隧道与竖井对接应用技术

李胜新，刘广仁，李泽苑

（中国石油天然气管道局第四工程分公司，河北廊坊065000）

隧道与竖井对接应用技术

李胜新，刘广仁，李泽苑

（中国石油天然气管道局第四工程分公司，河北廊坊065000）

武汉一条穿越长江隧道在建成后需要与新建竖井进行对接，以满足新增建的输油气管道通道的要求。在粉砂层、高水压、强渗透地质条件下，采用连续墙竖井施工、隧道切断、冷冻封堵等施工工艺和措施，顺利完成了竖井与隧道的对接。文章介绍了该工程的施工工艺流程、各工序的关键控制点和实施效果。实践证明，该方法具有时间短、速度快、安全高效等优点，也可用于隧道的修复工程。

隧道；竖井；地下连续墙；冷冻封堵；对接施工

1 工程简介

武汉一条穿越长江隧道在建成后需要与新建竖井进行对接，以满足新增建的输油气管道通道的要求。在新竖井与隧道对接施工中，如何防控地下水进入隧道，实现快速对接是本工程成败的关键。为此我们采取了连续墙法竖井施工方法，在竖井两侧用混凝土封堵，从地面钻孔向隧道内膜袋灌浆封闭隧道，安装冻结管冷冻封堵，切断隧道，钢套管插入对接等，成功解决了在粉砂层、高水压、强渗透地质条件下以及在有限的溶冻时间内，隧道与竖井快速对接的施工技术难题，该技术也可用于隧道事故修复。

2 地质特征、依据

隧道直径3 m，轴线位于地面以下27 m，地下水位1.2 m，竖井井深33.8 m，插入基岩1.2 m，竖井为长方型结构（10 m×8 m），隧道中心水压为0.26 MPa，位于粉砂与砾砂层之间，具有透水量大、水压高的特点，距长江160 m，粉砂层与长江连通，为地下水渗透层。

3 施工工艺流程

竖井两侧隧道浇注混凝土墙→粉质黏土充填→地面钻孔安装冻结管→冻结至隧道与竖井对接完成。

竖井连续墙钢筋笼施工→预制钢筋笼内安装钢筒→隧道上方连续墙成槽施工→隧道切断→槽段清理→钢筋笼入槽定位→混凝土浇注→竖井开挖→封底→切断连续墙壁钢筒封头→洞口二次衬砌，钢筋绑扎支模→切除钢筒外封板→切除钢筒内封头板→开凿冰塞清理冷冻土→逐根切除冷冻管→清除隧道壁冷冻孔内冻结土→安装钢套管→洞口二次衬砌浇注→钢套管与隧道壁间安装密封→隧道与竖井和钢套管空隙中补充注浆。

4 施工方案

4.1 隧道充填封堵施工

在隧道内竖井两侧浇注混凝土墙，在隔断的隧道内充填粉质黏土浆，分层充填密实。

4.2 冻结施工

钻孔并安装冻结管，连接、试压、清洗、预冷、积极冷冻，且维持冷冻至冻结管切除。

钻孔直径为120 mm，孔深33 m，冻结管直径89 mm，插入深度32 m，沿隧道轴线方向4排，间距1 000 mm，每排6根，间距为1 000 mm，另布设5根测温管。

冷冻循环氯化钠溶液温度-26～-30℃，控制隧道内冷冻管相邻中心冰塞冻结温度-10℃以上，冻土强度的设计指标为：抗压不小于2.4 MPa，抗折不小于1.7 MPa，抗剪不小于1.5 MPa（-10℃）。

4.3 竖井施工

竖井采用地下连续墙法施工，为长方型结构（10 m×8 m），共分8个槽段，先施工4个角槽，再施工隧道轴线两侧槽段。

按隧道中心线的标高、轴线位置，将事前预制好的钢筒安装在地下连续墙的钢筋笼内（见图1），钢筒两端的封头板与地下连续墙配筋直接焊接牢固，以减少隧道与竖井对接的钢筋混凝土开凿量与难度，同时减少对接时间。隧道两端冰塞形成后，进行成槽与隧道切断（采用导向定位架）施工，清理槽段，带有预埋钢筒的钢筋笼入槽、浇注，完成竖井连续墙施工。

竖井开挖、支撑至隧道顶部时，将切断的隧道自上而下先中间后两边进行拆除，开挖至规定标高时实施封底作业。

4.4 隧道与竖井对接

4.4.1开凿隧道内冻结土

隧道与竖井对接时，先凿连续墙预埋钢筒表面钢筋混凝土，排出钢筒内的泥浆，切断钢筒外封头与内部支撑结构筋，测量钢筒内隧道一侧各部分温度，当温度均在-10℃以下时，立即进行钢筒内封板切断。采用风镐开凿隧道内的冻结土，在开凿冻结土时不得损坏冷冻管（处于冻结维持状态）；清理隧道壁所有冻结土。检查隧道壁缺损情况，将隧道壁因钻孔造成的缺损部位的冻结土清理干净。隧道冻结区如图2所示。

关键控制点：

（1） 在切断外封头板与泥浆清除完成后，测量内封头板表面各部分冷冻温度，当测定各部分温度均低于-10℃以下时，切断钢筒内封头板；当测量温度达不到以上温度时，应继续积极冷冻，直至达到规定的温度才能进行切断。

（2） 在开凿隧道冰塞时，采用手持式测温仪随时监测开凿面的冷冻温度，防止因局部冻结效果差而造成涌水涌砂，一旦发现局部温度变化或差异较大时，应停止作业并加速冻结，待冻结温度正常后再进行施工。

（3） 在开凿隧道冰塞时，应随时注意冷冻管的位置，开凿位置应在理论冷冻位置左右各300 mm以外，冷冻管周围最后剩余的冻结混凝土改用钢钎人工开凿，防止冷冻管被凿损。

4.4.2隧道与竖井之间安装钢套管

在清理完隧道内冰塞后，安装轨道（用于钢套管沿隧道轴线顶进），采用边切除边牵引钢套管的方法，将钢套管牵引就位。切断冻结管前应先关闭地面冻结管阀，采用压缩空气置换盐水，将隧道壁孔中与隧道内冻结管切除，清除隧道壁冻结管周围的冻结土，使钢套管能顺利地对接安装就位。

关键控制点：

（1） 随时检测隧道壁冻结孔部位的温升情况。

（2） 钢套管对接插入后与隧道壁四周之间的间隙保持一致。

4.4.3竖井洞门混凝土浇注与注浆

在钢套管安装前，同步进行竖井二次衬砌和钢筋绑扎、支模。完成钢套管对接安装后，隧道洞门与竖井二次衬砌混凝土一并浇筑，使其具有良好的整体结构与防水效果（见图3）。

在隧道洞口浇注混凝土的同时，在钢套管两端与隧道壁的间隙内安装遇水膨胀的橡胶密封圈与橡胶密封条，焊接密封条限位钢板，以限制密封条位移，起到注浆封水作用。

通过钢套管底部预设阀门向钢套管背部压注环氧水泥砂浆，充填隧道与钢套管之间的空隙，注浆压力要高于地下水土压力0.12 MPa。

在注浆的同时完成冻结管内热水管的安装，当注浆完成后边拔管边注浆；在拔出冻结管的过程中，通过隧道对接钢套管上注浆阀，进行补充压注水泥砂浆，起到增强隧道防水与控制地面溶沉的作用，同时解决冻结管拔出后封孔问题。

关键控制点：

（1） 注浆液初凝时间应控制在36 h以上，以满足二次补充注浆的要求。

（2） 注浆量用注浆压力控制，同时观察地面，以不冒浆为原则。

5 实施效果

通过采用钢套管法，利用冻结体在自然溶冻的时间内，快速高效完成隧道与竖井的对接，防止在冻结管拆除停止冻结的情况下，因自然溶冻使冻结孔串通，造成涌水涌砂事故。

采用该方法，24 h内即可完成对接与注浆防水工作，具有时间短、速度快、安全高效的优点。可用于隧道修复、隧道与竖井的对接等工程。

Abstract:A tunnel crossing the Changjiang River in Wuhan City needs connecting with a newly built vertical shaft to meet the path requirement of a newly constructed oil-gas pipeline.In the geological conditions of silty sand stratum,high water pressure and strong permeability,the construction processes and measures such as continuous diaphragm wall,tunnel cutting off and freeze blocking are used and the smooth connection between the tunnel and the vertical shaft is realized.The construction process flow,key control points of working procedures and implementation effects are described.The engineering practice proves that this method has the advantages of short construction period,fast construction speed and high safety and efficiency,and it also can be used for tunnel repair engineering.

Key words:tunnel;vertical shaft;underground continuous diaphragm wall;freeze;connection construction

（40）Connection of Tunnel with Vertical Shaft

LI Sheng-xin（Fourth Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China）,LIU Guang-ren,LI Ze-yuan

U455

B

1001－2206（2011）02－0040－03

李胜新（1957-），男，上海人，高级工程师，2004年毕业于武汉理工大学机电一体化专业，硕士，现从事管道工程盾构施工管理工作。

2010-05-18；

2010-11-26