武汉地铁四号线期6标联络通道及泵房施工和降水设计施工方案.doc免...

万甸甸++董涛

[摘 要]结合武汉地铁2号线北延伸宏图大道站-常青车辆段站区间联络通道及泵站工程，介绍了冻结法在地铁联络通道施工中的施工技术及双线同时冻结、同时开挖在联络通道施工中的应用，对今后隧道中心间距较大联络通道冻结法施工有一定的指导意义。

[关键词]联络通道 冻结法 双面同时开挖

中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0175-01

1 工程概况

1.1 工程概述

为了满足区间紧急疏散和给排水的要求，区间在里程右BDK15+962.000（左BDK16+024.487）处设1座联络通道及泵站。采用冻结法加固后矿山法施工。

联络通道与泵房处的土层自上而下依次为：⑦-4粘土层、⑦-5粉质粘土层、⑧-1粉砂层、⑧-1a粉质粘土层。泵房以下地层主要为20a-1强风化泥岩、20a-2中风化泥岩等。联络通道大部分位于绿化带下方。

1.2 施工方案

根据工程地质条件及其它施工条件，确定采用“隧道内钻凿，布设水平孔、近水平孔冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方案，其主要施工顺序为：

施工准备→冻结孔施工（同时安装冻结制冷系统，盐水系统和监测系统）→进行隧道支撑→积极冻结→探孔试挖→拆钢管片→联络通道掘进与初期支护→联络通道永久支护→泵房开挖与初期支护→泵房永久支护→结构充填注浆→进行自然解冻融沉注浆充填→撤场。

2 冻结设计方案及总结

2.1 冻结孔的设计

联络通道及泵站采用冻结法施工，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在联络通道和泵站的周围，由于该联络通道中心间距较大（21.5m），故采用左右线两面同时钻孔，同时开挖的施工方案，冻结孔数共设计128个，冻结管选用Φ89×8mm，20#低碳无缝钢管。考虑道两侧对打冻结管的交接1.5m，左右线侧墙开孔处错开200mm。

2.2 制冷系统要点归纳

2.2.1 冻结参数确定

（1）2015年10月25日完成第一个透孔，2015年 10月26日正式开始打钻，2015年11月11日完成左线钻孔，2015年11月2日开始右线钻孔，2015年11月15日完成右线钻孔，至此钻孔工作全部结束。

冻结孔按照设计要求共施工128个（左线隧道内布置62个冻结孔，右线布置66个冻结孔），所有钻孔深度均达到设计要求。测温孔8个，在左线布置4个，右线4个，深度3.5m～7.9m；卸压孔布置4个，左右线各2个。

2015年 11月15日冷冻系统调试，2015年 11月18日正式开机冻结。开机至2015年 12月26日已经冻结40天（第40天），各项冻结指标均已达到设计要求。

从2015年12月6日至开挖前，冻结系统已在-28℃以下运行，累计运行21天，目前运行温度为去路：-29.7℃，回路-28. 8℃；去回路温差0.9℃。

监测数据分析：

图中，开始冻结后，盐水温度在较短的时间内降到-20℃以下，满足设计的要求。在整个冻结期间，盐水干管的去路和回路温差保持在1℃左右，特别是在冻结后期，随着冻结的深入，去路和回路的温差保持在更小的范围，说明在整个冻结过程中，冷冻机的制冷效果是可以保证的，从而也保证了冻结的效果。

（2）冻结孔单孔流量不小于5m3/h，保证与地层进行热交换的均匀性与实效性；

（3）冻土发展速度取31mm/d，积极冻结时间为40天，12月27日拉管片，正式开挖，两侧开挖错开3天，此时通道各部位冻土墙厚度均在2000mm以上，冻土平均温度在-11℃左右。开挖过程中通过红外线测温计，量得断面土体温度始终维持在-5℃左右，四个角的温度最低达到-13℃；用风镐打冻土为块状且固结结霜良好，保证了开挖过程中的安全。

（4）泄压孔分析

左、右线4个卸压孔的原始地层压力分别为X1=0.05，X2=0.06，X3=0.08，X4=0.06MPa。如下图所示，从 12月5日前后泄压孔压力开始增长，12月25日压力增长到0.33MPa左右；为了防止冻胀力过大对管片造成损伤，开始对其进行卸压，泄压时最初有清水缓慢流出，5分钟后，无水流出。12月26日开始将泄压孔保持半敞开状态。

根据泄压孔压力变化，说明冻结18天左右时冻土柱已经全部交圈，冻结帷幕已基本形成。此后冻胀压力趋于稳定并逐步减少，冻土帷幕厚度增加，符合冻土冻结规律。

（5）测温孔分析：测温孔左、右线共布置9个。测温采用一线制测温系统，对土体及盐水温度实时监测。

以C1测温孔的测点为例，从图中可以看出，冻结初期，测点温度下降很快，最大每天下降1～3℃左右。土体温度降至0℃附近时，由于土中的水结冰相而释放出大量的潜热，测点温度则表现为一定时间内在0℃附近波动。之后土体温度继续下降，下降的幅度减缓，平均每天下降0.2℃～0.5℃左右。开挖区域外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交界处平均温度低于-5℃。

（6） 探孔情况说明：

在联络通道左线D11与D12排孔中间右侧向内1400MM处打探孔，探孔深度500mm左右，观察地层情况，壁后地层稳定，没有涌水涌沙现象，，土体坚硬。探测范围内与外界没有水力联系。观测探孔温度为-3.6℃。

开始冻结后，土体温度从初始地温下降很快。在维持冻结阶段，土体温度保持在-10℃左右，并且波动不大。随着盐水温度维持在较低水平，土体温度持续下降，积极冻结阶段后期，土体温度达到-15℃，冻结加固效果很快达到设计的要求。进入开挖和结构施工阶段后，随着循环盐水温度的下降，土体温度进一步降低，但由于受到开挖土体暴露后保温措施的影响，土体测量温度有波动，特别是在结构施工阶段，由于受到混凝土水化热的影响，土体温度有回升现象。从整体上看，土体的降温是平稳的，整个冻结加固效果是可以得到保证的。

4 结语

（1）冻结法在地铁联络通道施工的应用已非常广泛，但随着城市地铁加速建设的过程中，出现了越来越多的长距离，大落差的及穿越段的冻结工程，所以本工程的施工经验对以后相似或者相同的冻结工程提供了一套完备的设计及施工方法。

（2）管路及钢管片的保温：保温采用橡塑保温材料，为减小冷量的损失，管路的保温层厚度为50mm较为合适；钢管片及冷板的保温，同样采用橡塑材料。但保温方法有待提高，可在管片上打若干膨胀螺丝，用螺帽上紧即可。

（3）工期保证：本工程从钻孔开始计算，到结构完成停机，总工期88天。对工期较紧且中心间距较大的联络通道施工，具有一定的指导意义。