泵站冷凍法加固施工凍結方案分析

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[摘要]本文通過對天山路站~長風公園站區間聯絡通道及泵站冷凍法加固施工補充凍結方案分析，確定該方案能否在保證工期及安全情況下具有可行性。

[關鍵詞]聯絡通道及泵站；補充凍結方案；可行性

1工程特征

天山路站~長風公園站區間共計2個聯絡通道，1#聯絡通道及泵站，2#聯絡通道，均采用冷凍法加固地層。2019年11月7日，2#聯絡通道由下行線預留洞門向里開挖過程中，暴露出D8凍結孔（透孔）。復核數據發現，計算放線數據時出現錯誤，使得1#聯絡通道及泵站、2#聯絡通道軸線與設計值有偏差，部分凍結壁厚度不滿足開挖安全性要求。為補強凍結壁加固體，保證安全開挖，特制定本方案，并嚴格執行。

2工程地質

根據本工程地質勘查資料，擬建1#聯絡通道及泵站所在地層自上而下依次為：1-1粘土，1-2粉質粘土、2粘質粉土與粉質粘土粉互層；2#聯絡通道所處土層自上而下依次為：1淤泥質粘土、1-1粘土，1-2粉質粘土。

3施工現狀

1#聯絡通道及泵站于2019年9月25日開始積極凍結，至11月17日，凍結54天，目前，1#聯絡通道及泵站未開挖；2#聯絡通道于2019年9月15日開始積極凍結，至11月17日，凍結64天，2#聯絡通道于2019年11月7日開始開挖。

4發現問題

2#聯絡通道于2019年11月7日開始開挖，11月11日，2#聯絡通道開挖進尺至4.97m時，開挖斷面右幫發現有凍結孔暴露，經檢查確認暴露的凍結孔為D8凍結孔（透孔）。經復核鉆孔數據發現，下行線施工凍結孔的水平角與設計相比有偏差，實際施工凍結孔水平投影、實際開挖邊界如圖3所示；同時復核1#聯絡通道及泵站數據，下行線施工凍結孔的水平角與設計比較也有偏差，部分凍結孔侵入開挖區域，實際施工凍結孔水平投影如圖4所示。

5補孔方案

2#聯絡通道補孔方案。下行線左側補孔8個（凍結孔DB1~DB6，測溫孔CB1、CB2）；上行線左側補孔8個（凍結孔DB7~DB13，測溫孔CB3），原有測溫孔C1和C18作為凍結孔。原實際開挖軸線與設計軸線有偏離，下行線右側有效凍結壁將越來越薄，須調整通道開挖軸線。下行線左側凍結孔進入待開挖區域，軸線調整為兩段折線，折線段長分別為8442mm、8511mm，折線夾角176.6°。1#聯絡通道及泵站補孔方案。下行線左側補孔11個（凍結孔DB13~DB22，測溫孔CB3）；下行線右側補孔14個（凍結孔DB1~DB12，測溫孔CB1、CB2）。

6補孔凍結施工方案

6.1凍結孔開孔。所有補孔凍結孔均布置在混凝土管片上。先在混凝土管片上預定孔位，使用水鉆配Φ120鉆頭鉆進250mm的鉆孔，打入纏上麻絲的孔口管，孔口管長度450m，打入深度為250mm，孔口管上布設DN25對絲及注漿旁通球閥；在孔口管附近均勻布置不少于4根M12、鉆孔深度140mm、有效埋深120mm的膨脹螺栓，膨脹螺栓與孔口管應采用內徑91mm、外徑291mm、環寬100mm、厚度6mm的環形鋼板進行焊接固定，焊縫高度6mm；孔口管安裝固定完成后，執行二次開孔及凍結管鉆進成孔。6.2凍結孔鉆進。嚴格安裝孔口密封壓緊裝置，鉆孔時若出現泥土流失，待鉆孔完畢后，及時對地層進行充填補漿；根據設計方位推算補孔在鉆進時可能碰到對側的原有凍結孔，鉆進過程中，若碰到則關閉該孔所在分組進、回水閥門，鉆進至可能碰到的進尺，降低推進速度，防止擾動對側凍結孔，若與對側凍結孔相碰，則停止鉆孔；每節凍結管加尺前，已打進凍結管向外拔10cm，循環5分鐘清水，再安裝下一節凍結管，凍結管鉆進至設計深度，對于下俯孔，立即伸入氣管用壓縮空氣吹出孔內積水，迅速上好孔底絲堵，焊接凍結管接頭時，間斷焊接，緩慢轉動凍結管；成孔后，通過孔口管旁通閥進行注漿封孔，漿液凝固后，拆除孔口密封裝置，口管與凍結管間焊接厚度6mm、內徑91mm、外徑151mm、環寬30mm的環形鋼板，焊縫高度6mm。6.3凍結器安裝。在凍結管內下入供液管，供液管底端連接不小于0.15m長的支架，每節供液鋼管采取直接對焊連接；安裝去、回路羊角和凍結管端蓋。6.4需冷量計算。1#聯絡通道及泵站：上行線原有凍結孔574.18m，無需補孔，需冷量5.4萬Kcal/h。下行線原有凍結孔593.12m，增加供冷凍結管長度共計112.6m，共計705.72m，需冷量6.63萬Kcal/h；2#聯絡通道：上行線原有凍結孔397.88m，增加供冷凍結管長度共計57.3m，共計455.18m，需冷量4.28萬Kcal/h。下行線原有凍結孔437.44m，增加供冷凍結管長度共計49.8m，共計487.24m，需冷量4.58萬Kcal/h。6.5供液管路連接。利用上、下行線聯絡通道凍結工作面集配液圈鹽水立柱備用供液預留口對補孔進行分組供液。1#聯絡通道及泵站補孔凍結孔分2組供液，2#聯絡通道上行線補孔凍結孔分2組供液，下行線補孔凍結孔分2組供液。循環后，應監測所有凍結孔分組流量，流量須滿足5~8m3，分組回水管路安裝測溫探頭，讀取分組回路鹽水溫度。

7開挖與構筑

1#聯絡通道及泵站開挖與構筑施工仍按原來施組執行；2#聯絡通道開挖工序中，通道防水、通道鋼筋綁扎、結構澆筑及后續工序亦按施組執行。本方案針對1#聯絡通道及泵站、2#聯絡通道土方開挖和臨時支護方式有所調整。

8開挖及臨時支護

（1）2#聯絡通道導洞開挖。凍結效果及開挖準備情況達到開挖條件后，由積極凍結轉入開挖工序。按原開挖軸線，2#聯絡通道進尺已有4.97m，軸線調整后，掌子面左側已臨近下行線左側凍結孔。因此，從現有掌子面處即采用導洞開挖方式通過前方凍結孔侵入區域，導洞長度3m，寬度2.5m，高度3.314m。導洞支架右側腿長與通道初期支護型鋼支架腿長相同。（2）1#聯絡通道及泵站開挖及臨時支護。1#聯絡通道及泵站正式開挖前，先開挖導洞，導洞斷面為寬2.5m，高2.2m，進尺3m，每開挖0.5m，支設1榀門式臨時支架，支架背后背實木板，相鄰支架間焊接Φ12@500縱向連接筋。導洞開挖完成后，后續開挖及初支、防水、鋼筋綁扎、澆筑混凝土按照施組執行。（3）導洞截止線至對側喇叭口。導洞開挖及臨時支護完成后，向前掘進轉為全斷面開挖，分為兩段進行，第一段為導洞截止線至對側喇叭口起始位置，第二段為對側喇叭口。第一段，導洞截止線至對側喇叭口起始位置全斷面開挖，刷出左側凍結孔時，先處理凍結孔，侵入待擴區域的凍結孔，擴到1根處理1根。處理方法，根據待處理的凍結孔編號，查詢所在分組，關閉該分組進、回水閥門；將凍結孔去、回路羊角連接膠管，用夾板夾緊，解除膠管，割除供液管與凍結管端蓋；迅速沿暴露出的凍結孔割除點割除，沿割除點切除供液管，割除作業時，在割除點下方用容器接住泄露鹽水；焊接端部圓形鋼板封口，焊接質量可靠；將供液管向外拔出150mm，重新焊接供液管與凍結管端蓋，接好供液、回液膠管，松開夾板，恢復供液冷凍。割除點做好保溫及防碰撞保護，再向前掘進；首次開挖進尺為1.2m，便于現場鋼支架支設，其余開挖進尺嚴格控制在0.5m內，鋼支架支設間距正常段471mm，正常段與喇叭口過渡段400mm，喇叭口段383mm，并且鋼架后木背板背齊，背板與凍土之間要密實；工字鋼支架安裝在掌子面開挖完成后立即進行。安設鋼架前進行斷面尺寸檢查，及時處理欠挖部分。各節支架以螺栓連接牢固，每榀鋼架間沿環向間隔500mm布設Ф12縱向拉桿，構成縱向連接體系，縱向鋼筋應與每榀拱架焊接牢固。側邊鋼架與鋼管片焊接牢固，確保支架連接穩定、牢靠后方可進行噴射混凝土施工。工字鋼支架安裝全部完成后，然后掛設Ф4@150mm的鋼筋網。鋼筋網與鋼架焊接牢固，封閉成環；在鋼架上焊接若干短鋼筋作為控制混凝土厚度的定位筋。噴射混凝土強度等級為C25，噴漿層厚度220mm；第一段噴射混凝土完成后，進行第二段即對側喇叭口開挖及初支；對側喇叭口及下行線回擴喇叭口開挖及初支按照施組施工方法進行。（3）回擴導洞。回擴導洞至設計斷面，進行第2次割除凍結管施工。

9結束語

通過對該方案的進一步分析，調整了方案中的不合理之處，確保該方案在保證工期及安全的前提下具備可操作性。

參考文獻

[1]《地下工程防水技術規范》編寫組.中國計劃出版社.2009.[2]《煤礦井巷工程施工規范》編寫組.人民出版社.2011.

[3]《地下防水工程質量驗收規范》編寫組.中國建筑工業出版社.2011.

作者:楊呂學 單位:中交第三航務工程局有限公司寧波分公司