摘要：結(jié)合實(shí)際工程，筆者分析了隧道旁通道及泵站工程的基本概況及地質(zhì)條件，探討了凍結(jié)孔布置及制冷設(shè)計(jì)以及凍結(jié)孔施工，可供相關(guān)技術(shù)人員參考。
　　關(guān)鍵詞：凍結(jié)法、隧道、通道、泵站
　　
　　
　　1工程概況及地質(zhì)條件
　　1.1工程概況
　　上海市軌道交通楊浦線(xiàn)（M8線(xiàn)）工程是上海市重點(diǎn)工程，西藏南路站～周家渡站（過(guò)江）區(qū)間隧道旁通道及泵站工程是其工程的一個(gè)重要組成部分。該工程位于黃浦江下部，距江底約12米。該旁通道及泵站采取合并建造模式，它既具有保證上、下行線(xiàn)隧道間聯(lián)絡(luò)和必要時(shí)乘客安全疏散的功能，又在地鐵運(yùn)營(yíng)中起到集、排水作用。旁通道所在位置為：下行線(xiàn)里程XK23+427.45，上行線(xiàn)里程SK23+423。
　　1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件
　　根據(jù)上海市隧道公司提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告，距旁通道位置較近的地勘孔是Q23G6地質(zhì)鉆孔，根據(jù)該孔的資料并參考附近的地勘孔的地質(zhì)情況，對(duì)本工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件描述（見(jiàn)表1）。
　　
　　表1各地層特征表
　　                        　　
　　旁通道施工范圍內(nèi)土層主要為第⑤1-2灰色粘土、⑥1暗綠色粘土、⑦1-1草黃色粘質(zhì)粉土。該土層具有中壓縮性、低強(qiáng)度、靈敏度高、透水性強(qiáng)等特點(diǎn)，其中，⑦1-1粘質(zhì)粉土層又為承壓含水層，旁通道所處位置乘壓水壓力約為0.27MPa，對(duì)隧道有突涌的破壞作用，同時(shí)在承壓動(dòng)水頭壓力下會(huì)發(fā)生流砂、崩塌現(xiàn)象，影響開(kāi)挖面穩(wěn)定，在盾構(gòu)掘進(jìn)至689環(huán)（鋼管片684、685環(huán)）時(shí)，螺旋機(jī)有涌水情況發(fā)生。
　　綜上所述，在該地層內(nèi)進(jìn)行旁通道開(kāi)挖構(gòu)筑，須對(duì)土體進(jìn)行穩(wěn)妥、可靠的加固處理。根據(jù)我公司以往越江隧道連接通道施工的成功經(jīng)驗(yàn)，用凍結(jié)法加固土體具有強(qiáng)度高，封水性好，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，極適于本工程。
　　采用“隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體、隧道內(nèi)礦山法開(kāi)挖構(gòu)筑”的全隧道內(nèi)施工方案。，即：在隧道內(nèi)利用水平孔和部分傾斜孔凍結(jié)加固地層，使旁通道及集水井外圍土體凍結(jié)，形成強(qiáng)度高，封閉性好的凍土帷幕。在凍土中采用礦山法進(jìn)行旁通道及泵站的開(kāi)挖構(gòu)筑施工，地層凍結(jié)和開(kāi)挖構(gòu)筑施工均在區(qū)間隧道內(nèi)進(jìn)行。
　　2凍結(jié)孔布置及制冷設(shè)計(jì)
　　2.1凍結(jié)孔的布置
　　根據(jù)凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)及旁通道的結(jié)構(gòu)，采用兩側(cè)隧道打孔方式，凍結(jié)孔按上仰、近水平、下俯三種角度布置，以形成一個(gè)全封閉凍結(jié)加固區(qū)域。開(kāi)孔間距為0.5m～1.0m，凍結(jié)孔數(shù)80個(gè)。凍結(jié)孔的布置詳見(jiàn)附圖7凍結(jié)孔施工平面圖及附圖8凍結(jié)管布置剖面圖，并根據(jù)鉆機(jī)情況、管片配筋情況和旁通道擬開(kāi)管片的實(shí)際位置，對(duì)鉆孔孔位作少量調(diào)整。
　　2.2測(cè)溫孔與卸壓孔布置
　　共布置8個(gè)測(cè)溫孔，兩端各布置4個(gè)，目的主要是測(cè)量?jī)鼋Y(jié)帷幕范圍不同部位的溫度發(fā)展?fàn)顩r，以便綜合采用相應(yīng)控制措施，確保施工的安全。
　　測(cè)溫孔管材選用Φ32×3.5mm20#低碳鋼無(wú)縫鋼管。
　　卸壓孔布置6個(gè)，上行線(xiàn)布置4個(gè)，下行線(xiàn)布置2個(gè)。
　　2.3制冷設(shè)計(jì)
　　2.3.1凍結(jié)參數(shù)確定
　　（1） 積極凍結(jié)期鹽水溫度為-28℃～-30℃。
　　（2） 維護(hù)凍結(jié)期溫度為-25℃~-28℃；
　　（3） 凍結(jié)孔終孔間距Lmax≤1200mm，凍結(jié)帷幕交圈時(shí)間為25天（見(jiàn)附圖9凍結(jié)帷幕形成示意圖），達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí)間為45天。
　　（4） 積極凍結(jié)時(shí)間為45天，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間為30天。
　　（5）凍結(jié)孔布置80個(gè)，其中上行線(xiàn)布孔56個(gè)，下行線(xiàn)布孔24個(gè)其位置與上行線(xiàn)相對(duì)應(yīng)，為避開(kāi)對(duì)側(cè)凍結(jié)孔其方位角均向一側(cè)偏0.2°，凍結(jié)管總長(zhǎng)度為570m。布孔位置見(jiàn)附圖7。
　　（6）測(cè)溫孔布置8個(gè)，上行線(xiàn)和下行線(xiàn)隧道各布置測(cè)溫孔4個(gè)，深度為1~3m，測(cè)溫孔一般定在終孔間距較大的位置。
　　（7）卸壓孔布置6個(gè)，開(kāi)挖一側(cè)布置4個(gè)，對(duì)側(cè)布置2個(gè)，深度1~2m。
　　2.3.2需冷量和冷凍機(jī)選型
　　凍結(jié)需冷量計(jì)算：Q=1.2•π•d•H•K
　　式中:H—凍結(jié)總長(zhǎng)度；
　　d—凍結(jié)管直徑；
　　K—凍結(jié)管散熱系數(shù)；
　　將上述參數(shù)代入公式得：
　　Q=1.2•π•d•H•K=43155Kcal/h
　　選用W-YSLGF300Ⅱ型螺桿機(jī)組一臺(tái)套，設(shè)計(jì)工況制冷量為8.75×104Kcal/h，電機(jī)功率100KW。另外備用W-YSLGF300Ⅱ型螺桿機(jī)組一臺(tái)。
　　2.3.3凍結(jié)系統(tǒng)輔助設(shè)備
　　（1）鹽水循環(huán)泵選用IS125-100～200型1臺(tái)，流量200m3/h，電機(jī)功率30KW。
　　（2）冷卻水循環(huán)選用IS125-100～200C型1臺(tái)，流量200m3/h，電機(jī)功率30KW。冷卻塔選用NBL-50型二臺(tái)，補(bǔ)充新鮮水15m3/h。
　　2.3.4管路選擇
　　（1）凍結(jié)管選用Φ89×8mm,20#低碳鋼無(wú)縫鋼管,絲扣連接,另加手工電弧焊焊接。單根長(zhǎng)度1m~1.5m。
　　（2）測(cè)溫孔管選用Φ32×3.5mm,無(wú)縫鋼管。
　　（3）供液管選用1.5″鋼管，采用焊接連接。
　　（4）鹽水干管和集配液圈選用Φ159×6mm無(wú)縫鋼管。
　　（5）冷卻水管選用Φ133×4.5mm無(wú)縫鋼管。
　　2.3.5用電負(fù)荷
　　總用電負(fù)荷約200kw/h。
　　2.3.6其它
　　（1） 冷凍機(jī)油選用N46冷凍機(jī)油。
　　（2） 制冷劑選用氟立昂R-22。
　　（3） 冷媒劑選用氯化鈣溶液。
　　3凍結(jié)孔施工
　　3.1凍結(jié)孔定位與管片開(kāi)孔
　　根據(jù)總包方提供的施工基準(zhǔn)點(diǎn)，按凍結(jié)孔施工圖進(jìn)行凍結(jié)孔孔位放線(xiàn)，提請(qǐng)注意的是：孔位布置首先要依據(jù)管片配筋圖和鋼管片加強(qiáng)筋的位置，在避開(kāi)主筋的前提下可適當(dāng)調(diào)整，一般不應(yīng)大于100mm。詳見(jiàn)開(kāi)孔措施，其中包括4個(gè)穿孔。
　　（1）在正式開(kāi)孔前，利用隧道管片上的補(bǔ)漿孔鉆Ф38mm小孔徑探孔，檢查地層穩(wěn)定性。
　　（2）開(kāi)孔選用J-200型金剛石鉆機(jī)，配φ130mm金剛石取芯鉆頭進(jìn)行鉆孔，深度約300mm，以不鉆穿管片控制。用鋼楔楔斷巖心、取出后，打入加工好的孔口管，并固定，每個(gè)孔口管要至少有4個(gè)固定點(diǎn)固定在管片上。
　　3.2凍結(jié)孔施工順序
　　根據(jù)旁通道施工的孔位，采用由上向下的順序進(jìn)行施工：即先施工穿透孔，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)，再按由上向下的順序施工，這樣可防止因下層凍結(jié)孔的施工引起上部地層擾動(dòng)，減小鉆孔施工時(shí)的事故發(fā)生率。
　　3.3鉆孔偏斜和終孔控制
　　鉆孔的偏斜應(yīng)控制在1%以?xún)?nèi)，在確保凍土帷幕厚度的情況下，相鄰終孔間距不得大于1.2m，否則應(yīng)補(bǔ)孔。
　　凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)深度，不大于設(shè)計(jì)深度0.3m（鉆頭碰到隧道管片者除外）。
　　3.4凍結(jié)孔鉆進(jìn)與凍結(jié)管設(shè)置
　　（1）鉆孔設(shè)備使用MD-50鉆機(jī)一臺(tái)，配用BW250型泥漿泵，鉆具利用φ89×8㎜凍結(jié)管作鉆桿；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(qiáng)度。
　　（2）正常情況下，鉆進(jìn)時(shí)安裝簡(jiǎn)易鉆頭，如果鉆進(jìn)困難遇到砂層，為防止鉆進(jìn)中返砂，在鉆頭部位安裝一個(gè)特制單向閥門(mén)。
　　（3）凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后沖洗單向閥，并密封凍結(jié)管端部。
　　（4）鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)孔斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏，下好凍結(jié)管后，進(jìn)行凍結(jié)管長(zhǎng)度的復(fù)測(cè)，然后再用燈光測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜并繪制鉆孔偏斜圖。凍結(jié)管長(zhǎng)度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏，壓力控制在0.8Mpa，穩(wěn)定30分鐘壓力無(wú)變化者為試壓合格。
　　（5）在凍結(jié)管內(nèi)下供液管,然后焊接凍結(jié)管端蓋和去、回路羊角。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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　　[2]劉瑞鋒,張慶賀,胡向東,譚麗華.水平地層凍結(jié)法在上海地鐵修復(fù)工程中的應(yīng)用[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2008(3).