富水砂层冷冻法施工设计分析

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【摘要】以某地铁4号线一期土建工程为例，介绍了其工程概况和地质水文条件，并对其冷冻法施工方案进行了详细的研究和分析。希望通过研究和分析，可以对我国富水砂层冷冻法施工的进一步普及和发展有一定的借鉴意义和促进作用。

【关键词】富水砂层；冷冻法；地铁施工

1工程概况

1.1工程简介。本标段为南京地铁四号线一期工程土建工程D4-TA02标，包括2个盾构区间，即：龙江站～南艺•二师•草场门站区间、南艺•二师•草场门站区间～云南路站区间。龙江站～南艺•二师•草场门站盾构区间隧道起于草场门大街与江东北路交叉口，沿草场门大街东行至草场门桥，在草场门桥南侧下穿秦淮河，并与草场门桥东侧转至北京西路，止于北京西路江苏教育学院职工宿舍北门附近，隧道两侧为商业和住宅区；龙江站～南艺•二师•草场门站盾构区间为双洞双线，左线设计起止里程CK11+234.500～CK12+544.400、右线设计起止里程CK11+234.500～CK12+583.700，左线长1304.339m、右线长1349.2m；区间分别在左CK11+752.263、左CK12+184.531位置设置1#座联络通道兼泵房、2#联络通道。本工程的联络通道所在位置的隧道管片为钢管片，龙江站~草场门站1#联络通道兼废水泵房在加固后采用矿山法施工。联络通道及泵房开挖前采用洞内水平冻结加固。1.2工程条件。1.2.1工程地质条件。龙江站~草场门站区间跨越2个地貌单元，在施工现场岩土的岩土层分布相对较为错乱复杂，加之不同程度的人类活动的影响，使其填土层厚度为1.5~6.6m，变化较大。区间包括漫滩冲积平原地貌单元，填土层以下深度为37.0～61.5m范围为全新世中晚期漫滩相沉积的饱和软土、软弱黏性土、软弱黏性土与粉土、粉细砂交互层，局部为薄层状或透镜状分布的砂土层，其下为全新世早期沉积的③4e含卵砾石粉质黏土。全线下伏基岩层面埋深变化较大：隧道穿越的河流以西埋藏较深，岩面相对平缓，最大埋深在61.8m；河流以东埋藏较浅，岩面起伏较大，最小埋深仅1.8m。场地基岩为白垩系沉积岩，岩性包括：泥岩、泥质粉砂岩、粉细砂岩以及含砾砂岩、砂砾岩，岩体完整性亦有差异，局部岩体较破碎[1]。1.2.2水文地质条件。1）潜水潜水含水层为①层人工填土和②层淤泥质粉质黏土、粉质黏土以及淤泥质粉质黏土夹粉土沉积层。含水层厚度大。潜水的补给来源主要为大气降水及管道渗漏补给，同时靠近河边区域还有河水补给，以蒸发、侧向径流和逐渐下渗方式排泄。该河流以东地段潜水稳定水位在地面以下1.5~4.0m，高程为7.01~9.54m（吴淞高程系），水位起伏和地形起伏基本一致。水位受季节性变化及某河水位影响较大，年变化幅度约为1.0m。2）承压水承压水含水层包括2层②5d粉细砂及③4e含卵砾石粉质黏土，因土层渗透性差异大具承压性。隔水顶板为渗透性弱的黏性土，隔水底板为下伏岩层。钻孔中揭露的承压水含水层主要分布于长江漫滩冲积平原地貌单元，层顶深度为32.0~60.3m，含水层厚度一般不大。因软塑~流塑粉质黏土夹粉土中，砂（粉）土比例不一致，部分地段为粉质黏土与粉土、粉细砂交互层，尤其该河底部及东岸地段砂性土比例大，为粉土、粉细砂夹粉质黏土，因此，该软塑~流塑粉质黏土夹粉土与层顶的流塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土及层底的软塑~流塑粉质黏土渗透性略有差异，具有微承压性。

2施工方案制定与实施

2.1施工方案概述。龙江站~草场门站1#联络通道兼废水泵房采用预先对联络通道的周边土体进行冷冻法加固，然后拆除联络通道洞门钢管片，采用矿山法开挖联络通道。联络通道采用人工开挖，保证掌子面稳定，开始施工后，及时进行初期支护和临时支护工作，尽早对断面进行封闭。进行联络通道施工时，要遵循短进尺、强支护、尽早封闭成环的原则，同时在施工过程中，需要对洞内的各项变化进行实时监督和测量，具体需要注意以下方面：（1）在钻孔施工期间，必须保证孔口密封装置的有效性，加强对孔口管的固定，至少固定4个点，使孔口管与隧道管片连接在一起；（2）在开孔钻进前，要确保孔口密封和防喷装置已安装完毕；（3）透孔施工；（4）穿透孔穿透面的密封；（5）使用密封装置和盘根将孔口管、冻结管进行密封处理；（6）对钻进水压和进出水量进行严格的控制；（8）施工冻结孔时，土体流失量不得大于冻结孔体积，否则要进行注浆处理；（9）使用大功率钻机进行施工，避免泥浆钻进问题的出现；如若出现泥水流失，需要补浆充填；（10）加强冻结期的温度监测和保温，确保冻结效果。（11）开挖期间组织劳动力，迅速施工，确保冻结帷幕暴露时间最短；（12）细化各种应急预案，并在现场配备足够的抢险应急物资，各种抢险设备保证完好，并设专人管理。2.2冻结加工处理。2.2.1冻结帷幕厚度在本方案中，冻结帷幕的设计厚度为1.8m，平均温度低于-10℃，其中冻土的相关参数为：单轴抗压高于3.6MPa，弯折抗拉高于2MPa，抗剪高于1.5MPa；其中，特别需要注意的是其和管片胶各处的帷幕温度要保持在-5℃左右。一般来说，我国冻结帷幕厚度计算公式为：E=α0.56pσσσ+1.33pσσσσσ2式中，E为冻结壁厚度；σ为冻土的容许应力；α为冻土极限抗压强度；p为永久地压。2.2.2冻结孔、测温孔、泄压孔布置冻结孔、测温孔与泄压孔的布置应注意以下要点：（1）冻结孔布置。使用上行和下行隧道两侧布孔的方式进行处理，预计布控总数为67个,冻结长度总数为572.323m；在整个通道的中间部位布置4个穿透孔；在与冻结站相对的隧道上方沿冻结壁方向设置5排冷冻排管。（2）测温孔布置。在联络通道中设置8个测控，用于对冻结帷幕中不同部分温度的监督和把控，为施工安全提供一定的保障。（3）卸压孔布置。沿冻结帷幕密封部分的上行线和下行线设置4个卸压孔。2.2.3其他设置及参数其他设置及参数如表1所示。

3结语

我国地域辽阔，国土面积广大，因此，地质条件和水文条件也相对较为复杂。随着我国社会的不断进步和城市化进程的不断开展，我国在施工方面遇到了一大难题，即富水砂层地区的施工。本文主要研究和分析了在富水砂层地区施工的主流方法之一，冷冻法施工，希望通过本文的研究和分析可以对我国相关方面的施工起到一定的促进作用。

【参考文献】

【1】于辉.黄土地区全断面砂层地铁联络通道冻结法施工技术[J].建筑安全,2018(5):37-40.

作者:黄冉 单位:中铁十一局集团城市轨道工程有限公司