凍結法地鐵聯絡通道施工風險事故原因分析

侯獻語 趙芳芳

摘 要：本文根據凍結法不同施工階段的主要風險，從風險事故發(fā)生機理的角度，分析風險發(fā)生的原因，為風險控制措施的制定提供一定的依據。

關鍵詞：聯絡通道；凍結法；風險原因

1 概述

地鐵聯絡通道一般位于地鐵上、下行隧道的中間，常常和集水井、排水泵設置在一起，具有疏散乘客的作用。聯絡通道施工是地鐵施工過程中必不可少的一道工序，施工難度非常大，尤其是在富水的軟土地層中，施工中還存在著坍塌、透水的施工危險。施工風險一旦發(fā)生，必會造成一定的材料、工期和質量方面的損失，甚至人員傷亡的嚴重后果。本文主要對凍結法地鐵聯絡通道施工過程中的主要風險的發(fā)生原因進行詳細的分析。

2 凍結法不同施工階段風險原因分析

2.1 凍結管施工階段風險原因分析

（1）涌水 涌砂風險原因。凍結管鉆孔時，如土層中的承壓水隔水層被擊穿， 由于地層壓力大，容易引起涌水噴砂；由于孔口密封裝量失效，鉆孔結束后，未對凍結管與孔口管之間的環(huán)形間隙進行雙液注漿封堵，或者拆除密封裝置前未對凍結管與孔口管之間的環(huán)形間隙進行密封焊接，均會引起涌水涌砂；發(fā)現涌水噴砂時，如處理不及時，會構成風險很高的施工險情。

（2）管片損傷風險原因。凍結管施工中，在管片上鉆孔時由于設計或工人操作不當，對管片造成一定損傷，特別是混凝土管片，會切斷管片內的主筋，導致混凝土開裂，甚至圍護結構破壞。

（3）凍結管偏斜風險原因。凍結管在施工過程中不可避免會引起偏斜或鉆孔精度不夠，易造成凍結帷幕交圈延誤。

（4）孔口密封裝置脫落風險原因。當孔口管缺少植筋、膨脹螺栓與管片連接，或連接數目太少，或錨固深度不夠，孔口管魚鱗扣沒有纏繞麻絲并擠緊，孔口裝置脫落一般都會引起涌水、涌沙。

2.2 積極凍結施工風險原因分析

（1）冷凍機故障風險原因。凍結期間由于冷凍機故障，沒有及時發(fā)現和采取相應措施，會造成凍結帷幕薄弱，影響凍結效果甚至發(fā)生險情。

（2）凍結管斷裂風險原因。凍結管螺紋接頭壁厚厚薄不一，接頭焊縫質量缺陷和凍結管彎曲，導致凍結管開裂；由于地層復雜，凍脹率不同產生凍脹引起凍結管斷裂；凍脹過度，泄壓孔失效，凍結帷幕變形過大導致凍結管斷裂；凍結管在凍結應力作用下會產生過大蠕變，引起凍結管斷裂。凍結管斷裂后，鹽水流失到地層，會照成局部凍結壁化凍，嚴重時構成凍結失敗。

（3）凍結區(qū)域隧道收斂變形大風險原因。凍結過程中隨著低溫鹽水的循環(huán)，土體溫度下降，將產生一定的凍脹。當凍結壁交圈形成一個封閉體后，凍脹將加劇，如果不采取措施，凍脹力的作用容易引起隧道管片變形。

（4）凍結壁不均勻，凍結效果不好風險原因。由于凍結管存在氣堵等原因導致循環(huán)不暢，各部分凍結發(fā)展速度不平衡、造成局部的凍土帷幕強度不夠、凍結壁不均勻；凍結管冷凍液的串聯太多或太長，會造成端點的冷量不夠而形成局部凍結土的失效；凍結土體周圍有暗流水流過，或抽水現象，因水的流動造成凍結冷量的損失，引起凍結帷幕出現薄弱點；主體隧道內空氣流動大，溫度相對凍土較高，管片表面散熱較快，凍土帷幕與管片界面之間由于凍土強度不足造成薄弱點。由于以上原因導致凍結帷幕存在薄弱點，可能會發(fā)生流水、流泥砂現象，構成工程風險。

2.3 開挖構筑施工風險原因分析

（1）凍結帷幕收斂變形大風險原因。由于在積極凍結期間，凍結時間過長，使通道完全凍實，或卸壓孔失去作用，當通道部分開挖后應力釋放，引起凍結帷幕變形；凍結帷幕本身厚度或者強度不足，開挖引起變形；開挖過程中， 存在超挖現象嚴重， 削弱了凍結帷幕厚度；開挖中線偏離嚴重；開挖步距太長， 并未進行及時支護。以上原因導致開挖通道收斂變形大或失穩(wěn)風險。

（2）凍結帷幕透水風險原因。凍結帷幕由于存在薄弱部分，一旦發(fā)生透水，將會導致涌水噴砂現象，如處理不及時造成滲漏發(fā)展，從而影響凍結壁的穩(wěn)定性，或直接構成工程事故。

（3）拆模過早風險。聯絡通道襯砌施工時，如混凝土拆模過早，會導致混凝土襯砌產生裂縫，從而滲漏水，輕則影響下一步施工，嚴重將影響在運營階段聯絡通道和主體隧道的穩(wěn)定和安全。

（4）開挖時停止凍結較長風險。開挖期間停止凍結24小時內一般無太大問題，超過24小時，會導致凍土帷幕惡化，需采取進一步措施對開挖面進行保護，或采取其他措施保持凍土的溫度避免凍土體化凍變形。

（5）地層缺陷風險。該風險是指土層中可能存在沼氣包和水窩等地層缺陷，會導致凍土帷幕中形成空洞或冰體，造成凍土帷幕的局部缺陷，開挖時由于凍土帷幕“天窗”導致透水事故的發(fā)生，從而引起開挖施工困難，開挖時間延長，施工工序復雜。

（6）管片失穩(wěn)風險原因。由于開挖前拆除部分管片，使管片環(huán)喪失完整性，造成主體隧道開口處出現較大應力集中，導致管片的變形過大甚至失穩(wěn)。

2.4 融沉注漿施工風險原因分析

（1）凍脹原因。水結冰后體積增大 9%，凍結土體產生凍脹現象，對周圍土體產生壓力，即為凍脹力。土層凍結時會引起水分向凍結面遷移，隨著水分不斷遷移，冰的體積會不斷增加，凍脹量也會不斷增加，當然凍脹力也會不斷增加，由于凍脹力會導致地面隆起。

（2）融沉原因。凍土融沉的一個原因是凍結施工完成后，凍結土體溫度升高，凍土融化，冰融化成水，體積縮小，構成了融化沉降。另一個原因是由于凍土中低溫鹽水產生冰晶時的劈裂作用，以及凍結過程中發(fā)生的復雜物理化學過程，使土體的滲透性顯著增加，在融解過程中容易造成水分流失，故土體在重力和上覆荷載壓力的作用下要產生排水固結沉降，由于這兩個原因將導致地面及地上建筑物的沉降，導致地下管線發(fā)生斷裂。

（3）涌砂冒泥風險原因。在粉砂地層中，如聯絡通道開挖構筑完成后，各個凍結管同時停凍，并未及時割除凍結管，由于凍土的融化，將會導致割除凍結管時出現涌砂冒泥風險。

3 結論

本文分別針對地鐵聯絡通道凍結法施工過程中的凍結管施工、積極凍結、開挖構筑和融沉注漿四個階段的各種易發(fā)風險，從風險事故發(fā)生機理的角度，分析了各種風險發(fā)生的原因，為風險控制措施的制定提供了一定的工程依據，進而達到降低風險的目的，對工程的順利進行具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]張一寧.地鐵旁通道（泵站）和凍結法施工風險分析與建議[D].上海：城市道橋與防洪，2010.

[2]劉訓華.復雜地層越江隧道聯絡通道凍結施工風險分析[D].北京：現代城市軌道交通，2011.