地铁联络通道冻结管施工质量控制

杨永豪

(中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司,江苏无锡 214100)

1 工程介绍

1.1 工程概况

无锡地铁3号线一期工程土建工程06标段包含两个地下车站 (永乐东路站、 金海里站)、三个盾构区间(靖海公园站—永乐东路站区间、永乐东路站—金海里站区间、金海里站—太湖花园站区间)。其中金海里站—太湖花园站区间隧道设1座联络通道，与泵房合建，线间距13.574 m。对应地面标高为3.68 m左右，联络通道处隧道中心标高-13.596 m，联络通道处隧道中心埋深17.276 m。永乐东路站—金海里站区间隧道设1座联络通道，与泵房合建，线间距12.570 m，对应地面标高为2.8 m左右，联络通道处隧道中心标高-14.737 m，联络通道处隧道中心埋深17.537 m。联络通道均采用冻结法加固土体，矿山法施工。

冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在通道四周，每个联络通道共布设71个冻结孔(含4个透孔)。其中隧道内冻结站一侧冻结孔数52个，对侧隧道内19个。设计测温孔10个(其中冻结站一侧3个，另一侧7个)，卸压孔4个。

1.2 地质水文情况

联络通道上部覆土为④/2层黏质粉土夹粉砂、⑤/1层粉质黏土、⑥/1层黏土，所处地层为④/2层黏质粉土夹粉砂、⑤/1层粉质黏土、⑥/1层黏土。地下水根据其埋藏条件，沿线地下水类型为松散岩类空隙水，包括潜水(二)、微承压水(三)1及第Ⅰ承压水(三)2。潜水(二)赋存于①/1杂填土，潜水稳定水位埋深在地面下1.17～1.92 m之间，稳定水位标高在1.56～1.92 m左右。微承压水(三)1含水层赋存于④/1黏质粉土、④/2黏质粉土夹粉砂中，稳定水位埋深在1.64～1.69 m左右，标高1.64～1.65 m，受周边环境影响，水位起伏较明显。第Ⅰ承压水(三)2主要赋存于深部的砂性土层中(⑥/3黏质粉土、⑦/2黏质粉土夹粉质黏土)，赋水性中等，具有相对较好的封闭条件。水位埋深6.81 m，水位标高为-3.47 m，水位受周边环境影响较大。

因为联络通道上部为④/2层黏质粉土夹粉砂层和⑤/1层粉质黏土层，含水量较高，渗透系数大，自稳能力差[1]，冻结管施工时易发生坍塌或涌水涌砂现象，施工风险高。冻结管施工质量的好坏，决定了后期冻结效果能否保证开挖面的稳定，能否确保开挖顺利进行。因此，冻结管施工质量的控制显得尤为重要。结合现场施工情况，总结了以下控制要点。

2 冻结孔施工优化

原冻结管设计时，未考虑钢管片结构形式和拼装方式，导致一些冻结管孔位坐落在管片拼缝处，如按原设计点位放样施工，将破坏管片与管片拼缝处的止水条，极大可能造成管片渗漏水。因隧道上部地层主要为粉砂层，打钻过程发生涌水涌砂或地面坍塌的概率较高。因此，合理调整冻结管位置[2]和冻结管角度，适当避开管片拼缝处的止水条，能有效减少施工渗漏水风险。针对此问题，采取以下措施进行控制。

2.1 冻结管位置优化

受管片拼装方式的影响，冻结管的设计不能完全考虑普通管片手孔位置和管片拼缝位置对冻结管的影响。原冻结管位置设计图如图1、图2所示。

图1 左线冻结孔开孔位置

图2 右线冻结孔开孔位置

手孔的位置有管片螺栓，管片与管片之间靠通过从手孔位置穿入的管片螺杆连接，因此，如冻结管与手孔位置重合或有交叉，冻结管施工时，将对管片连接效果造成影响。此外，管片与管片拼缝处均设置有遇水膨胀止水条，管片拼缝的防水也主要靠止水条，如冻结管位置与管片拼缝交叉，施工时将极大概率破坏止水条，进而影响管片止水效果。因此，必须对原冻结管的位置进行适当调整，尽量避开管片手孔和管片拼缝，减少冻结管施工对管片的影响。

结合现场实际情况，可以将普通管片手孔和管片拼缝以及钢管片肋板及拼装拼缝反映到冻结管设计图纸中，采用CAD等软件，统计出与管片手孔和管片拼缝有冲突的冻结管，如图3、图4所示，再进行适当调整。

图3 左线需调整的冻结孔位置

图4 右线需调整的冻结孔位置

经统计，该联通通道管片手孔和管片拼缝处的冻结管一共有15根需作适当调整。冻结管位置调整应充分考虑冻结壁厚度，保证后期交圈效果，且冻结管位置调整应配合设计角度的调整，才能起到良好的效果。

2.2 冻结管施工角度优化

冻结管位置调整后，相应的冻结管倾角也应适当调整，以保证施工时不碰触管片止水条(图5)。

图5 冻结管角度示意

如图5所示，D32和D33冻结管倾斜角度为-19 °，管片厚度为350 mm，受管片结构影响，冻结管与管片外弧面的距离实际比冻结管与管片内弧面的距离要小，因冻结管直径为φ89 mm，管径较大，如果冻结管D32和D33施工角度不作调整，施工时冻结管外壁容易破坏管片止水条，影响管片止水效果。为降低此影响，可将该冻结管位置适当下移，保证冻结管施工完成后，冻结管的管底位置不变，将倾角由设计的-19 °调整为-18 °，调整后冻结管如图6所示。

图6 冻结管角度调整后示意

这样既能保证冻结交圈效果，又能降低冻结管施工对管片的影响。根据以上调整原则，对需要调整的15根冻结管进行优化，优化后的冻结管位置如图7、图8所示。

图7 左线调整后的冻结孔位置

图8 右线调整后的冻结孔位置

冻结管定位角和倾角前后对统计情况如表1所示。

通过以上调整，实际施工时，有效避免了对管片自身防水的破坏，联络通道施工完成后，管片渗漏水情况良好，无管片缝渗漏水和手孔渗漏水现象，取得了良好的效果。

3 测量放线的控制

受施工误差影响，盾构隧道推进完成后，左右线联络通道的实际位置与设计位置相比会有一定偏差，且左右线的钢管片位置较大概率不在同一里程。因此联络通道轴线也不太可能与区间隧道相互垂直。联络通道轴线不能按照原设计轴线测量放样，必须结合现场实际情况确定。

受隧道管片上浮的影响，隧道的设计轴线标高与成型隧道管片中心标高也不会相同。但联通通道标高控制不能按照管片中心标高进行控制，必须按照设计标高控制。

联络通道施工，标高及轴线控制点可根据以下原则进行控制。首先根据设计轴线及标高，确定联络通道标高控制高度。控制标高确定后，再根据左右线钢管片开口侧的管片拼缝的位置，如图9所示的B点和C点，再根据B点和C点，计

表1 冻结管定位角和倾角前后对统计

图9 联络通道轴线控制示意

算出联络通道的实际轴线，根据实际轴线，确定出A点和D点的位置，现场放出A点和D点，作为冻结管施工的轴线控制点和后期联络通道开挖的标高基准点。

4 施工过程控制

4.1 钻机定位控制

钻机定位及固定，直接影响到冻结管施工角度和质量。如果钻机定位角度不对，或者固定不牢固，轻则造成冻结管偏位，重则造成冻结管断裂。结合现场情况，钻机平台采用钢管架搭设，钻机采用四个5 t手拉葫芦固定，钻机倾角利用前后各两个手拉葫芦的链条长短控制。因钻进时钻杆受反作用力的影响，钻机会产生晃动，可加焊钢管斜撑加以固定，避免钻进时移位造成冻结管偏移，影响冻结施工精度[3]。

表2 冻结管偏钻统计

由以上可知，冻结管倾角为正时，终孔位置垂直偏移量较大，冻结管长度越长，终孔位置垂直偏移量越大。因此，在钻机定位时，可将倾角为正的冻结管，适当增加0.5～1 °的倾角角度，可抵消冻结管偏钻产生的影响，保证冻结管位置。

4.2 钻孔施工时漏水、漏砂的控制

4.2.1 开孔

冻结孔开孔分一开、二开来控制泥浆涌出。管片厚350 mm，一开的深度达到250 mm时停止取芯钻进，安装孔口管[5]。孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，然后涂抹密封胶或快硬水泥，将孔口管砸进去，四周设置膨胀螺栓，和孔口管之间用等直径钢筋焊接，然后装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用开孔器从闸阀内二次开孔，一直将混凝土管片开穿，出现涌砂现象及时关闭闸门。闸阀后侧安装压紧装置，采用螺栓与闸阀连接。在钻孔孔口管上的预留注浆口，间隔式注浆[6]，以单液浆为主。孔口密封装置见图10。

图10 孔口密封装置示意

4.2.2 钻进

采用由上而下的顺序进行施工，防止下层冻结管施工引起的上部地层扰动[7]。冻结管钻进采用跟管法钻进技术。将钻头装入压紧装置内，压紧装置与冻结管之间缝隙采用盘根填充，起到隔水的目的。为防止钻孔时泥水从冻结管内涌出，在冻结管前段设置钻头，内部安装单向阀，单向阀如图11所示。单向阀装入冻结管内，拼缝处焊接密实、牢固。冻结管施工完成后，采用丝堵封闭好孔底部，丝堵形式见图12，丝堵与单向阀连接效果图如图13所示。

图11 单向阀

图12 单向阀丝堵

图13 单向阀与丝堵连接效果

首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开孔口管上的小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量，冻结管施工完成后，并从孔口管下方小阀门处注浆[8]，补偿钻孔过程中泥土流失，保证地面安全，不出现沉降。

4.2.3 钻孔注意事项及相关措施

首先将新发现的软件缺陷录入到系统中，然后利用该系统对软件缺陷进行统计分析，一方面可以利用建立的缺陷统计模型和缺陷分析模型对软件缺陷进行分析统计，如软件问题按严重性等级统计等。同时，也可以利用基于ODC的分析统计模型对软件缺陷进行分析统计，如软件问题按缺陷目标统计、按缺陷影响统计等。

(1)发生冻结管渗漏或断裂时，停止作业(必须正常运转的设备和系统除外)，采取下放套管、关闭孔口阀、压紧孔口装置、实施注浆的措施。

(2)打设冻结孔时有钻孔突水、涌砂的可能。可采取以下措施处理：①加大钻具推力，强行顶入套管。②利用原钻具系统注浆，浆液选用水泥、水玻璃或丙烯酸盐类浆液。③必要时压紧孔口管密封装置，封闭该孔。

(3)钻进过程中严格监测冻结孔倾斜情况，发现偏斜要及时纠偏[9]。

(4)下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后再用经纬仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。

(5)冻结管安装完毕后，用堵漏材料密封冻结管与管片之间的间隙[10]。

4.3 冻结管连接质量控制

冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度[8]，冻结管到达设计深度后密封头部。

本工程冻结管施工完成，通过对完工的冻结管进行打压试验，发现共计7个冻结管打压试验不合格。对打压不合格情况进行了认真梳理，对可能导致打压不合格的项目进行调查、分类，并进行统计分析，通过分析影响冻结管连接质量的因素，归纳起来有人、材、机、环、法五个方面。

(1)焊工技术能力不足，焊接质量不能保证。

(2)施工环境较差，空气湿度高，焊条受潮。

(3)焊接后急于钻进，冻结管焊缝遇水后产生残余应力，焊缝变脆，钻进时产生裂纹，在焊接头薄弱处拉裂[11]。

(4)冻结管质量不满足要求。

(5)冻结管堵头安装不紧或安装不到位，堵头密封圈未安装或安装时损坏。

(6)压力表故障或安装不到位，接头处密封不严。

经过逐一排查，得出主要原因为压力表故障或安装不到位，接头处密封不严造成不合格的共计5个，占不合格数的71.4 %。冻结管堵头安装不紧或安装不到位，堵头密封圈未安装或安装时损坏的原因造成不合格的共计1个，占14.3 %。焊接后急于钻进，冻结管焊缝遇水后产生残余应力，焊缝变脆，钻进时产生裂纹的原因造成不合格的共计1个，占14.3 %。

其中，虽然压力表故障或安装不到位，接头处密封不严的原因比例较高，但不能反映冻结管施工本身的质量情况，只需重新更换压力表或重新安装到位后即可重新进行检查。而后两种原因则会对冻结管质量起到关键影响。能够反映出冻结管质量不满足要求，有渗漏水。经反复打压确认冻结管施工质量不合格后，可通过在原冻结管周边补孔，或者在冻结管里面安装套管的方法弥补。但在周边补孔，会增加施工成本，补孔位置不合适，也会影响冻结壁交圈，影响冻结效果。如安装套管，会影响后期冷量传递，使该冻结管冻土发展速度降低。

针对以上问题，在另一个联络通道冻结管施工中，采用优质的冻结管，选择熟练的焊接工进行冻结管焊接，施焊前，清理干净管端污物，如水、泥土、油污等[12]。冻结管焊接完成后，敲掉表面焊渣，逐圈检查焊缝质量，发现焊接缺陷及时补焊，冻结管焊接完成后，进行焊缝层间锤击，降低焊接应力。并静置一段时间后再继续钻进，另一个联络通道施工完成后，经过打压试验，冻结管连接质量得到了有效控制。

5 结束语

在地铁联络通道施工中，采用冻结法加固土体，冻结管施工质量的好坏直接影响冻结帷幕的交圈质量，是保障后期联络通道安全开挖的前提，在施工中要高度重视，不得马虎。结合现场的施工条件，制定切实可行的优化方案，通过测量放线，控制联络通道轴线及冻结管定位角及倾角，施工中采取针对性措施，提高冻结管施工位置精度，加强冻结管连接质量控制，做到以人为本，责任清楚，措施到位，管理缜密，确保安全质量目标的实现，可为类似施工提供一定参考。