某地鐵聯絡通道采用“冷凍法”施工方案優化成本的比較與探討

0 引言

地鐵項目在施工過程中，除工程自身結構的安全風險外，外部環境風險的管理也是工程建設的重要內容，由于西安歷史環境較為特殊，在建設規劃、可研、初步設計等項目前期階段建設外部環境是一個不得不謹慎考慮的問題，一旦發生問題將會造成非常嚴重的社會影響，因此這已引起社會各界的廣泛關注。

目前，西安地區范圍內城市地鐵施工工法及經驗豐富，區間主要采用盾構法施工，其聯絡通道一般采用傳統淺埋暗挖法，但由于歷史文化古跡和征地拆遷等外部建設環境的影響導致對聯絡通道的原設計方案進行優化調整。

鑒于此，以在建某地鐵項目聯絡通道工程為背景，通過技術和費用對比分析，由冷凍法替代傳統淺埋暗挖法可為后續類似工程提供技術可行性和費用對比的支撐。

1 工程概況

項目2#聯絡通道兼廢水泵房位于小鎮站~旺站盾構區間K25+148.351處，采用淺埋暗挖法施工。該聯絡通道長6.8m，寬3.7m，高4.82m，廢水泵房處高7.065m。初支設計參數采用“超前小導管＋格柵鋼架＋鋼筋網片＋鎖腳錨管＋噴砼C25”，設計參數如圖1所示。

圖1 聯絡通道兼廢水泵設計參數圖

2 水文地質概況

2#聯絡通道兼泵房中心里程為K25+148.500（聯絡通道底板埋深30.22m、廢水泵房底板埋深33.26m，洞身范圍地層主要為2-5-3中砂、3-4-2粉質粘土，地下水位于聯絡通道拱頂以上10.7m。場地內地層為：地表分布有厚薄不均的全新統人工填土、黃土狀土、粉質黏土及砂土層，再下為上更新統沖積粉質黏土、砂土層。含水層主要為第四系全新統及上更新統砂土，地區潛水補給來源主要來大氣降水入滲、地下水側向徑流補給。本地區潛水的排泄方式主要為徑流排泄、人工開采、蒸發等，地下水年水位變幅2～3m。

3 技術方案對比分析

3.1 原設計方案

本項目聯絡通道兼廢水泵房，位于旺村下方，原設計采用淺埋暗挖法施工；地下水位處于拱頂以上10.7m，加固方式采用洞內全斷面注漿法加固并輔以降水施工。

3.2 技術方案更改原因

由于旺村有歷史遺留古跡無法按期遷移，導致此處聯絡通道降水井無法按原設計施做，嚴重制約施工工期。

3.3 現條件下原技術方案的劣勢分析

如采用原設計洞內全斷面注漿法加固并輔以降水施工的方案，在無降水工況下，一是無法創建無水作業環境；二是加固效果難以保障，可能產生漏水、漏沙；三是地面歷史古跡對沉降量要求較高，有破壞建筑結構的風險；四是在洞內有水條件下施工，有效工期無法保障。

3.4 “冷凍法”的技術優勢分析

該聯絡通道地層設計開挖后有效凍土厚度大于2.6m，符合“冷凍法”地層厚度要求，通過利用水文地質檢測手段分析，相關水體流速等參數均適合冷凍法施工。其優點為：①冷凍法能夠創造在無水條件施工，確保洞內安全可控。②加工效果明顯，利用凍結溫度傳感器可檢測可觀測，冷凍技術成熟穩定。③冷凍法施做只從洞內著手，影響范圍小，對地面無顯著影響，符合現階段保護要求。④冷凍法施工凍結時間有明確的規范要求，施工工期可控。

凍結范圍如圖2所示。

圖2 冷凍法凍結范圍圖

采用全斷面注漿加固輔以降水措施施工比冷凍法施工，由于降水井抽取地下水降水，地下水位較高，要達到降水效果，勢必采取大功率，多布置降水井措施降水，可能造成地面沉降，甚至塌陷。如降水效果不好，在聯絡通道開挖過程中，也可能造成涌水、涌泥的事故，而采用冷凍法施工，將通道周圍土體冷凍成一個硬殼，起到隔水，且保護左右，開挖風險大大降低，由此看出，采用冷凍法施工風險低，整體可控。

4 工期對比

變更前根據下發的節點倒排工期8月25日開始地面降水井施工，該聯絡通道區間盾構8月14日已貫通，由于地面民房未拆，導致聯絡通道施工目前已滯后43天，已無法按照節點工期完成。

變更后冷凍法施工10月15日開始施工，歷時132天完成聯絡通道施工，2022年2月23日完成，能夠滿足全線軌道鋪設完成節點。

冷凍法施工聯絡通道132天完成，按照原設計方案施工聯絡通道127天完成，工期僅增加5天，但冷凍法施工工期較為穩定，工期可控，洞內深孔注漿施工，施工風險不可預見性強，工期不可控。

4.1 變更前工期計劃

全斷面注漿加固輔以降水措施：降水井打設15天，開挖前60天開始降水施工，注漿加固需要12天，開挖及初支施工需要20天，二襯防水及二襯施工需要20天，工期總計127天。具體見表1。

表1 全斷面注漿加固法區間聯絡通道施工工期計劃

4.2 變更后工期計劃

冷凍法施工：單線鉆孔25天，同時安裝冷凍站，鉆孔完調試冷凍站7天，積極冷凍天數一般45天，開挖帶泵房45天；冷凍站退場和封孔10天，融沉注漿看地層和沉降監測數據，工期共計132天。具體見表2。

表2 冷凍法施工區間聯絡通道施工工期計劃

由工期計劃對比可以看出，在風險可控的條件下，采用全斷面注漿加固輔以降水措施施工比冷凍法施工提前5天，工期時間基本持平。

5 變更工程量、預估投資費用增減

①原設計采用井點降水合同費用41.5萬元，全斷面注漿加固合同費用153萬元，超前支護及注漿費用3萬元，取費取稅后合計費用216萬元，詳見表3。

表3 區間聯絡通道井點降水注漿加固合同費用計算表

②采用冷凍法加固變更設計，采用浙江省城市軌道交通預算定額（2018版），城市軌道交通凍結法設計施工技術規程（城市軌道交通凍結法設計施工技術規程）及施工圖中采用的相關施工規范及規定，并根據聯絡通道采用冷凍法施工具體變更設計圖紙，按照凍結平臺制作、安裝與拆除；冷凍固結土體；融沉注漿鉆孔；融沉注漿凍結監測系統安裝、監控與拆除等分部分項預算，取費取稅后費用合計196萬元，詳見表4。

表4 聯絡通道采用冷凍法固結費用計算表

③相比全斷面注漿加固施工冷凍法施工工程費用較原合同減少費用約20萬。

由此看出，采用全斷面注漿加固輔以降水措施施工比冷凍法施工經濟上更具有優勢。

6 結語

綜上所述，通過施工工藝對比、施工風險分析、工期對比、經濟技術比較，在富水地段的砂層條件下采用“全斷面注漿法加固”并輔以降水施工聯絡通道，不如“冷凍法”施工具有優勢。冷凍法施工工藝成熟且較簡單、風險可控、工期可控，具有經濟效益明顯，同時采用凍結法對環境不造成影響，是一種“綠色”工法，對于這類地層具有不可替代的效果，有著巨大的經濟效益和社會效益。