泵站冷冻法加固施工冻结方案分析

[摘要]本文通过对天山路站~长风公园站区间联络通道及泵站冷冻法加固施工补充冻结方案分析，确定该方案能否在保证工期及安全情况下具有可行性。

[关键词]联络通道及泵站；补充冻结方案；可行性

1工程特征

天山路站~长风公园站区间共计2个联络通道，1#联络通道及泵站，2#联络通道，均采用冷冻法加固地层。2019年11月7日，2#联络通道由下行线预留洞门向里开挖过程中，暴露出D8冻结孔（透孔）。复核数据发现，计算放线数据时出现错误，使得1#联络通道及泵站、2#联络通道轴线与设计值有偏差，部分冻结壁厚度不满足开挖安全性要求。为补强冻结壁加固体，保证安全开挖，特制定本方案，并严格执行。

2工程地质

根据本工程地质勘查资料，拟建1#联络通道及泵站所在地层自上而下依次为：1-1粘土，1-2粉质粘土、2粘质粉土与粉质粘土粉互层；2#联络通道所处土层自上而下依次为：1淤泥质粘土、1-1粘土，1-2粉质粘土。

3施工现状

1#联络通道及泵站于2019年9月25日开始积极冻结，至11月17日，冻结54天，目前，1#联络通道及泵站未开挖；2#联络通道于2019年9月15日开始积极冻结，至11月17日，冻结64天，2#联络通道于2019年11月7日开始开挖。

4发现问题

2#联络通道于2019年11月7日开始开挖，11月11日，2#联络通道开挖进尺至4.97m时，开挖断面右帮发现有冻结孔暴露，经检查确认暴露的冻结孔为D8冻结孔（透孔）。经复核钻孔数据发现，下行线施工冻结孔的水平角与设计相比有偏差，实际施工冻结孔水平投影、实际开挖边界如图3所示；同时复核1#联络通道及泵站数据，下行线施工冻结孔的水平角与设计比较也有偏差，部分冻结孔侵入开挖区域，实际施工冻结孔水平投影如图4所示。

5补孔方案

2#联络通道补孔方案。下行线左侧补孔8个（冻结孔DB1~DB6，测温孔CB1、CB2）；上行线左侧补孔8个（冻结孔DB7~DB13，测温孔CB3），原有测温孔C1和C18作为冻结孔。原实际开挖轴线与设计轴线有偏离，下行线右侧有效冻结壁将越来越薄，须调整通道开挖轴线。下行线左侧冻结孔进入待开挖区域，轴线调整为两段折线，折线段长分别为8442mm、8511mm，折线夹角176.6°。1#联络通道及泵站补孔方案。下行线左侧补孔11个（冻结孔DB13~DB22，测温孔CB3）；下行线右侧补孔14个（冻结孔DB1~DB12，测温孔CB1、CB2）。

6补孔冻结施工方案

6.1冻结孔开孔。所有补孔冻结孔均布置在混凝土管片上。先在混凝土管片上预定孔位，使用水钻配Φ120钻头钻进250mm的钻孔，打入缠上麻丝的孔口管，孔口管长度450m，打入深度为250mm，孔口管上布设DN25对丝及注浆旁通球阀；在孔口管附近均匀布置不少于4根M12、钻孔深度140mm、有效埋深120mm的膨胀螺栓，膨胀螺栓与孔口管应采用内径91mm、外径291mm、环宽100mm、厚度6mm的环形钢板进行焊接固定，焊缝高度6mm；孔口管安装固定完成后，执行二次开孔及冻结管钻进成孔。6.2冻结孔钻进。严格安装孔口密封压紧装置，钻孔时若出现泥土流失，待钻孔完毕后，及时对地层进行充填补浆；根据设计方位推算补孔在钻进时可能碰到对侧的原有冻结孔，钻进过程中，若碰到则关闭该孔所在分组进、回水阀门，钻进至可能碰到的进尺，降低推进速度，防止扰动对侧冻结孔，若与对侧冻结孔相碰，则停止钻孔；每节冻结管加尺前，已打进冻结管向外拔10cm，循环5分钟清水，再安装下一节冻结管，冻结管钻进至设计深度，对于下俯孔，立即伸入气管用压缩空气吹出孔内积水，迅速上好孔底丝堵，焊接冻结管接头时，间断焊接，缓慢转动冻结管；成孔后，通过孔口管旁通阀进行注浆封孔，浆液凝固后，拆除孔口密封装置，口管与冻结管间焊接厚度6mm、内径91mm、外径151mm、环宽30mm的环形钢板，焊缝高度6mm。6.3冻结器安装。在冻结管内下入供液管，供液管底端连接不小于0.15m长的支架，每节供液钢管采取直接对焊连接；安装去、回路羊角和冻结管端盖。6.4需冷量计算。1#联络通道及泵站：上行线原有冻结孔574.18m，无需补孔，需冷量5.4万Kcal/h。下行线原有冻结孔593.12m，增加供冷冻结管长度共计112.6m，共计705.72m，需冷量6.63万Kcal/h；2#联络通道：上行线原有冻结孔397.88m，增加供冷冻结管长度共计57.3m，共计455.18m，需冷量4.28万Kcal/h。下行线原有冻结孔437.44m，增加供冷冻结管长度共计49.8m，共计487.24m，需冷量4.58万Kcal/h。6.5供液管路连接。利用上、下行线联络通道冻结工作面集配液圈盐水立柱备用供液预留口对补孔进行分组供液。1#联络通道及泵站补孔冻结孔分2组供液，2#联络通道上行线补孔冻结孔分2组供液，下行线补孔冻结孔分2组供液。循环后，应监测所有冻结孔分组流量，流量须满足5~8m3，分组回水管路安装测温探头，读取分组回路盐水温度。

7开挖与构筑

1#联络通道及泵站开挖与构筑施工仍按原来施组执行；2#联络通道开挖工序中，通道防水、通道钢筋绑扎、结构浇筑及后续工序亦按施组执行。本方案针对1#联络通道及泵站、2#联络通道土方开挖和临时支护方式有所调整。

8开挖及临时支护

（1）2#联络通道导洞开挖。冻结效果及开挖准备情况达到开挖条件后，由积极冻结转入开挖工序。按原开挖轴线，2#联络通道进尺已有4.97m，轴线调整后，掌子面左侧已临近下行线左侧冻结孔。因此，从现有掌子面处即采用导洞开挖方式通过前方冻结孔侵入区域，导洞长度3m，宽度2.5m，高度3.314m。导洞支架右侧腿长与通道初期支护型钢支架腿长相同。（2）1#联络通道及泵站开挖及临时支护。1#联络通道及泵站正式开挖前，先开挖导洞，导洞断面为宽2.5m，高2.2m，进尺3m，每开挖0.5m，支设1榀门式临时支架，支架背后背实木板，相邻支架间焊接Φ12@500纵向连接筋。导洞开挖完成后，后续开挖及初支、防水、钢筋绑扎、浇筑混凝土按照施组执行。（3）导洞截止线至对侧喇叭口。导洞开挖及临时支护完成后，向前掘进转为全断面开挖，分为两段进行，第一段为导洞截止线至对侧喇叭口起始位置，第二段为对侧喇叭口。第一段，导洞截止线至对侧喇叭口起始位置全断面开挖，刷出左侧冻结孔时，先处理冻结孔，侵入待扩区域的冻结孔，扩到1根处理1根。处理方法，根据待处理的冻结孔编号，查询所在分组，关闭该分组进、回水阀门；将冻结孔去、回路羊角连接胶管，用夹板夹紧，解除胶管，割除供液管与冻结管端盖；迅速沿暴露出的冻结孔割除点割除，沿割除点切除供液管，割除作业时，在割除点下方用容器接住泄露盐水；焊接端部圆形钢板封口，焊接质量可靠；将供液管向外拔出150mm，重新焊接供液管与冻结管端盖，接好供液、回液胶管，松开夹板，恢复供液冷冻。割除点做好保温及防碰撞保护，再向前掘进；首次开挖进尺为1.2m，便于现场钢支架支设，其余开挖进尺严格控制在0.5m内，钢支架支设间距正常段471mm，正常段与喇叭口过渡段400mm，喇叭口段383mm，并且钢架后木背板背齐，背板与冻土之间要密实；工字钢支架安装在掌子面开挖完成后立即进行。安设钢架前进行断面尺寸检查，及时处理欠挖部分。各节支架以螺栓连接牢固，每榀钢架间沿环向间隔500mm布设Ф12纵向拉杆，构成纵向连接体系，纵向钢筋应与每榀拱架焊接牢固。侧边钢架与钢管片焊接牢固，确保支架连接稳定、牢靠后方可进行喷射混凝土施工。工字钢支架安装全部完成后，然后挂设Ф4@150mm的钢筋网。钢筋网与钢架焊接牢固，封闭成环；在钢架上焊接若干短钢筋作为控制混凝土厚度的定位筋。喷射混凝土强度等级为C25，喷浆层厚度220mm；第一段喷射混凝土完成后，进行第二段即对侧喇叭口开挖及初支；对侧喇叭口及下行线回扩喇叭口开挖及初支按照施组施工方法进行。（3）回扩导洞。回扩导洞至设计断面，进行第2次割除冻结管施工。

9结束语

通过对该方案的进一步分析，调整了方案中的不合理之处，确保该方案在保证工期及安全的前提下具备可操作性。

参考文献

[1]《地下工程防水技术规范》编写组.中国计划出版社.2009.[2]《煤矿井巷工程施工规范》编写组.人民出版社.2011.

[3]《地下防水工程质量验收规范》编写组.中国建筑工业出版社.2011.

作者:杨吕学 单位:中交第三航务工程局有限公司宁波分公司