探究地鐵車站冷凍暗挖隧道防水施工技術(shù)

李彥風(fēng)

摘? 要：隨著我國(guó)地鐵事業(yè)的發(fā)展，地鐵工程對(duì)隧道施工技術(shù)的要求越來(lái)越高。基于此，文章分析了冷凍法施工原理，從地質(zhì)預(yù)報(bào)及資料核實(shí)、冷凍法施工要點(diǎn)、初期防護(hù)施工、開挖及支護(hù)與防水關(guān)系、規(guī)避混凝土襯砌裂縫等方面，探析了地鐵車站冷凍暗挖隧道防水施工技術(shù)。權(quán)作引玉之論，為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;冷凍法;隧道施工;防水技術(shù)

中圖分類號(hào)：U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0154-02

Abstract： With the development of subway industry in our country， there ishigher and higher requirement for tunnel construction technology in subway engineering. Based on this， this paper analyzes the construction principle of freezing method， from the aspects of geological prediction and data verification， key points of freezing method construction， initial protection construction， relationship between excavation and support and waterproofing， avoidance of concrete lining cracks， etc. This paper probes into the waterproof construction technology of frozen undercut tunnel in subway station， in order to provides a reference for related research.

Keywords： subway station; freezing method; tunnel construction; waterproof technology

在地鐵工程中，隧道防水施工直接關(guān)系工程成敗。在地鐵隧道施工中，隧道滲漏水是較為常見的質(zhì)量通病，也是相關(guān)研究者亟待深入解決的問(wèn)題。在地鐵車站隧道施工中，若采用冷凍暗挖隧道防水施工技術(shù)，就需要針對(duì)工程特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況，選擇適當(dāng)?shù)姆浪胧?，以?guī)避竣工后隧道內(nèi)部出現(xiàn)滲漏水問(wèn)題，促進(jìn)隧道運(yùn)營(yíng)管理及后期維護(hù)。

1 冷凍法施工原理

在我國(guó)地鐵工程中，冷凍法施工技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。在該技術(shù)應(yīng)用初期，尚且存在造價(jià)較高的情況，然而隨著地鐵事業(yè)的發(fā)展，施工過(guò)程中所面臨的復(fù)雜地質(zhì)情況越來(lái)越多，如隧道內(nèi)含有大量的含水層粘土、卵石、淤泥等，故而冷凍法施工技術(shù)得以推廣。在此期間，我國(guó)科技飛速發(fā)展，冷凍法施工技術(shù)的造價(jià)逐漸降低，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用日益便利。探析冷凍施工原理，即是在地層中鉆孔，其后埋入鹽水，并采用人工制冷手段，使不穩(wěn)定的含水圍巖結(jié)構(gòu)，逐漸凍結(jié)成剛度性強(qiáng)、封閉性好的凍結(jié)壁層。究其原因，就在于凍結(jié)壁層可有效保證施工地層的穩(wěn)定性，并起到隔離水層的作用。在實(shí)際施工中，探析冷凍法施工技術(shù)應(yīng)用，一般情況會(huì)采用水平冷凍及垂直冷凍方式。在地鐵隧道施工中，若地下含水層高于10%，此種情況下就必須應(yīng)用冷凍法施工技術(shù)[1]。同時(shí)，在實(shí)際施工中，冷凍法施工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)施工專業(yè)度的要求較高，需要針對(duì)周圍土體結(jié)構(gòu)，科學(xué)設(shè)計(jì)加固土層。因此，對(duì)于施工單位而言，應(yīng)選擇專業(yè)的施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行地鐵隧道的施工作業(yè)。在地鐵隧道施工中，探析一般施工流程，即為提出開挖申請(qǐng)、相關(guān)部門審核、確定設(shè)計(jì)位置、凍結(jié)孔施工、回流量控制等。此外，在實(shí)際施工中，施工人員可在鉆孔操作后，采用埋設(shè)凍結(jié)管方式，促進(jìn)循環(huán)冷媒的快速形成，使周圍地層迅速降溫并凍結(jié)，并形成一個(gè)系統(tǒng)的凍結(jié)帷幕，保證隧道施工的安全性。

2 地鐵車站冷凍暗挖隧道防水施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 地質(zhì)預(yù)報(bào)及資料核實(shí)

在地鐵隧道施工中，通常情況下暗挖隧道周圍的施工條件較為復(fù)雜，即隧道往往處于交通要道或是建筑物之下，同時(shí)開挖施工所要求的斷面較大，進(jìn)而增加了工程施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，在實(shí)際施工中，施工單位應(yīng)考量實(shí)際情況，采用切實(shí)可靠的施工技術(shù)措施，以保證連接通道的施工安全。在此期間，對(duì)于施工單位而言，應(yīng)明確地質(zhì)預(yù)報(bào)及資料核實(shí)工作的重要性，并將該工作貫穿于整個(gè)隧道施工過(guò)程中。經(jīng)過(guò)地鐵隧道施工實(shí)踐，在隧道開挖過(guò)程中，相應(yīng)的圍巖條件往往區(qū)別于勘探設(shè)計(jì)資料，若不能有效解決該問(wèn)題，很有可能誘發(fā)突發(fā)性災(zāi)害，如涌泥、涌水等，使施工人員措手不及，進(jìn)而影響工程進(jìn)度、投資及安全。因此，在地鐵隧道施工中，相應(yīng)支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)，應(yīng)切實(shí)符合實(shí)際的圍巖條件，有效規(guī)避突發(fā)性事件的發(fā)生。例如，在冷凍法施工中，相關(guān)人員應(yīng)做好地質(zhì)預(yù)報(bào)及資料的核實(shí)工作，切實(shí)保證施工安全。

2.2 冷凍法施工要點(diǎn)

關(guān)于科學(xué)把控冷凍法施工要點(diǎn)，應(yīng)從凍結(jié)施工條件、凍結(jié)壁設(shè)計(jì)、檢測(cè)儀表安裝、凍結(jié)施工檢測(cè)、凍結(jié)孔施工等方面分析，具體可參考以下內(nèi)容：

第一，凍結(jié)施工條件。在實(shí)際施工中，部分隧道頂板處于沖擊-洪積砂層中，且含水量較大，應(yīng)進(jìn)行凍結(jié)加固設(shè)計(jì)。同時(shí)，在整條隧道中，探析相應(yīng)圍巖條件，即該隧道處于花崗巖硬塑-豎塑狀礫質(zhì)粘土及花崗巖可塑狀礫質(zhì)黏土中。由此，在隧道開挖施工中，針對(duì)該土層的凍漲性能、蠕變、強(qiáng)度、凍結(jié)發(fā)展等，應(yīng)增強(qiáng)關(guān)注力度，并采取相應(yīng)的預(yù)備措施。

第二，凍結(jié)壁設(shè)計(jì)。在隧道凍結(jié)壁設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)考量開挖區(qū)形狀，并保證兩者的相似性，使凍結(jié)壁具備承載力，并實(shí)現(xiàn)開挖區(qū)的均勻進(jìn)入。此外，在凍結(jié)段前部，若凍結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，凍結(jié)壁將大量擴(kuò)入開挖區(qū)。由此，針對(duì)以上問(wèn)題，相關(guān)人員應(yīng)做好凍結(jié)孔設(shè)計(jì)，將之布置為放射狀結(jié)構(gòu)。

第三，檢測(cè)儀表安裝。在冷凍法施工中，對(duì)于凍結(jié)要求，應(yīng)具備可靠性高的特點(diǎn)。同時(shí)，在凍結(jié)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考量便于施工、控制及維護(hù)的要求。在凍結(jié)管路系統(tǒng)中，應(yīng)安裝檢測(cè)儀表，對(duì)溫度、流量、壓力等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并做好控制閥門設(shè)計(jì)，對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)行監(jiān)控，進(jìn)而提升該系統(tǒng)的可靠性。

第四，凍結(jié)施工檢測(cè)。在實(shí)際施工中，施工人員應(yīng)依據(jù)凍結(jié)孔的偏斜情況，選擇適當(dāng)位置，做好測(cè)溫孔的布設(shè)工作。其后，在測(cè)量地層溫度變化的基礎(chǔ)上，有機(jī)結(jié)合凍結(jié)溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算，對(duì)凍結(jié)壁的擴(kuò)張情況進(jìn)行預(yù)報(bào)及判斷。在封閉凍結(jié)壁層面，應(yīng)將水文觀測(cè)及泄壓孔設(shè)置其內(nèi)側(cè)。由此，針對(duì)凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)地層，就可測(cè)量相應(yīng)的水壓變化，進(jìn)而判斷是否存在交圈情況。

第五，凍結(jié)孔施工。在凍結(jié)孔施工中，施工人員應(yīng)在開孔前，于布孔范圍內(nèi)打若干小鉆孔，以明確地層穩(wěn)定情況。在此過(guò)程中，若出現(xiàn)漏水冒砂問(wèn)題，應(yīng)采用化學(xué)漿液或是水泥-水玻璃雙液壁注漿方式，提升鉆孔附近地層的穩(wěn)定性，隨之執(zhí)行凍結(jié)孔鉆進(jìn)操作。在鉆孔中都設(shè)有孔口管，并做好鉆孔密封裝置的安裝工作，以規(guī)避鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)大量出水出砂情況。在凍結(jié)孔施工完畢后，應(yīng)將鋼板焊接在孔口管管口，以規(guī)避鉆孔孔口存在漏水問(wèn)題。

2.3 初期防護(hù)施工

在隧道防水施工中，施工人員應(yīng)注重初期防護(hù)施工，提高噴射混凝土的密實(shí)度，進(jìn)而提升其防水能力。在初期支護(hù)施工中，若產(chǎn)生滲漏水，不僅會(huì)影響防水隔離層的鋪設(shè)，還會(huì)影響二次襯砌混凝土的施工質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)防水施工以失敗告終。因此，在初期支護(hù)施工中，施工人員應(yīng)在防水隔離層鋪設(shè)前，做好滲漏水的仿作施工工序[2]。在實(shí)際施工中，探析主要技術(shù)措施，應(yīng)包括受噴面清理、外加劑選擇、漏水地段處理等層面的施工技術(shù)。具體而言，所謂受噴面清理，即是在噴射混凝土施工前，施工人員應(yīng)認(rèn)真清理受噴面，保證圍巖與噴射混凝土始終處于密貼狀態(tài)。所謂外加劑選擇，即是施工應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿M(jìn)而增強(qiáng)噴射混凝土的防水能力。所謂漏水地段處理，即是在初期支護(hù)施工中，對(duì)于支護(hù)表面的漏水地段，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚矸绞剑绫砻娣舛绿幚?、回填注漿處理等，進(jìn)而規(guī)避地下水的滲漏問(wèn)題。

2.4 開挖及支護(hù)與防水關(guān)系

關(guān)于開挖及支護(hù)與防水關(guān)系，應(yīng)從隧道開挖施工、格柵鋼架安裝、噴射混凝土、仰拱部位施工等方面分析，具體可參考以下內(nèi)容：

第一，隧道開挖施工。在實(shí)際施工中，若隧道拱頂處于軟弱地段，應(yīng)采用小導(dǎo)管注漿方式，做好超前支護(hù)、預(yù)先加固、防水措施，有效規(guī)避圍巖坍塌情況。同時(shí)，針對(duì)小導(dǎo)管的角度、位置、間距、注漿參數(shù)等，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，并重視注漿壓力及封堵措施。

第二，格柵鋼架安裝。在初期防護(hù)施工中，格柵鋼架的安裝質(zhì)量，直接關(guān)系支護(hù)的形位尺寸及受力條件。因此，對(duì)于螺栓連接質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，并把握好內(nèi)凈空尺寸、高程、中線等關(guān)鍵問(wèn)題。

第三，噴射混凝土。在格柵鋼架安裝前，應(yīng)進(jìn)行第一次噴凝土噴射作業(yè)，進(jìn)而封閉圍巖表面，保證鋼架背后保護(hù)層的厚度。在混凝土噴射作業(yè)中，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)格柵鋼架的鋼筋空間，掌握好噴射方向及噴射點(diǎn)，有效規(guī)避混凝土空洞問(wèn)題，進(jìn)而提升初期支護(hù)的防水性能。

其四，仰拱部位施工。在仰拱部位施工中，該部位較容易出現(xiàn)造泥及積水問(wèn)題，應(yīng)在噴射混凝土前，做好泥漿清除及積水疏干操作，堅(jiān)持自上而下的噴施操作，自覺規(guī)避帶水噴射作業(yè)。

2.5 規(guī)避混凝土襯砌裂縫

在隧道防水施工中，防水混凝土受水泥水化熱影響，其體積會(huì)產(chǎn)生膨脹或收縮現(xiàn)象，加之二襯混凝土受到初期支護(hù)及混凝土內(nèi)部的約束力，就會(huì)導(dǎo)致襯砌裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)，在實(shí)際施工中，若初期支護(hù)及圍巖并未穩(wěn)定，在此情況下過(guò)早的進(jìn)行二次襯砌，也會(huì)引發(fā)襯砌裂縫問(wèn)題。在隧道防水施工中，探析主要技術(shù)措施，應(yīng)包括監(jiān)控測(cè)量、防水隔離層鋪設(shè)、采用鋼筋混凝土、配套作業(yè)等層面的施工技術(shù)。所謂監(jiān)控測(cè)量，即是施工人員采用監(jiān)控測(cè)量手段，確認(rèn)初級(jí)支護(hù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨之執(zhí)行二次襯砌施工[3]。所謂防水隔離層鋪設(shè)，即是通過(guò)防水隔離層的鋪設(shè)，有效規(guī)避二襯防水混凝土產(chǎn)生裂縫。所謂采用鋼筋混凝土，即是在二次襯砌施工中，采用鋼筋混凝土，不僅可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耐久性，還能有效防止襯砌裂縫的產(chǎn)生。所謂配套作業(yè)，即是在隧道拱墻襯砌施工中，施工人員應(yīng)配備混凝土輸送泵及穿行式襯砌鋼膜臺(tái)車，進(jìn)行全斷面配套作業(yè)，增強(qiáng)施工的機(jī)械化屬性，確保二次襯砌混凝土的施工質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在地鐵隧道施工中，施工單位考量當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行施工材料、施工管理、施工工藝的科學(xué)規(guī)劃。在冷凍法施工中，引排水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參考當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)資料及地面周圍環(huán)境。在施工條件惡劣區(qū)間，冷凍法施工要領(lǐng)，應(yīng)把握好初期支護(hù)作業(yè)及二次襯砌施工。同時(shí)，施工管理質(zhì)量關(guān)系工程防水質(zhì)量，駐地監(jiān)理應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)理力度，健全管理制度。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭智勇.運(yùn)營(yíng)條件下盾構(gòu)區(qū)間擴(kuò)建地鐵車站關(guān)鍵結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)研究[D].北京交通大學(xué)，2016.

[2]李淑.基于變形控制的北京地鐵車站深基坑設(shè)計(jì)方法研究[D].北京交通大學(xué)，2013.

[3]吳占瑞.盾構(gòu)擴(kuò)挖地鐵車站地層與建筑物變形規(guī)律及控制研究[D].西南交通大學(xué)，2013.

[4]周正宇.地鐵鄰近既有橋梁施工影響分析及主動(dòng)防護(hù)研究[D].北京交通大學(xué)，2012.

[5]鄭建國(guó).土巖組合地層大跨度淺埋暗挖車站施工環(huán)境效應(yīng)研究[D].中國(guó)海洋大學(xué)，2011.

[6]余宏亮.基于工程圖紙的地鐵車站施工安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別研究[D].華中科技大學(xué)，2011.