冷凍法聯(lián)絡(luò)通道地面注漿改良地層施工技術(shù)

趙王飛

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司，福建 福州 350014）

1 工程概況

1.1 工程概述

福州地鐵6號(hào)線梁厝站~下洋站盾構(gòu)區(qū)間上行線長(zhǎng)675.845m（SK7+738.622~SK7+062.777），下行線長(zhǎng)676.330m（XK7+738.622~XK7+062.574），襯砌采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片內(nèi)徑5500mm，管片外徑6200mm，管片厚度350mm，管片寬度1200mm。

區(qū)間設(shè)1座聯(lián)絡(luò)通道，聯(lián)絡(luò)通道上行線（下行線）隧道里程為SK7+260.000（ XK7+260.282），兩隧道中心間距15.000m，上行線/下行線隧道中心標(biāo)高-7.187m/-7.190m，聯(lián)絡(luò)通道所處位置地面標(biāo)高上、下行線約為5.77m/+5.83m，通道上部覆土厚度約為13m。設(shè)計(jì)采用水平凍結(jié)法加固地層，礦山暗挖法施工。該工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)，見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

表1 聯(lián)絡(luò)通道參數(shù)表

1.2 工程地質(zhì)情況

聯(lián)絡(luò)通道處土層自上而下依次為2-4-1淤泥、2-4-6（含泥）中細(xì)砂層。

1.3 水文地質(zhì)情況

根據(jù)場(chǎng)地巖性特征、含水層分布特征和賦存條件，地下水類型劃分為上層滯水及松散巖孔隙承壓水、風(fēng)化巖層的孔隙裂隙承壓水三大類。

根據(jù)場(chǎng)地鉆孔資料，松散巖孔隙承壓水主要賦存于2-4-6（含泥）中細(xì)砂層中，其透水性能與顆粒的形狀、大小、顆粒級(jí)配及黏粒含量等密切關(guān)系，水量豐富，透水性中等~強(qiáng)，具承壓性，與各相鄰含水層及烏龍江水存在相互補(bǔ)給關(guān)系，承壓水含水層分布不均勻，不連續(xù)，部分地段與下部風(fēng)化巖層的孔隙裂隙承壓水相通。

1.4 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)

冷凍法聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕設(shè)計(jì)厚度：喇叭口處1.4m，通道段1.7m。開(kāi)挖區(qū)外圍凍結(jié)孔布置圈上凍結(jié)壁與隧道管片交接面處平均溫度不高于-5℃，其他部位設(shè)計(jì)凍結(jié)壁平均溫度為-10℃。

聯(lián)絡(luò)通道積極凍結(jié)時(shí)間設(shè)計(jì)時(shí)間為40天（暫定積極凍結(jié)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際凍結(jié)效果進(jìn)行調(diào)整）。要求凍結(jié)孔單孔流量不小于5m3/h；積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至-18℃以下；積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至-24℃以下，去、回路鹽水溫差不大于2℃；開(kāi)挖時(shí)鹽水溫度降至-28℃以下[1]。

2 凍結(jié)孔施工

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔數(shù)72個(gè)（冷凍站側(cè)隧道內(nèi)布置46個(gè)凍結(jié)孔，冷凍站對(duì)側(cè)布置26個(gè)凍結(jié)孔）。測(cè)溫孔12個(gè)，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3個(gè)，冷凍站對(duì)側(cè)隧道布置9個(gè)，C5、C6、C7深度為2.6m，C10、C11、C12深度為7m，其余測(cè)溫孔深度為2m；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4.5m。

凍結(jié)孔打壓試驗(yàn)：所有凍結(jié)孔都經(jīng)過(guò)打壓測(cè)試，打壓壓力均達(dá)到0.8MPa以上， 并且30min內(nèi)壓力無(wú)變化。從各孔的打壓數(shù)據(jù)看，各凍結(jié)孔壓力試驗(yàn)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，全部合格。

3 凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)情況

冷凍站于2020年6月15號(hào)正式開(kāi)始凍結(jié)，至2020年6月19日凍結(jié)第5天，鹽水溫度降至-18.0℃；至6月22日凍結(jié)第8天，鹽水溫度- 24℃；至8月10日積極凍結(jié)57天時(shí)鹽水去路溫度已降至-32℃、回路溫度已降至-30.4℃，去回路溫差在1.6℃（設(shè)計(jì)要求積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至-18℃以下；積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至-24℃以下；開(kāi)挖時(shí)鹽水溫度降至-28℃以下，去、回路鹽水溫差不大于2℃）。從鹽水去、回路溫度以及溫差來(lái)看，鹽水溫度下降趨勢(shì)符合設(shè)計(jì)要求，但是去回路溫差仍偏高，如圖1所示。

圖1 鹽水去回路溫度~時(shí)間變化曲線

4 測(cè)溫孔降溫情況

C1孔位于右線隧道內(nèi)凍結(jié)孔布置圈徑的內(nèi)側(cè)，距最近凍結(jié)孔距離為800mm，孔深1.98m，共設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)溫度均降到-19.5℃以下。C2孔位于右線隧道內(nèi)凍結(jié)孔布置圈徑的外側(cè)，距最近凍結(jié)孔距離為550mm，孔深2.0m，共設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)均在-12.8℃以下。C6孔位于左線隧道內(nèi)凍結(jié)孔布置圈徑的內(nèi)側(cè)，距最近凍結(jié)孔距離為810mm，孔深2.53m，共設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)溫度降到-14.2℃以下。C8孔位于左線隧道內(nèi)凍結(jié)孔布置圈徑的外側(cè)，距最近凍結(jié)孔距離為510mm，孔深2.0m，共設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。目前各測(cè)點(diǎn)溫度降到-18.9℃以下。

5 采用地面注漿改良地層的原因分析

根據(jù)各測(cè)溫孔溫度變化曲線分析，位于凍結(jié)孔布置圈徑外側(cè)的C3溫度下降最慢且其中C3-2和C3-3兩個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度變化異常，C3-2比C3-測(cè)點(diǎn)溫度下降慢，比C3-1測(cè)點(diǎn)下降更慢。同時(shí)，偏向梁厝站方向C3、C4、C9、C12這4個(gè)測(cè)溫孔在凍結(jié)期間，降溫均比在相似位置偏向下洋方向的C2、C5、C8這3個(gè)測(cè)溫孔各測(cè)點(diǎn)降溫幅度要??；但梁厝站方向C4、C9、C12這3個(gè)測(cè)溫孔內(nèi)各測(cè)點(diǎn)降溫幅度基本一致，偏向下洋方向的C2、C5、C8這3個(gè)測(cè)溫孔各測(cè)點(diǎn)降溫測(cè)溫孔內(nèi)的各測(cè)點(diǎn)降溫幅度基本一致。

根據(jù)各測(cè)溫孔溫度分析，聯(lián)絡(luò)通道偏向梁厝站方向受烏龍江地下動(dòng)水[2]影響比較明顯，其中偏向右線隧道側(cè)影響最嚴(yán)重，聯(lián)絡(luò)通道在凍結(jié)35d后（7月19日），C10測(cè)溫孔溫度還在正2.3℃左右，如圖2所示，測(cè)溫孔內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度降溫減緩，設(shè)計(jì)要求-24℃以下，泄壓孔壓力未見(jiàn)明顯增長(zhǎng)，X1泄壓孔在0.08MPa左右波動(dòng)，經(jīng)驗(yàn)要求為0.3MPa左右，如圖3所示。

圖2 C10測(cè)溫孔溫度-時(shí)間變化曲線

圖3 X1泄壓孔壓力~時(shí)間變化曲線

為了減小地層滲透系數(shù)，降低地下水流速，同時(shí)增加聯(lián)絡(luò)通道四周土體強(qiáng)度，須在聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工區(qū)域四周注雙液漿以改良地層，確保聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工安全順利進(jìn)行，保證聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖和構(gòu)筑施工的安全[3]。

6 施工方法

6.1 注漿孔布置

鉆孔分為深孔及淺孔，如圖4所示，深孔為聯(lián)絡(luò)通道垂直于盾構(gòu)推進(jìn)方向中軸線兩側(cè)5.6m外，為保證隔水效果，孔距設(shè)為1m，每側(cè)設(shè)置兩排，按梅花樁布置。

圖4 注漿孔布置平面圖

6.2 測(cè)量放樣、鉆機(jī)就位

在施工前，在地面放出上、下行線隧道及聯(lián)絡(luò)通道的具體位置，通過(guò)上、下行線隧道和聯(lián)絡(luò)通道的位置，在地面把計(jì)劃注漿孔孔位標(biāo)注出來(lái)，樁位允許偏差小于20mm，孔距偏差小于100mm，鉆桿角度與設(shè)計(jì)偏差不應(yīng)大于1%。

6.3 注漿參數(shù)

冷凍法聯(lián)絡(luò)通道地面注漿采用的漿液類型為雙液漿，水泥漿︰水玻璃=1︰1，注漿壓力初壓控制范圍為0.5MPa~0.8MPa，穩(wěn)壓1MPa~1.5MPa，一旦達(dá)到注漿控制壓力，抽提注漿管，每次提升高度20cm。注漿實(shí)行跳孔注漿，待單排注漿完成后再注第二排。

6.4 鉆孔

采用TXU-75A型鉆機(jī)（雙管單動(dòng)回轉(zhuǎn)）鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。

6.5 提升注漿與沖洗管路

嚴(yán)格控制鉆桿提升幅度，每步不大于20cm，注意鉆機(jī)參數(shù)變化，當(dāng)提升到隧道頂2m時(shí)進(jìn)行封孔，由于注漿采用雙液漿，因此無(wú)須專門封孔，只需使?jié){液充分滲流入土層即可。

6.6 移位注下一個(gè)孔

鉆機(jī)移到下一孔位，重復(fù)上述流程。

6.7 封孔

完成注漿后，觀察凍結(jié)效果，如效果明顯，則可進(jìn)行封孔，如各邊位置凍結(jié)效果不佳，可重復(fù)鉆孔注漿，直至凍結(jié)效果明顯，方可結(jié)束注漿，進(jìn)行封孔。封孔采用微膨脹水泥砂漿。

6.8 加固效果檢測(cè)

在加固區(qū)取1孔（取芯深度同注漿深度），對(duì)比芯樣與勘察報(bào)告中原狀土巖性，以不低于原狀土巖性指標(biāo)為準(zhǔn)且大于原狀土標(biāo)貫擊數(shù)。

6.9 施工監(jiān)測(cè)

6.9.1 施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

聯(lián)絡(luò)通道地面注漿改良地層施工監(jiān)測(cè)主要包括地表沉降、拱底沉降隆起、隧道凈空收斂[4]。

6.9.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況如下：1）地面沉降測(cè)點(diǎn)沿加固區(qū)四周布設(shè)于隧道軸線上，間距為11.2m，共布設(shè)4個(gè)，左右線各2個(gè)。2）拱底沉降隆起沿隧道軸線布設(shè)于隧底，每5環(huán)布設(shè)1個(gè)，共布設(shè)6個(gè)，左右線各3個(gè)，中間測(cè)點(diǎn)布設(shè)于聯(lián)絡(luò)通道中心位置。3）隧道凈空收斂沿隧道布設(shè)于管片側(cè)面，每5環(huán)布設(shè)1個(gè)，共布設(shè)6個(gè)，左右線各3個(gè)，中間測(cè)點(diǎn)布設(shè)于聯(lián)絡(luò)通道中心位置。

6.9.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

注漿完成后，測(cè)取施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

7 地面注漿后凍結(jié)效果

地面注漿后凍結(jié)效果：1）注漿期間，凍結(jié)帷幕外側(cè)的測(cè)溫孔溫度均有小幅回升，說(shuō)明漿液擴(kuò)散范圍較廣。但注漿暫停期間，各測(cè)溫孔溫度下降較顯著，說(shuō)明注漿改良地層施工對(duì)減小地下水流速起到了很好的效果。2）第5個(gè)注漿孔注漿期間，凍脹力大幅下降，說(shuō)明該區(qū)域原來(lái)受動(dòng)水影響較嚴(yán)重。3）注漿后凍脹力很快恢復(fù)，凍結(jié)注漿后對(duì)減小地下水流速起到了很好的作用。4）2020年8月28日注漿完成，共施工注漿孔55個(gè)，注漿806m3。8月31日，X1泄壓孔壓力增長(zhǎng)至0.32MPa，C10測(cè)溫孔溫度-5.5℃左右。

8 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)梁厝站~下洋站區(qū)間凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道施工的實(shí)踐證明，采用地面注漿改良地層完全可行，梁厝站~下洋站區(qū)間凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道順行的進(jìn)行了凍結(jié)開(kāi)挖構(gòu)筑，此法可隔離降低地下動(dòng)水流速，從而使凍結(jié)溫度迅速降低，施工簡(jiǎn)便，成本不高，能確保冷凍工期。