地铁暗挖风道冻结法施工技术

2021-03-29

智能城市 2021年5期

关键词：运转测温盐水

（中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，广东广州 510410）

随着经济的快速发展，城市交通的压力越来越大，城市轨道交通已成为解决交通拥堵的主要选择。横通道的施工方案通常采用矿山法，由于地铁施工大多在市中心进行，对施工场地、环境、噪声等要求较高，因此，选用合适的土体加固方法较为重要。

冻结法具有凝固均匀、强度高、防水效果好、地层适应性强、环境污染小等特点，近年来已广泛用于地铁区间横通道及端部加固工程。该研究主要采用冻结法加固横通道地层，提升了施工效率，解决了以往存在的问题，具有较好的应用价值。

1 冻结法施工技术的优势

（1）冻结施工技术可用于含水量超过10%的松散、不稳定的地层，可以有效分离地下水。

（2）冻土帷幕形状和强度可根据施工现场条件灵活调整，地质条件灵活，冻土强度可达5～10 MPa，能够有效提高工作效率。

（3）冻结法不污染周围环境，具有环保性，异物引起的噪声较少。冻结完成后，冻结的土壤墙逐渐融化，不影响建筑物周围的地下结构。

（4）将冻结施工用于桩基础施工或其他工序并行工作，可有效缩短施工周期。

2 冻结施工技术介绍

2.1 冻结孔施工

施工前，根据冻结孔的位置打孔，以进行测量和放置，孔位置偏差应不大于100 mm。冻结孔应使用管道钻至设计深度，开挖区域外，孔之间的最大距离不超过1.3 m，冻结孔最大偏转值不可超过150 mm，使用经纬仪测量方位角和倾斜角。使用金刚石空心钻在管段钻上钻取Φ120 mm的孔，并确保混凝土层穿透距离不超过100 mm。插入Φ121×5 mm的节流孔管，使用膨胀螺栓将其固定在管件上，安装1个球阀，在节流孔管的法兰附近预留1个灌浆孔，安装前安装孔密封和防喷装置。确认安装正确后，使用钻头在剩余的混凝土墙、保护层上钻孔。

2.2 积极冻结

制冷设备安装完成后，进行设备调试，当压力、温度和其他参数恢复正常时，能够主动冻结。碎冰筛的冷却速度较慢，通常需要7～10 d才能降至-20 ℃，冻碎筛的冷却速度应保持在0.5～1.0 ℃/d。冻土帷幕厚度约38 d左右可达到设计要求。在积极冻结期间，盐水温度应控制在-30～-28 ℃之间。

2.3 维持冻结

查看测得的温度数据，进入冻结保持阶段前，将碎片、土壤中的铜碎片、各部分外壁完全黏合，直至碎片穿过土壤，达到设计厚度为止。冻结保持期间的盐水温度应控制在-28～-25 ℃之间，直至连接通道的开挖和衬砌完成。在主动冻结期结束时，可开始建设通信渠道和废水泵房。

施工步骤：（1）在连接通道的上钢管上钻一个孔，敷设一根小管进行灌浆。（2）从连接通道上取下钢管，在隧道入口处支撑第一个钢架。（3）挖掘0.5 m。（4）将第二个钢框架支撑在初始支撑上使用，撒上混凝土，关闭隧道面。（5）圆形开挖，逐渐完成连接通道的开挖工作。（6）悬挂防水板并支撑模具遵循连接通道拱、墙和底板的第二层衬砌。（7）将废水泵房的土方挖入地面，对废水泵房的底部进行初步支撑。（8）喷射混凝土后盖。（9）悬挂防水板和支撑架泡沫材料倒入废水泵房的第二层衬砌混凝土，在两个衬砌接头之间安装膨胀止水器。（10）挖掘连接通道前，拆除连接通道门中的钢管段，须在屏蔽通道中安装预应力支架，防止因突然的力变化，导致屏蔽段损坏。

开挖连接通道和废水泵房后，应安装安全紧急门，在废水泵房改造的顶部安装安全紧急盖。挖掘连接通道和废水泵房时，须定期观察冷却帘的变形和温度变化。如果防冻帘明显变形，应立即使用铁支架、木制基座支架调节开挖阶段，以支撑钢制升高的框架，增强防冻效果，关闭安全紧急门，在必要时应提供急救套。

如果废水泵房在地面上开挖，制冷管会影响结构，对此可通过将循环热水注入制冷管以除霜。当冷冻管周围的土壤温度升高并解冻时，冷冻管和土壤被释放，冷冻管间的接头可拉出。在浇注连接桶拱和墙体混凝土时，须按照预定计划对管道进行灌浆。

3 工程实例

工程实例为珠机城际轨道交通工程拱北-横琴段横琴隧道金融岛站～3#工作井区间3号横通道冷冻机组。珠机城际拱北-横琴段3#井～金融岛站区间共设3个横通道，其中左线DK8+189.353（右线YDK8+219.707）处设置为3#横通道兼泵房。3#横通道兼泵房为直墙圆拱结构，净宽3.8 m，通道净高4.4 m，泵房净高2.9 m；横通道的衬砌为双层复合衬砌；钢拱架与C25P6喷射混凝土结构，厚度250 mm；二次衬砌为C50P10钢筋防水混凝土结构。初衬和二衬间设一道防水层。

横通道图如图1、图2所示。

图1 3#井～金融岛站区间3号横通道平面图（单位：cm）

图2 3#井～金融岛站区间3号横通道结构图（单位：cm）

3#横通道，地面与横通道顶垂直间距约26.8 m，①1-1淤泥厚度约9.7 m、②2-3粉质黏土厚度约8.4 m、③1-1淤泥厚度约8.1 m、④2-4粉质黏土厚度约2.0 m、⑤1全风化花岗岩厚度约25.5 m。3#横通道主要位于③1-1淤泥、④2-4粉质黏土、⑤1全风化花岗岩中，所处位置为河流下方，含水丰富，地层渗透系数大，以保证施工安全和减少对地面环境的影响。

按设计图纸、施工专项方案要求，左右线共完成冻结孔钻孔施工117个，卸压孔4个，测温孔14个，所有冻结孔孔位放样、成孔报验检测合格。3#横通道冻结施工人员、机械、材料资料报验检验均合格。

配套管路检查完成后，于2018年5月16日冷冻机组接电、调试进入试运行阶段，5月17日～23日，冻结试运行7 d，设备运转一切正常，管路密封完好，计量仪器灵敏准确。目前盐水总去路温度为-20.1 ℃，满足设计图纸技术要求。

4 试运转验收内容

4.1 冻结施工试运转期间设备情况

2018年5月16日18：00，1#冷冻机组接电调试开始试运转，运转的设备有1#冷冻机组（TBS700.2JF）、1台盐水泵（TPW150-315I），1台清水泵（ISW125-160）、3台冷却塔（LCT-80T）、4台风机组成的盐水系统和清水系统，试运转期间设备运转无异常，情况良好。

试运转期间管路连接满足要求，管路无渗水漏水等现象，密封性良好，数据测试仪器等用无异常。

4.2 冻结施工试运转数据总结

（1）3#横通道自2018年5月16日18：00冷冻机组接电调试开始试运转；（2）试运转期间机组参数汇总表选取每天第一次记录的数据，即9：00数据；（3）试运转期间测温时间为每天9：00，温度曲线总体呈缓和下降趋势、无异常情况；（4）试运转期间测温时间为每天9：00，温度曲线总体呈缓和下降趋势。

试运转数据总结：设备运转参数无异常，测温数据无异常，均满足设计要求。3#横通道2018年5月16日开始冻结试运转，机械设备一切运转正常，盐水降温正常。截至2018年5月23日已试运转7 d，盐水温度达到-20.1 ℃，满足设计要求。各测温孔测点温度下降正常，各冻结孔串联支路回路温度正常，3#横通道监测各项指标无异常。

4.3 后续施工注意事项

（1）设备运转：设备定期保养维护，保证备用机组正常使用，认真分析冻结系统运转数据，发现异常及时处理。（2）土层测温：根据每日测温数据，结合测温孔的位置判断测点温度数据是否有异常，如有异常立即排查。（3）人员巡视：实行24 h站内值班，工区主管和技术人员每天对冻结施工面进行巡查巡视，发现异常立即整改。（4）文明施工：保证现场施工达到标准化施工条件。