地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工難點(diǎn)及對(duì)策

摘要：盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工作為地鐵工程施工中較為關(guān)鍵的一部分，施工難度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，若未能有效處理，很容易造成嚴(yán)重的安全事故，對(duì)工程建設(shè)及施工人員的生命安全均具有較大危害。為了確保整個(gè)工程建設(shè)質(zhì)量符合規(guī)定要求，必須對(duì)施工中的難點(diǎn)采取一定措施。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；盾構(gòu)區(qū)間；聯(lián)絡(luò)通道施工；難點(diǎn)控制

0" "引言

盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工作為地鐵工程施工中較為關(guān)鍵的一部分，施工難度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，若未能有效處理，很容易造成嚴(yán)重的安全事故。本文結(jié)合沈陽地鐵四號(hào)線工程上園路站至北大營街站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道工程施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)工程基本情況與周邊地質(zhì)條件，闡述盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的施工流程及難點(diǎn)控制，并提出相應(yīng)的對(duì)策，為進(jìn)一步提升地鐵工程的建設(shè)質(zhì)量提供支持。

1" "工程概況

1.1" " 工程基本情況

沈陽地鐵四號(hào)線工程上園路站至北大營街站區(qū)間在里程右DK7+833.000（左DK7+831.203）設(shè)一處聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。聯(lián)絡(luò)通道凈寬2.5m，最大凈高2.75m，泵房凈尺寸為2.5m×3.66m×2.2m，復(fù)合襯砌。聯(lián)絡(luò)通道施工時(shí)，以臺(tái)階法為主，以提升掌子面的穩(wěn)定性。

挖掘過程中，由于地下空間有限，因而利用人工挖掘，每階臺(tái)階長度適中，一般控制在2.5±0.5m。挖掘后，以C25網(wǎng)噴射混凝土為主要材料，構(gòu)建出250mm的初襯，然后以C40P10模筑防水鋼筋混凝土為主要材料，構(gòu)建出300mm的二襯。聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，盡量控制進(jìn)尺長度，構(gòu)建較強(qiáng)的支護(hù)，并在最短時(shí)間內(nèi)封閉成環(huán)，防止周圍土體出現(xiàn)形變的問題。此外，施工時(shí)利用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段對(duì)施工現(xiàn)場予以監(jiān)測，準(zhǔn)確了解地表沉降等問題，為保證整個(gè)工程的施工質(zhì)量提供支持。

1.2nbsp; " 地質(zhì)條件

施工前，為了確保整個(gè)工程順利建設(shè)，對(duì)工程所處區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行了勘察。通過勘察可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域土質(zhì)共由3層構(gòu)成，由上至下依次為：人工填土層，厚度在2.8～3.4m范圍內(nèi)；第四系全新統(tǒng)沖洪積層，厚度在4.0～21.9m；第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，厚度在5.4～23.0m。其中，地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道主要位于礫砂層。具體如表1所示。

2" "地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工流程及難點(diǎn)控制

2.1" " 冷凍法加固

本工程施工時(shí)，主要選擇冷凍法加固技術(shù)，即在施工之前，通過人工制冷的方式對(duì)工程現(xiàn)場的水分進(jìn)行處理，使得水分完全凍結(jié)，以提升土體的穩(wěn)定性，為襯砌的構(gòu)建其后續(xù)其他環(huán)節(jié)的建設(shè)提供支持。

2.1.1" "凍結(jié)帷幕施工

本工程聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)斷面采用的是拱形界面，具有較強(qiáng)的受力性能。同時(shí)，運(yùn)用有限元法進(jìn)行凍土帷幕的受力分析與變形計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果可以看出，計(jì)算的應(yīng)力值遠(yuǎn)小于強(qiáng)度值，凍土帷幕的總體承載能力足夠。凍土帷幕內(nèi)側(cè)局部存在應(yīng)力集中，但是范圍很小，較為安全。最后通過超靜定力計(jì)算的方式，推導(dǎo)出通道結(jié)構(gòu)的彎矩、軸力，及截面的剪應(yīng)力、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力[1]。聯(lián)絡(luò)通道及泵房設(shè)計(jì)采用厚凍結(jié)帷幕，厚度為2.2m，平均溫度-10℃即可滿足施工要求。

2.1.2" "孔洞施工

帷幕建設(shè)完成后，需要從上仰、下俯、近水平3個(gè)角度出發(fā)，在現(xiàn)場適當(dāng)位置處，構(gòu)建出多個(gè)凍結(jié)孔（其中凍結(jié)孔70個(gè)，穿透孔4個(gè)），用于冷凍排管供冷和右線凍結(jié)孔鹽水循環(huán)。與此同時(shí)，在施工現(xiàn)場內(nèi)，均勻鉆取出8個(gè)大小適中的測溫孔，分別布置在通道內(nèi)外和兩側(cè)隧道內(nèi)。其中冷凍站側(cè)布置2個(gè)，冷凍站對(duì)側(cè)隧道布置6個(gè)，深度2～6m。泄壓孔布置4個(gè)，布置在凍結(jié)帷幕中間，左、右線各2個(gè)，深度均為4m。若某區(qū)域凍結(jié)效果較差，可在該區(qū)域增設(shè)一個(gè)測溫孔，通過該孔洞對(duì)土質(zhì)內(nèi)部溫度予以檢測，以了解土質(zhì)凍結(jié)效果，為后續(xù)施工提供保障。

構(gòu)建泄壓孔主要用于卸除由于水分凍結(jié)而使土質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，以使凍結(jié)層更加穩(wěn)定。其中，在帷幕兩側(cè)邊緣，對(duì)稱構(gòu)建兩個(gè)孔洞，并在泄壓孔內(nèi)，固定壓力檢測表。施工時(shí)先施工透孔，根據(jù)穿透孔的偏差，進(jìn)一步調(diào)整有關(guān)的鉆進(jìn)參數(shù)。之后根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道施工的孔位，采用由上向下的順序進(jìn)行施工以防止因下層凍結(jié)孔施工而引起上部地層擾動(dòng)，降低鉆孔施工時(shí)的事故發(fā)生率。

對(duì)于本工程的聯(lián)絡(luò)通道來說，土層以礫砂層為主，因而在鉆孔時(shí)很容易出現(xiàn)涌水等問題，影響地下施工的安全性。為了防止這一問題的出現(xiàn)，施工人員必須嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)方案鉆孔。鉆孔深度方面，應(yīng)保證管片具有超過50mm的保護(hù)層，防止承壓水穿過管片引發(fā)滲漏水問題。

鉆孔前，以膨脹螺絲為主要工具，將孔口處的管道予以加固，并在適當(dāng)位置處，安裝防噴元件。鉆孔過程中，若出現(xiàn)滲漏水問題，應(yīng)立即予以封堵，以免問題進(jìn)一步擴(kuò)大。每鉆進(jìn)2m左右，均要對(duì)鉆進(jìn)放線予以測量，判斷鉆孔是否垂直。若鉆孔傾斜度超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)對(duì)鉆機(jī)方向予以調(diào)節(jié)，以確保孔洞垂直度符合要求，并繼續(xù)鉆孔。鉆孔傾斜度應(yīng)低于150mm，兩孔間的距離控制在1050mm以內(nèi)，若間距大于該數(shù)值，應(yīng)在兩孔的中間位置增加一孔[2]。確保凍結(jié)管長度符合要求，傾斜在規(guī)定范圍內(nèi)后，開展打壓試漏試驗(yàn)，判斷孔洞是否合格。若不合格，則應(yīng)將管道拔出，并重新打孔，直到符合要求為止。

2.2" " 凍結(jié)施工工藝

2.2.1" "確定制冷量

孔洞施工結(jié)束后，應(yīng)開展凍結(jié)施工。施工時(shí)，為了確保軟弱土質(zhì)的冷凍效果，應(yīng)確定出最佳的制冷量，其公式如下：

Q=1.3π×d×H×K （1）

其中，H表示凍結(jié)層的長度；d表示所選管道的直徑；K表示所選管道的散熱常數(shù)[3]。

對(duì)于本工程來說，根據(jù)工程現(xiàn)場各項(xiàng)闡述，可推導(dǎo)出最佳的制冷量為47145kcal/h，由此選擇出相應(yīng)的制冷系統(tǒng)。本工程制冷系統(tǒng)具體參數(shù)如表2所示。

2.2.2" "管路施工

確定出制冷系統(tǒng)后，則應(yīng)開展管路施工。凍結(jié)管方面，選取直徑為89mm、壁厚為8mm由20#低碳鋼制成的無縫鋼管，管道長度有兩種規(guī)格，分別為1m與1.5m。相鄰兩管道間，通過絲扣連接到一起，管道總長度為650m。測溫管方面，選取直徑為32mm、壁厚3mm由20#低碳鋼制成的無縫鋼管。在供液管方面，選擇直徑為45mm、壁厚3mm由20#低碳鋼制成的無縫鋼管，通過焊接的方式，將相鄰兩管道連接到一起。

在冷卻水循環(huán)與鹽水管路內(nèi)部適當(dāng)位置，固定溫度、壓力測量儀器，用于檢測管道內(nèi)部情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道出現(xiàn)的異常問題。鹽水管鋪設(shè)前，對(duì)其表面雜質(zhì)、油漬予以清洗，清洗干凈后在其外圍包裹一層保溫板，以減少管道熱量的散失。在冷凍系統(tǒng)各類管道外部，也應(yīng)包裹一層棉布，用于管道保溫。通道兩側(cè)管片采用的是PEF管，并在凍結(jié)帷幕范圍內(nèi)，作出相應(yīng)的隔熱保溫處理，以加強(qiáng)對(duì)帷幕的保護(hù)，提升管片與帷幕的粘結(jié)效果[4]。

2.2.3" "積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)

所謂的積極凍結(jié)，指的是利用準(zhǔn)備好的冷凍系統(tǒng)，向土層中給予一定的冷氣，以促進(jìn)土質(zhì)冷凍的速度。在預(yù)定要求時(shí)間內(nèi)，將鹽水溫度降低至設(shè)計(jì)溫度。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合以往多年的工作經(jīng)驗(yàn)可知，鹽水凍結(jié)的溫度較低，通常處于-28℃。為了保證都鹽水的凍結(jié)效果，設(shè)備溫度參數(shù)應(yīng)略低于鹽水凍結(jié)溫度。本工程設(shè)定溫度為-30℃，處理時(shí)間設(shè)定成50d。待鹽水完全凍結(jié)后，應(yīng)開展維護(hù)凍結(jié)工作，即通過對(duì)設(shè)備參數(shù)的調(diào)節(jié)，停止向土層施加冷氣。

2.2.4" "凍結(jié)施工難點(diǎn)及控制對(duì)策

凍結(jié)時(shí)，嚴(yán)格按照預(yù)期要求設(shè)定冷凍溫度參數(shù)，且管路輸出與返回的冷氣之間，溫差應(yīng)控制在2℃以內(nèi)。定期對(duì)管道內(nèi)的檢測數(shù)值予以觀察，準(zhǔn)確判斷管道內(nèi)部溫度情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并采取相應(yīng)的方式進(jìn)行處理，以保證土質(zhì)的冷凍效果。

冷凍施工時(shí)可能出現(xiàn)凍脹變形的問題，導(dǎo)致地面明顯凸起，嚴(yán)重情況下甚至?xí)构艿榔屏眩瑢?duì)后續(xù)施工造成巨大影響。造成這一問題的主要原因包括：土層特性完全不同，膨脹性略有差異；凍結(jié)管固定時(shí)，焊接不牢固；鉆孔傾斜度不符合要求；冷凍站工作異常等[5]。所以在施工時(shí)，不僅要注重孔洞的鉆取質(zhì)量，加強(qiáng)管道的焊接等，而且還要合理對(duì)土層予以處理。當(dāng)出現(xiàn)該問題后，應(yīng)立即將水閥關(guān)閉，中斷鹽水的傳送，并對(duì)管道予以檢查，確定問題點(diǎn)，進(jìn)而予以相應(yīng)的修復(fù)。待問題解決后，再重新將水閥打開。

2.3" " 通道挖掘

通道挖掘前應(yīng)開展水密試驗(yàn)，并在適當(dāng)位置處，固定適當(dāng)規(guī)格的安全門，以此當(dāng)作緊急措施。在施工現(xiàn)場，準(zhǔn)備適量的液氮罐，放置應(yīng)急沙包，用于應(yīng)對(duì)一些突發(fā)事件。配備功率足夠的電機(jī)，以確保挖掘作業(yè)時(shí)可連續(xù)進(jìn)行[6]。挖掘過程中，選擇短段短砌施工工藝，分區(qū)分層施工，每段長度控制在0.3～0.5m范圍內(nèi)，每段施工結(jié)束后，均要構(gòu)建臨時(shí)支護(hù)。在金屬棚與凍土之間，放置適當(dāng)厚度的木板。前3個(gè)區(qū)域施工結(jié)束后，在金屬架的上部，噴灌一層C25素混凝土，厚度為250mm，以此對(duì)水分進(jìn)行阻隔。

2.4" " 融沉施工

待凍結(jié)1周左右，且混凝土強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)方案的70%后，開展最后的融沉施工。先充填注漿，用于提升襯砌強(qiáng)度，并控制凍結(jié)壁的形變量，防止襯砌出現(xiàn)透水的問題。漿液采用水泥漿，相對(duì)于靜水壓力來說注漿壓力略低，且在集水井區(qū)域，應(yīng)將壓力控制在0.1MPa以內(nèi)，由下到上注漿。上層孔洞返漿后，中斷下層注漿操作。然后進(jìn)行融沉注漿，一邊注漿，一邊對(duì)施工區(qū)域予以監(jiān)測，以保證注漿質(zhì)量。注漿過程中，壓力控制在0.5MPa，灌漿順序?yàn)椤暗装濉獋?cè)墻—拱頂”[7]。若發(fā)現(xiàn)地層凸起2mm，應(yīng)停止注漿操作。

3" "結(jié)語

綜上所述，地鐵盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工時(shí)，為了保證冷凍施工質(zhì)量，為后續(xù)施工做好準(zhǔn)備，需要對(duì)孔洞施工、凍結(jié)施工、通道挖掘、融沉施工等流程具有高度重視，根據(jù)各工序的難點(diǎn)與常見問題，制定出合理的處理方法，以保證整個(gè)施工活動(dòng)順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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