水平凍結(jié)孔鉆孔施工工藝研究

陳汝翔 黃曉偉

摘 要：隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，旁通道冷凍法也更廣泛的應(yīng)用在地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道的施工中。本文著重介紹了水平冷凍法中凍結(jié)孔的施工方法，具體到凍結(jié)孔和凍結(jié)管的施工流程及工藝要點(diǎn)，以及鉆孔施工中的風(fēng)險(xiǎn)防治及處理方式，為水平鉆孔的施工提供了一些成功經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：冷凍法；凍結(jié)管；鉆孔

一、前言

凍結(jié)法是先布置好凍結(jié)孔，并且在孔中反復(fù)低溫鹽水，進(jìn)而導(dǎo)致凍結(jié)孔周邊的含水地層結(jié)冰，產(chǎn)生極強(qiáng)的高度以及極好的封閉性的凍結(jié)壁是指凍土帷幕，有便于在凍結(jié)壁的維護(hù)下實(shí)行隧道、豎井以及地下工程的挖掘和襯砌的特殊施工技術(shù)。該實(shí)質(zhì)其實(shí)就是運(yùn)用人工技術(shù)對(duì)巖土的情況進(jìn)行提高。現(xiàn)凍結(jié)法已普遍運(yùn)用在我們國家每一項(xiàng)地下工程當(dāng)中，就是一項(xiàng)綠色環(huán)保的施工方法。

凍結(jié)法按照凍結(jié)壁的形成方向分為水平凍結(jié)法及垂直冷凍法，本文著重于介紹地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中水平凍結(jié)孔鉆孔施工工藝。

二、水平鉆孔施工

2.1 凍結(jié)孔布置

地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔布置一般是根據(jù)上仰、水平、下俯 這三種角度進(jìn)行布置，同時(shí)為減小土層凍脹，隧道一般是根據(jù)上下對(duì)稱對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行布置。隧道兩側(cè)均布置孔位，兩側(cè)的凍結(jié)管周圍土體在積極凍結(jié)完成后均形成完整封閉的凍土帷幕，設(shè)計(jì)凍結(jié)孔位置時(shí)應(yīng)考慮左右線凍結(jié)孔在交界位置均勻交錯(cuò)布置，避免在通道正中間位置出現(xiàn)凍土帷幕不封閉的情況發(fā)生。

2.2 施工準(zhǔn)備

鉆孔前先按照?qǐng)D紙要求預(yù)制凍結(jié)管、孔口管和堵頭等材料部件，并保證現(xiàn)場(chǎng)“三通一平”，利用木板在聯(lián)絡(luò)通道的位置對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行鋪設(shè)，根據(jù)搭設(shè)施工腳手架進(jìn)而更好的方便鉆孔在施工的時(shí)候運(yùn)用。

2.3 測(cè)量放線

建立一個(gè)專門對(duì)放線進(jìn)行測(cè)量的小組，對(duì)儀器和工具的測(cè)量應(yīng)當(dāng)事先進(jìn)行檢驗(yàn)和按期校正。測(cè)量之后精準(zhǔn)的位開透孔，先對(duì)聯(lián)絡(luò)通道兩邊隧道的透孔進(jìn)行施工，檢驗(yàn)隧道管片上留有洞門的響應(yīng)位置。依照實(shí)際開透孔的差異對(duì)凍結(jié)孔施工方位進(jìn)行調(diào)動(dòng)，進(jìn)而降低該結(jié)孔的偏斜值并且在隧道兩側(cè)進(jìn)行i點(diǎn)，利用拉線的形式進(jìn)行校驗(yàn)以及掌控凍結(jié)孔的位置。

2.4 凍結(jié)孔開孔及孔口密封裝置

2.4.1 凍結(jié)孔開孔

開孔位置分為砼管片及鋼管片兩種：

砼管片：在開口較易的地方可以采用一次開孔直接到位的方法，若開孔難度較大，采用二次開孔：第一是要利用開孔機(jī)該直徑是在130mm，其深度大約為280mm左右，掌控不得鉆穿管片而且更好的防止砼管片內(nèi)受力主筋，并且加入加工完成的孔口管，利用超出四個(gè)之上固定點(diǎn)穩(wěn)固在管片上（固定點(diǎn)利用膨脹螺絲進(jìn)行穩(wěn)固），膨脹螺絲穩(wěn)固之后，將螺母去掉，安裝DN125閘閥，并且將其打開，利用開孔器由閘閥當(dāng)中進(jìn)行第二次的開孔，該直徑在108mm左右，一直把砼管片全面開穿，若發(fā)生涌砂那么應(yīng)該立即將閘門關(guān)閉。

鋼管片：在鋼管片上焊接好孔口管，在該管上焊接好閘閥以及孔口的安置，利用鉆機(jī)焊接金鋼石鉆頭，經(jīng)過孔口，將鋼管片鉆進(jìn)進(jìn)行切割。

2.4.2 孔口裝置安裝

利用螺絲把孔口安置在閘閥上面，防止加好密封墊片。詳見圖2。

2.5 凍結(jié)孔鉆進(jìn)

①、鉆孔設(shè)備使用鉆機(jī)，配用泥漿泵，鉆具運(yùn)用凍結(jié)管當(dāng)作鉆桿，根基整體施工的設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇利用各種鉆桿；

②、凍結(jié)管間運(yùn)用套管絲扣進(jìn)行連接，接頭螺紋穩(wěn)固之后應(yīng)該用人工技術(shù)進(jìn)行焊接，進(jìn)而保證該同心度以及焊接強(qiáng)度，焊接之后實(shí)行粗打磨，確保焊縫沒有任何的突起不平。

③、在一般的情況下，在鉆頭裝置一個(gè)特制的單向閥門，利用帶水鉆進(jìn)；凍結(jié)管鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計(jì)深度之后應(yīng)該將單向閥處理干凈，并且將其完全封閉。

④、鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格掌控凍結(jié)孔所具有的測(cè)斜問題，若出現(xiàn)應(yīng)該盡快糾偏，在凍結(jié)管下好之后，應(yīng)該對(duì)其長度的復(fù)測(cè)進(jìn)行凍結(jié)，并且利用燈光測(cè)斜儀實(shí)行測(cè)斜進(jìn)而制作出鉆孔偏斜圖。

⑤、在凍結(jié)管中放置供液管，并且和該端蓋和去以及回路羊角進(jìn)行焊接。

2.6 封閉孔底部

利用絲堵將其凍結(jié)孔底部完全封閉，主要方式為，運(yùn)用接長桿把絲堵至在孔的底部，運(yùn)用反扣以及卸扣時(shí)，把絲堵完全封閉。

2.7 打壓試驗(yàn)

將其孔口完全封閉，利用手壓泵打水至孔內(nèi)，在壓力取得1.0Mpa點(diǎn)的時(shí)候，應(yīng)該立刻打壓，將閥門完全關(guān)閉，觀察壓力所具有的變化，半個(gè)小時(shí)之內(nèi)變化<0.05MPa則為通過。

2.8 施工注意事項(xiàng)

1）施工透孔主要是根據(jù)復(fù)核對(duì)側(cè)隧道預(yù)留口位置的偏差和鉆孔施工質(zhì)量，若超出100mm應(yīng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)確保凍結(jié)壁設(shè)計(jì)厚度對(duì)其布置實(shí)行相應(yīng)的調(diào)動(dòng)。

2）凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度不能低于設(shè)計(jì)深度。鉆頭若觸及隧道管片的，不加入制冷循環(huán)的長度不能低于150mm。

3）鉆孔的偏斜應(yīng)控制在150mm以內(nèi)。

4）凍結(jié)管長度以及偏斜通過之后應(yīng)該實(shí)行打壓試漏，壓力應(yīng)該掌控在0.8MPa左右，前15分鐘的壓力耗損應(yīng)該低于0.05MPa，后半個(gè)小時(shí)壓力沒有任何變化的則為通過。沒有通過的，能夠?qū)鼋Y(jié)管拔出再從新實(shí)施鉆孔，或者下套管實(shí)行處量。

5）再對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行施工的時(shí)候土體流失量不能低于凍結(jié)孔的整體面積，不然應(yīng)該盡快注漿對(duì)地層的下降進(jìn)行掌控。

6）若凍結(jié)孔在鋼管片上時(shí)，認(rèn)定孔位之后，應(yīng)該充填水泥，再進(jìn)行焊接鋼板，焊接完好之后，待水泥穩(wěn)定之后再實(shí)行開孔。

三、風(fēng)險(xiǎn)防治及補(bǔ)救措施

3.1 凍結(jié)鉆孔漏水涌砂

3.1.1 形成原因

在地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)進(jìn)行施工時(shí)，一般會(huì)遇到極大的地下水壓力的含水砂層。在該地層施工貼近水平凍結(jié)孔，若出現(xiàn)鉆孔漏水噴砂的問題，那么就會(huì)產(chǎn)生極為嚴(yán)重的地層下降，因此也對(duì)隧道管片以及地表建筑形成一定的耗損，乃至還會(huì)發(fā)生隧道垮塌等事件。引起鉆孔漏水噴砂的原因主要有：孔口管松懈以及分離、凍結(jié)管接頭脫落以及孔口止水安置耗損等等。起初在對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行施工的時(shí)候得出孔口管分離以及凍結(jié)管脫落、鉆頭逆止閥無效以及孔口止水裝置耗損等這些問題基本沒有，不過在凍結(jié)孔施工之后，因?yàn)榈貙痈蓴_過大，具有極強(qiáng)的滲透性，極易導(dǎo)致塌孔抱鉆，很可能出現(xiàn)以上情況。

3.1.2 補(bǔ)救措施

若由于孔口管疏松或者分離所導(dǎo)致該孔口管和管片之間出現(xiàn)漏水的情況，那么應(yīng)該立刻停止鉆進(jìn)，在凍結(jié)管安置一個(gè)裝管卡，利用鉆機(jī)促進(jìn)凍結(jié)管把孔口管完全頂實(shí)，或是運(yùn)用膨脹螺栓等使其孔口管進(jìn)行穩(wěn)固。利用棉紗將孔口管和管片的漏水位置進(jìn)行賭賽，并且經(jīng)過孔口管旁通實(shí)行壓漿賭賽。注漿材料主要是運(yùn)用化學(xué)漿液，還能夠利用水泥一水玻璃漿液。在特殊的情況下，能夠直接將其灌入凍結(jié)管當(dāng)中。

若由于凍結(jié)管接頭脫落以及鉆頭逆止閥無效所導(dǎo)致的漏水噴砂，那么能夠直接進(jìn)行注漿。在利用鉆進(jìn)的方法進(jìn)行凍結(jié)的時(shí)候，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)備一個(gè)可以和凍結(jié)管相互連接的注漿管接頭，進(jìn)而，若出現(xiàn)漏水的情況，就能夠快速的安置好管接頭，實(shí)行注漿。在用夯管法下進(jìn)行凍結(jié)管同時(shí)，能夠制備一個(gè)止?jié){塞實(shí)行堵水以及注漿。若沒有，能夠制備一個(gè)凍結(jié)管塞以及一截帶閥門的注漿管，在發(fā)生漏水的時(shí)候，就能夠運(yùn)用其進(jìn)行堵塞（用夯管錘把木塞夯人凍結(jié)管），并且在凍結(jié)管上焊接注漿管對(duì)其實(shí)行注漿處理。

3.1.3 注意事項(xiàng)

鉆孔若出現(xiàn)堵漏的時(shí)候必須要防范的是：①、要盡快發(fā)現(xiàn)，以免造成不好的影響；②、堵漏的速度要快，要控制好時(shí)機(jī)，疏堵整合；③、應(yīng)加快進(jìn)行補(bǔ)償注漿進(jìn)而掌控地層出現(xiàn)下降；④、提高隧道以及地層下降的監(jiān)管，盡快對(duì)隧道以及地面危害建筑實(shí)行穩(wěn)固。

3.2 凍結(jié)孔成孔偏斜過大

3.2.1 形成原因

凍結(jié)孔成孔最大的偏斜度在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中應(yīng)該有一定的標(biāo)準(zhǔn)，該成孔偏斜過大會(huì)嚴(yán)重降低凍結(jié)帷幕的厚度，作為所有帷幕當(dāng)中的弱點(diǎn)，開挖時(shí)作為最大的隱患點(diǎn)；凍結(jié)孔偏斜過大一般是由于在凍結(jié)孔開孔和鉆孔時(shí)更好的掌控好開孔角度，沒有可以根據(jù)設(shè)計(jì)角度實(shí)行開孔。

3.2.2 補(bǔ)救措施

開孔器安裝完成之后應(yīng)該詳細(xì)核準(zhǔn)開孔器的偏斜度以及開孔角度，進(jìn)而更好的保證這兩個(gè)角度應(yīng)該符合設(shè)計(jì)需求。

鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格掌控鉆孔的質(zhì)量，鉆進(jìn)完成之后，應(yīng)盡快對(duì)凍結(jié)孔實(shí)行相應(yīng)的測(cè)斜、打壓以及復(fù)測(cè)該深度。鉆孔偏斜要控制在200mm以內(nèi)，否則應(yīng)補(bǔ)孔。

凍結(jié)孔完成之后由于及時(shí)對(duì)凍結(jié)孔實(shí)行相關(guān)的檢漏實(shí)驗(yàn)，確保證每一個(gè)凍結(jié)孔都是密封好的、沒有任何漏鹽水的現(xiàn)象。檢漏實(shí)驗(yàn)的時(shí)候該壓力應(yīng)該掌控在1.0MPa，穩(wěn)定30min后則為合格。

3.3 實(shí)際案例

某地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道采用的水平凍結(jié)法進(jìn)行施工，在冷凍管鉆孔施工過程中持續(xù)發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)立即停止施工，并用木塞、棉絮等將孔口管堵死，防止涌水涌砂現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)生。但由于該地段土層多為軟弱土，涌水涌砂導(dǎo)致通道的正上方形成了一個(gè)直徑3m的凹陷區(qū)域，凹陷平均深度約為20cm.在施工人員發(fā)現(xiàn)的第一時(shí)間將該區(qū)域封閉并用高標(biāo)號(hào)混凝土填充了該區(qū)域。

為了更加安全、高效地完成凍結(jié)孔的鉆孔施工，施工單位決定對(duì)聯(lián)絡(luò)通道上方采取地面注漿處理、增設(shè)地表沉降點(diǎn)、增加地表沉降點(diǎn)的檢測(cè)頻率等措施確保事故不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

地面注漿設(shè)12個(gè)注漿孔，分別位于聯(lián)絡(luò)通道的左邊線、中軸線、右邊線位置，3條線上均勻分布4個(gè)注漿孔，注漿深度為3m。采用鉆孔機(jī)打孔至3m后用注漿機(jī)進(jìn)行注漿，確保每個(gè)孔注漿水泥用量不小于1t。

完成地面注漿后，凍結(jié)孔鉆孔施工正常進(jìn)行，地表沉降的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，因此認(rèn)為地面注漿是涌水涌砂造成的地面塌陷問題的有效的解決方法。

四、總結(jié)

水平凍結(jié)孔鉆孔施工工序較為復(fù)雜，是凍結(jié)法施工的難點(diǎn)之一，其施工質(zhì)量的好壞也直接關(guān)系著后期積極凍結(jié)的冷凍效果，因此其施工質(zhì)量是冷凍法施工的關(guān)鍵。并且水平凍結(jié)孔鉆孔施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，在施工過程中時(shí)常伴隨著大大小小的事故發(fā)生，存在較大的安全隱患，因此建議在水平凍結(jié)管鉆孔施工時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，進(jìn)一步完成對(duì)鉆孔施工人員的安全教育，加強(qiáng)他們的安全意識(shí)。

（作者單位：中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司）