管片的變形。

　　5.結(jié)語

　　對(duì)于因凍結(jié)帷幕各部分發(fā)展速度的不平衡、凍結(jié)土體周圍有暗流水流過、凍結(jié)管鹽水泄漏入凍結(jié)土體內(nèi)、與管片的膠結(jié)不好等原因而引起的薄弱點(diǎn)，則在凍結(jié)孔期間和凍結(jié)期間，積極采取措施，完全得以控制。開挖過程則要求不得超挖，確保凍結(jié)帷幕的有效厚度和強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。開挖過程中，工作面出現(xiàn)不正常現(xiàn)象采取的措施：當(dāng)發(fā)現(xiàn)凍結(jié)帷幕變形過大時(shí)，則進(jìn)一步加強(qiáng)凍結(jié)，同時(shí)減少開挖步距，縮短臨時(shí)支護(hù)間距;當(dāng)發(fā)現(xiàn)有冒砂涌水現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用應(yīng)急砂袋等搶險(xiǎn)物資及時(shí)充填，控制事故的擴(kuò)大;當(dāng)控制無效時(shí)，則關(guān)閉安全應(yīng)急門，向通道內(nèi)打氣或注水，確保土體不得坍塌。

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