地鐵聯(lián)絡通道凍結(jié)管施工質(zhì)量控制

楊永豪

(中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司,江蘇無錫 214100)

1 工程介紹

1.1 工程概況

無錫地鐵3號線一期工程土建工程06標段包含兩個地下車站 (永樂東路站、 金海里站)、三個盾構(gòu)區(qū)間(靖海公園站—永樂東路站區(qū)間、永樂東路站—金海里站區(qū)間、金海里站—太湖花園站區(qū)間)。其中金海里站—太湖花園站區(qū)間隧道設(shè)1座聯(lián)絡通道，與泵房合建，線間距13.574 m。對應地面標高為3.68 m左右，聯(lián)絡通道處隧道中心標高-13.596 m，聯(lián)絡通道處隧道中心埋深17.276 m。永樂東路站—金海里站區(qū)間隧道設(shè)1座聯(lián)絡通道，與泵房合建，線間距12.570 m，對應地面標高為2.8 m左右，聯(lián)絡通道處隧道中心標高-14.737 m，聯(lián)絡通道處隧道中心埋深17.537 m。聯(lián)絡通道均采用凍結(jié)法加固土體，礦山法施工。

凍結(jié)孔按上仰、近水平、下俯三種角度布置在通道四周，每個聯(lián)絡通道共布設(shè)71個凍結(jié)孔(含4個透孔)。其中隧道內(nèi)凍結(jié)站一側(cè)凍結(jié)孔數(shù)52個，對側(cè)隧道內(nèi)19個。設(shè)計測溫孔10個(其中凍結(jié)站一側(cè)3個，另一側(cè)7個)，卸壓孔4個。

1.2 地質(zhì)水文情況

聯(lián)絡通道上部覆土為④/2層黏質(zhì)粉土夾粉砂、⑤/1層粉質(zhì)黏土、⑥/1層黏土，所處地層為④/2層黏質(zhì)粉土夾粉砂、⑤/1層粉質(zhì)黏土、⑥/1層黏土。地下水根據(jù)其埋藏條件，沿線地下水類型為松散巖類空隙水，包括潛水(二)、微承壓水(三)1及第Ⅰ承壓水(三)2。潛水(二)賦存于①/1雜填土，潛水穩(wěn)定水位埋深在地面下1.17～1.92 m之間，穩(wěn)定水位標高在1.56～1.92 m左右。微承壓水(三)1含水層賦存于④/1黏質(zhì)粉土、④/2黏質(zhì)粉土夾粉砂中，穩(wěn)定水位埋深在1.64～1.69 m左右，標高1.64～1.65 m，受周邊環(huán)境影響，水位起伏較明顯。第Ⅰ承壓水(三)2主要賦存于深部的砂性土層中(⑥/3黏質(zhì)粉土、⑦/2黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土)，賦水性中等，具有相對較好的封閉條件。水位埋深6.81 m，水位標高為-3.47 m，水位受周邊環(huán)境影響較大。

因為聯(lián)絡通道上部為④/2層黏質(zhì)粉土夾粉砂層和⑤/1層粉質(zhì)黏土層，含水量較高，滲透系數(shù)大，自穩(wěn)能力差[1]，凍結(jié)管施工時易發(fā)生坍塌或涌水涌砂現(xiàn)象，施工風險高。凍結(jié)管施工質(zhì)量的好壞，決定了后期凍結(jié)效果能否保證開挖面的穩(wěn)定，能否確保開挖順利進行。因此，凍結(jié)管施工質(zhì)量的控制顯得尤為重要。結(jié)合現(xiàn)場施工情況，總結(jié)了以下控制要點。

2 凍結(jié)孔施工優(yōu)化

原凍結(jié)管設(shè)計時，未考慮鋼管片結(jié)構(gòu)形式和拼裝方式，導致一些凍結(jié)管孔位坐落在管片拼縫處，如按原設(shè)計點位放樣施工，將破壞管片與管片拼縫處的止水條，極大可能造成管片滲漏水。因隧道上部地層主要為粉砂層，打鉆過程發(fā)生涌水涌砂或地面坍塌的概率較高。因此，合理調(diào)整凍結(jié)管位置[2]和凍結(jié)管角度，適當避開管片拼縫處的止水條，能有效減少施工滲漏水風險。針對此問題，采取以下措施進行控制。

2.1 凍結(jié)管位置優(yōu)化

受管片拼裝方式的影響，凍結(jié)管的設(shè)計不能完全考慮普通管片手孔位置和管片拼縫位置對凍結(jié)管的影響。原凍結(jié)管位置設(shè)計圖如圖1、圖2所示。

圖1 左線凍結(jié)孔開孔位置

圖2 右線凍結(jié)孔開孔位置

手孔的位置有管片螺栓，管片與管片之間靠通過從手孔位置穿入的管片螺桿連接，因此，如凍結(jié)管與手孔位置重合或有交叉，凍結(jié)管施工時，將對管片連接效果造成影響。此外，管片與管片拼縫處均設(shè)置有遇水膨脹止水條，管片拼縫的防水也主要靠止水條，如凍結(jié)管位置與管片拼縫交叉，施工時將極大概率破壞止水條，進而影響管片止水效果。因此，必須對原凍結(jié)管的位置進行適當調(diào)整，盡量避開管片手孔和管片拼縫，減少凍結(jié)管施工對管片的影響。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，可以將普通管片手孔和管片拼縫以及鋼管片肋板及拼裝拼縫反映到凍結(jié)管設(shè)計圖紙中，采用CAD等軟件，統(tǒng)計出與管片手孔和管片拼縫有沖突的凍結(jié)管，如圖3、圖4所示，再進行適當調(diào)整。

圖3 左線需調(diào)整的凍結(jié)孔位置

圖4 右線需調(diào)整的凍結(jié)孔位置

經(jīng)統(tǒng)計，該聯(lián)通通道管片手孔和管片拼縫處的凍結(jié)管一共有15根需作適當調(diào)整。凍結(jié)管位置調(diào)整應充分考慮凍結(jié)壁厚度，保證后期交圈效果，且凍結(jié)管位置調(diào)整應配合設(shè)計角度的調(diào)整，才能起到良好的效果。

2.2 凍結(jié)管施工角度優(yōu)化

凍結(jié)管位置調(diào)整后，相應的凍結(jié)管傾角也應適當調(diào)整，以保證施工時不碰觸管片止水條(圖5)。

圖5 凍結(jié)管角度示意

如圖5所示，D32和D33凍結(jié)管傾斜角度為-19 °，管片厚度為350 mm，受管片結(jié)構(gòu)影響，凍結(jié)管與管片外弧面的距離實際比凍結(jié)管與管片內(nèi)弧面的距離要小，因凍結(jié)管直徑為φ89 mm，管徑較大，如果凍結(jié)管D32和D33施工角度不作調(diào)整，施工時凍結(jié)管外壁容易破壞管片止水條，影響管片止水效果。為降低此影響，可將該凍結(jié)管位置適當下移，保證凍結(jié)管施工完成后，凍結(jié)管的管底位置不變，將傾角由設(shè)計的-19 °調(diào)整為-18 °，調(diào)整后凍結(jié)管如圖6所示。

圖6 凍結(jié)管角度調(diào)整后示意

這樣既能保證凍結(jié)交圈效果，又能降低凍結(jié)管施工對管片的影響。根據(jù)以上調(diào)整原則，對需要調(diào)整的15根凍結(jié)管進行優(yōu)化，優(yōu)化后的凍結(jié)管位置如圖7、圖8所示。

圖7 左線調(diào)整后的凍結(jié)孔位置

圖8 右線調(diào)整后的凍結(jié)孔位置

凍結(jié)管定位角和傾角前后對統(tǒng)計情況如表1所示。

通過以上調(diào)整，實際施工時，有效避免了對管片自身防水的破壞，聯(lián)絡通道施工完成后，管片滲漏水情況良好，無管片縫滲漏水和手孔滲漏水現(xiàn)象，取得了良好的效果。

3 測量放線的控制

受施工誤差影響，盾構(gòu)隧道推進完成后，左右線聯(lián)絡通道的實際位置與設(shè)計位置相比會有一定偏差，且左右線的鋼管片位置較大概率不在同一里程。因此聯(lián)絡通道軸線也不太可能與區(qū)間隧道相互垂直。聯(lián)絡通道軸線不能按照原設(shè)計軸線測量放樣，必須結(jié)合現(xiàn)場實際情況確定。

受隧道管片上浮的影響，隧道的設(shè)計軸線標高與成型隧道管片中心標高也不會相同。但聯(lián)通通道標高控制不能按照管片中心標高進行控制，必須按照設(shè)計標高控制。

聯(lián)絡通道施工，標高及軸線控制點可根據(jù)以下原則進行控制。首先根據(jù)設(shè)計軸線及標高，確定聯(lián)絡通道標高控制高度。控制標高確定后，再根據(jù)左右線鋼管片開口側(cè)的管片拼縫的位置，如圖9所示的B點和C點，再根據(jù)B點和C點，計

表1 凍結(jié)管定位角和傾角前后對統(tǒng)計

圖9 聯(lián)絡通道軸線控制示意

算出聯(lián)絡通道的實際軸線，根據(jù)實際軸線，確定出A點和D點的位置，現(xiàn)場放出A點和D點，作為凍結(jié)管施工的軸線控制點和后期聯(lián)絡通道開挖的標高基準點。

4 施工過程控制

4.1 鉆機定位控制

鉆機定位及固定，直接影響到凍結(jié)管施工角度和質(zhì)量。如果鉆機定位角度不對，或者固定不牢固，輕則造成凍結(jié)管偏位，重則造成凍結(jié)管斷裂。結(jié)合現(xiàn)場情況，鉆機平臺采用鋼管架搭設(shè)，鉆機采用四個5 t手拉葫蘆固定，鉆機傾角利用前后各兩個手拉葫蘆的鏈條長短控制。因鉆進時鉆桿受反作用力的影響，鉆機會產(chǎn)生晃動，可加焊鋼管斜撐加以固定，避免鉆進時移位造成凍結(jié)管偏移，影響凍結(jié)施工精度[3]。

表2 凍結(jié)管偏鉆統(tǒng)計

由以上可知，凍結(jié)管傾角為正時，終孔位置垂直偏移量較大，凍結(jié)管長度越長，終孔位置垂直偏移量越大。因此，在鉆機定位時，可將傾角為正的凍結(jié)管，適當增加0.5～1 °的傾角角度，可抵消凍結(jié)管偏鉆產(chǎn)生的影響，保證凍結(jié)管位置。

4.2 鉆孔施工時漏水、漏砂的控制

4.2.1 開孔

凍結(jié)孔開孔分一開、二開來控制泥漿涌出。管片厚350 mm，一開的深度達到250 mm時停止取芯鉆進，安裝孔口管[5]。孔口管的魚鱗扣上纏好麻絲或棉絲等密封物，然后涂抹密封膠或快硬水泥，將孔口管砸進去，四周設(shè)置膨脹螺栓，和孔口管之間用等直徑鋼筋焊接，然后裝上DN125閘閥，再將閘閥打開，用開孔器從閘閥內(nèi)二次開孔，一直將混凝土管片開穿，出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象及時關(guān)閉閘門。閘閥后側(cè)安裝壓緊裝置，采用螺栓與閘閥連接。在鉆孔孔口管上的預留注漿口，間隔式注漿[6]，以單液漿為主。孔口密封裝置見圖10。

圖10 孔口密封裝置示意

4.2.2 鉆進

采用由上而下的順序進行施工，防止下層凍結(jié)管施工引起的上部地層擾動[7]。凍結(jié)管鉆進采用跟管法鉆進技術(shù)。將鉆頭裝入壓緊裝置內(nèi)，壓緊裝置與凍結(jié)管之間縫隙采用盤根填充，起到隔水的目的。為防止鉆孔時泥水從凍結(jié)管內(nèi)涌出，在凍結(jié)管前段設(shè)置鉆頭，內(nèi)部安裝單向閥，單向閥如圖11所示。單向閥裝入凍結(jié)管內(nèi)，拼縫處焊接密實、牢固。凍結(jié)管施工完成后，采用絲堵封閉好孔底部，絲堵形式見圖12，絲堵與單向閥連接效果圖如圖13所示。

圖11 單向閥

圖12 單向閥絲堵

圖13 單向閥與絲堵連接效果

首先采用干式鉆進，當鉆進費勁不進尺時，從鉆機上進行注水鉆進，同時打開孔口管上的小閥門，觀察出水、出砂情況，利用閥門的開關(guān)控制出漿量，凍結(jié)管施工完成后，并從孔口管下方小閥門處注漿[8]，補償鉆孔過程中泥土流失，保證地面安全，不出現(xiàn)沉降。

4.2.3 鉆孔注意事項及相關(guān)措施

首先將新發(fā)現(xiàn)的軟件缺陷錄入到系統(tǒng)中，然后利用該系統(tǒng)對軟件缺陷進行統(tǒng)計分析，一方面可以利用建立的缺陷統(tǒng)計模型和缺陷分析模型對軟件缺陷進行分析統(tǒng)計，如軟件問題按嚴重性等級統(tǒng)計等。同時，也可以利用基于ODC的分析統(tǒng)計模型對軟件缺陷進行分析統(tǒng)計，如軟件問題按缺陷目標統(tǒng)計、按缺陷影響統(tǒng)計等。

(1)發(fā)生凍結(jié)管滲漏或斷裂時，停止作業(yè)(必須正常運轉(zhuǎn)的設(shè)備和系統(tǒng)除外)，采取下放套管、關(guān)閉孔口閥、壓緊孔口裝置、實施注漿的措施。

(2)打設(shè)凍結(jié)孔時有鉆孔突水、涌砂的可能。可采取以下措施處理：①加大鉆具推力，強行頂入套管。②利用原鉆具系統(tǒng)注漿，漿液選用水泥、水玻璃或丙烯酸鹽類漿液。③必要時壓緊孔口管密封裝置，封閉該孔。

(3)鉆進過程中嚴格監(jiān)測凍結(jié)孔傾斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時糾偏[9]。

(4)下好凍結(jié)管后，進行凍結(jié)管長度的復測，然后再用經(jīng)緯儀進行測斜并繪制鉆孔偏斜圖。

(5)凍結(jié)管安裝完畢后，用堵漏材料密封凍結(jié)管與管片之間的間隙[10]。

4.3 凍結(jié)管連接質(zhì)量控制

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度[8]，凍結(jié)管到達設(shè)計深度后密封頭部。

本工程凍結(jié)管施工完成，通過對完工的凍結(jié)管進行打壓試驗，發(fā)現(xiàn)共計7個凍結(jié)管打壓試驗不合格。對打壓不合格情況進行了認真梳理，對可能導致打壓不合格的項目進行調(diào)查、分類，并進行統(tǒng)計分析，通過分析影響凍結(jié)管連接質(zhì)量的因素，歸納起來有人、材、機、環(huán)、法五個方面。

(1)焊工技術(shù)能力不足，焊接質(zhì)量不能保證。

(2)施工環(huán)境較差，空氣濕度高，焊條受潮。

(3)焊接后急于鉆進，凍結(jié)管焊縫遇水后產(chǎn)生殘余應力，焊縫變脆，鉆進時產(chǎn)生裂紋，在焊接頭薄弱處拉裂[11]。

(4)凍結(jié)管質(zhì)量不滿足要求。

(5)凍結(jié)管堵頭安裝不緊或安裝不到位，堵頭密封圈未安裝或安裝時損壞。

(6)壓力表故障或安裝不到位，接頭處密封不嚴。

經(jīng)過逐一排查，得出主要原因為壓力表故障或安裝不到位，接頭處密封不嚴造成不合格的共計5個，占不合格數(shù)的71.4 %。凍結(jié)管堵頭安裝不緊或安裝不到位，堵頭密封圈未安裝或安裝時損壞的原因造成不合格的共計1個，占14.3 %。焊接后急于鉆進，凍結(jié)管焊縫遇水后產(chǎn)生殘余應力，焊縫變脆，鉆進時產(chǎn)生裂紋的原因造成不合格的共計1個，占14.3 %。

其中，雖然壓力表故障或安裝不到位，接頭處密封不嚴的原因比例較高，但不能反映凍結(jié)管施工本身的質(zhì)量情況，只需重新更換壓力表或重新安裝到位后即可重新進行檢查。而后兩種原因則會對凍結(jié)管質(zhì)量起到關(guān)鍵影響。能夠反映出凍結(jié)管質(zhì)量不滿足要求，有滲漏水。經(jīng)反復打壓確認凍結(jié)管施工質(zhì)量不合格后，可通過在原凍結(jié)管周邊補孔，或者在凍結(jié)管里面安裝套管的方法彌補。但在周邊補孔，會增加施工成本，補孔位置不合適，也會影響凍結(jié)壁交圈，影響凍結(jié)效果。如安裝套管，會影響后期冷量傳遞，使該凍結(jié)管凍土發(fā)展速度降低。

針對以上問題，在另一個聯(lián)絡通道凍結(jié)管施工中，采用優(yōu)質(zhì)的凍結(jié)管，選擇熟練的焊接工進行凍結(jié)管焊接，施焊前，清理干凈管端污物，如水、泥土、油污等[12]。凍結(jié)管焊接完成后，敲掉表面焊渣，逐圈檢查焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及時補焊，凍結(jié)管焊接完成后，進行焊縫層間錘擊，降低焊接應力。并靜置一段時間后再繼續(xù)鉆進，另一個聯(lián)絡通道施工完成后，經(jīng)過打壓試驗，凍結(jié)管連接質(zhì)量得到了有效控制。

5 結(jié)束語

在地鐵聯(lián)絡通道施工中，采用凍結(jié)法加固土體，凍結(jié)管施工質(zhì)量的好壞直接影響凍結(jié)帷幕的交圈質(zhì)量，是保障后期聯(lián)絡通道安全開挖的前提，在施工中要高度重視，不得馬虎。結(jié)合現(xiàn)場的施工條件，制定切實可行的優(yōu)化方案，通過測量放線，控制聯(lián)絡通道軸線及凍結(jié)管定位角及傾角，施工中采取針對性措施，提高凍結(jié)管施工位置精度，加強凍結(jié)管連接質(zhì)量控制，做到以人為本，責任清楚，措施到位，管理縝密，確保安全質(zhì)量目標的實現(xiàn)，可為類似施工提供一定參考。