33-宁波冷冻法联络通道试开挖涌水情况分析与处理(李世佳已改)

联络通道开挖涌水情况分析与处理李世佳陈跃进广州轨道交通建设监理有限公司广州510010摘要：处于富水砂层中的联络通道施工,选用冻结法加固土体具有冻结壁均匀性好，与隧道管片结合严密，强度高，封水性好，安全可靠以及对地下水、土层无污染等优点,是施工方法的首选。但在施工过程，如控制不到位，也存在冻结壁交圈效果不理想，导致开挖过程中出现涌水涌砂情况，本文结合宁波轨道交通1号线【盛-福区间】联络通道开挖施工涌水现象分析及处理情况，总结富水软土地层联络通道施工过程中容易忽略的控制点。关键词：联络通道冷冻法涌水1工程概况1.1工程概述【盛莫路站～福庆北路站区间】隧道全长1003米（836环），联络通道及泵房在隧道443环位置，该联络通道所在位置的隧道中心高程为-17.564m，通道中心线间距12m，联络通道由与隧道管片相连的喇叭口、水平通道和泵站构成。其中通道和喇叭口为直墙圆拱型结构，泵站为矩型结构，采用二次支护方式。该联络通道位于宁波市鄞州区宁穿路下方，距离联络通道中心最近的建筑物是混2层建筑，约为21米，距离梅墟港桥约32米,附近无重要管线。（见图1-1）图1-1【盛～福区间】联络通道平面图及断面图由于受到节点工期影响，为加快联络通道施工进度，决定暂停右线盾构掘进施工，利用已贯通左线进行联络通道冻结孔施工，在冻结期间，继续进行后续右线盾构掘进，待盾构机到达后，再进行联络通道开挖施工。根据该进度计划安排，联络通道冷冻机组只能放置在盛莫路站中板上，再通过约600米长的盐水管将盐水输送到联络通道处冷冻管。1.2工程地质及水文条件联络通道处地面标高约为+2.29m。联络通道施工深度范围内的土层自上而下主要为②2-1层灰色淤泥、②2-2层灰色淤泥质粘土、③1层灰色粉砂、③2层灰色粉质粘土夹粉砂和④1-2层灰色粉质粘土，地层土质较软，自稳能力差，其中③1层灰色粉砂，③2层灰色粉质粘土夹粉砂层极易造成涌水冒砂、隧道坍塌变形。图1-2【盛～福区间】联络通道地质剖面及地层物理力学指标2开挖前钻孔及冻结情况2.1联络通道冻结设计情况（1）本联络通道冻结孔数共为67个(左线隧道54个包括4个透孔、右线隧道13个)；冻结孔按上仰、水平、下俯三种角度布置在联络通道和泵站的四周。（2）为了准确掌握冻结温度场变化情况，设置8个测温孔（正面2个，背面6个）来监测冻结壁厚度、冻结壁平均温度、冻结壁与隧道管片界面温度和开挖区附近地层冻结情况（3）为准确判断冻结壁是否交圈，并释放减少土层水土冻胀压力，在与联络通道相接的隧道内两侧非冻结处，设置4个泄压孔（正面2个，背面2个）。（4）冻结孔开孔位置误差不大于100mm，应避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。（5）冻结孔最大允许偏斜150mm(冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离)。最大允许间距通道处1300mm，泵站处1400mm。（6）冻结孔有效深度(管片表面以下冻结管循环盐水段长度)不小于冻结孔设计深度。冻结管管头碰到冻结站对侧隧道管片的冻结孔，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。（7）设4个透孔用于冷冻排管及冻结站对面冻结孔供冷，排管敷设密贴隧道管片。图2-1【盛~福区间】联络通道设计冻结管立面透视图及布孔位置图2.2冻结孔开孔施工及监理控制情况本区间联络通道2012年1月29日正式开始打钻，至2月22日冻结孔及测温孔施工完成。开挖断面主要为③1层灰色粉砂、③2层灰色粉质粘土夹粉砂，该地层存在较大的水头压力,施工水平冻结孔时,非常容易发生钻孔渗漏，在冷冻孔施工过程控制时，主要采取以下几点控制措施：（1）探孔检查地质情况用金刚石取芯钻开孔，跟管钻进法下冻结管。冻结孔开孔前，先打设卸压孔作为探孔，探测地层稳定情况。如发现有严重漏水冒泥现象，先进行水泥—水玻璃双液壁后注浆，以提高孔口附近地层稳定性，然后再钻进冻结孔。每个钻孔设有孔口管，并安装钻孔密封装置，以防钻进时大量涌水、涌砂。（2）安装孔口装置对于钻孔位置含水量较大地层，在冻结管施工前，必须安装孔口防喷涌、密封装置，注意避开砼管片内受力钢筋，及时调整孔位并按设计角度开孔，当开到深度300mm时停止钻进(管片要留50mm以上的保护层)，控制不得钻穿管片。再设置密封装置，检查无渗水流出，再去掉螺母，装上闸阀。此时，冻结孔开孔安装完毕，如进行冻结孔钻孔作业，开启闸阀，利用小直径金刚石钻头从闸阀内开孔，一直将砼管片开穿，这时，如地层内的水砂流量大，应及时关毕球闸门，采取后续的处理封堵及加固措施。膨胀螺丝示意图小闸阀钻杆孔口装置闸阀孔口管隧道管片地层图2-2孔口防喷涌、密封装置[3]（3）冻结孔钻进施工控制A、冻结孔施工前，首先施工一个对穿透孔，根据对穿孔来验证左右线隧道联络通道及泵站处里程及标高，若有不同，需报设计修正各个冻结孔的坐标、上下水平倾角及长度，再次精确定位。然后根据设计孔位，采用由上向下的顺序进行施工，这样可防止因下层冻结孔施工引起上部地层的扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。B、在冻结孔钻进前2m时，要提醒并督促承包商反复校核冻结管方向，调整钻机位置，并用经纬仪检测偏斜无问题后方可继续钻进。冻结管下入孔内前需要提先配管，保证冻结管同心度。图2-3冷冻管钻孔施工图C、下好冻结管后，现场监理必须控制对冻结管进行测斜和打压检查：采用经纬仪灯光测斜法检测[2]，然后复测冻结孔深度；打压试验为：冻结孔试漏压力应控制在0.08～1.0MPa，稳定30分钟压力无变化或前30分钟压降0.05MPa，后15分钟不降为试压合格。图2-4经纬仪灯光测斜法检测冷冻管倾斜度D、如试压不合格的冻结管必须进行处理达到密封要求后方可使用。如果出现管漏时，应督促承包商在不合格冻结管内下入小一级冻结管(套管)或打补孔的方法处理此类事故。E、钻孔结束后进行应及时进行孔口位置的封堵处理，如开孔过程中，出现泥水渗流情况，应要求承包商进行注浆处理。2.3冻结加固施工及监理控制情况本区间联络通道2012年3月15日完成冷冻系统安装，3月18日开始积极冻结运转，根据设计要求，本联络通道积极冻结时间应为50~55天，并保证冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下；冻结15天盐水温度降至-24℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下，去、回路盐水温差不大于2℃。现场监理在冷冻期间主要做好以下几点工作：（1）督促承包商每天上报土体测温数据，有必要时，应跟踪进行土体温度测量，并绘制土体温度下降的时间曲线图；（2）每天在巡检过程中应观察并记录盐水管道去回路测温数据，如果盐水管道去、回路温差大于大于2℃，应注意提醒承包商是否出现盐水管道回路保温不足、或是设备出现故障等问题，应及时查找原因。（3）每天检查盐水箱内液面升降情况，主要通过该项指标从表观上检查盐水管道是否存在渗漏情况，如盐水液面急剧下降，应及时要求承包商对渗漏点进行查找，尤其是对于冻结管的盐水渗漏，如处理不及时，将直接影响到冻结效果。（4）因联络通道位于隧道区间的最低位置，如隧道在未贯通的情况下，该位置往往积水较多，导致底部的冷冻排管浸泡在水中，一般承包商采取及时抽排的方式，但是在抽排水的过程中，容易带走冷冻排管制冷温度，影响底部冻结效果；因此，实际施工过程中，应督促承包商提前做好主动的堵水措施，防止积水进入到冷冻区域内。图2-5现场监理进行泄压孔观察、土体测温、盐水管道去回路测温控制（5）冷冻过程中，注意检查盐水管路结霜情况，遇到结霜不均匀时，应督促承包商查明原因并处理。（6）冻结过程中，现场监理应注意观察泄压孔压力值，当压力上涨超过初始压力0.2Mpa时，督促承包商需及时打开泄压孔，释放因地层冻胀引起的冻胀力，减少对管自危害。同时在冻结壁交圈之前，要求承包商在盾构左右线区间管片上安装好预应力支架，进一步控制管片的变形。图2-6隧道内预应力支架示意图2.4开挖前冻结效果评价积极冻结至3月23日，盐水去回路温度降至-20℃（历时6天）；至3月29日，盐水去回路温度降至-24℃以下（历时12天），冻结期间盐水温度变化均匀，去回路温差度保持在2℃以内；截止到5月7日已积极冻结51天，盐水去回路温度均降至-30℃左右，每日温差保持在2℃以内；测得所有土体测温孔全部达到0℃以下，根据积极冻结期间采集的数据，从冻结帷幕厚度确定以及冻土平均温度两方面来对冻结效果进行分析，计算得出冻土平均发展速度约为25mm/d，冻结壁交圈厚度为2.25米，大于设计2m要求；冻结壁平均温度为-10.2℃，低于设计平均温度为-10℃要求，所有条件均满足设计要求并通过开挖节点条件验收后，同意进行开挖作业。3试开挖涌水情况（1）2012年5月11日上午9点，【盛-福区间】联络通道开始拉钢管片，至12点左右，在拉完第二块钢管片（本次钢管片一共分为六块，拉开顺序为左中、左上、左下、右中、右上、右下）后，发现壁厚土体的右上部边角位置出现一小股清水涌出；13:30分拉完整个钢管片后，该清水一直存在。图3-1第二块钢管片拉开后的情况（2）下午14:00，开始对联络通道进行试挖约30-50cm，发现该股清水中断，15:00开始继续试挖，该股清水继续出现，但是没有明显增大趋势，现场认为该地层主要是3-1淤泥质粉砂层和3-2淤泥质粘土夹砂层，由于冷冻部位中心位置不能完全冻住，为冷冻交圈范围内的积水，拉开钢管片后，因压力释放，为“糖心”的积水释放的原因，故继续开挖。图3-2试挖时，水流中断图3-3继续开挖时，水流继续出现（3）下午16:00，对于持续不断的清水，现场采取插管引流措施，后发现该位置流水仍没有明显增大趋势，现场继续采取开挖。图3-4继续开挖，现场通过插入探管方式对水流来源进行探明现场插入探管，探明水流来源（4）晚上约20:30，联络通道流水突然增大，出现涌水现象，主要为清水，现场开始进行抢险，此时开挖面最深处进尺约100-150cm，现场采取主要措施为沙袋反压，疏流、后用快干水泥封堵，水流无明显减小趋势，经历4小时堵漏措施无效后，至5月12日02:00进行开挖面填充并关闭安全防护门。图3-5抢险情况图片（5）5月12日03:00，防护门关闭后，发现因抢险时强行关安全防护门，防护门右下角有所变形，有水在右下角渗出，同时现场通过安全门上的注浆孔向内注入水泥浆，将门内空隙填充，后又注入聚氨酯，确保安全门关闭密实。图3-6后续注浆处理图片4涌水原因分析针对此次涌水事故先后进行了二次事故分析会，通过现场实地看查及资料分析，主要原因为：4.1地下水原因（1）因本区间联络通道冻结期间，右线隧道还在进行盾构掘进及到达作业，并且右线盾构到达后，虽然在盾构始发到达后进行注浆处理，但因交叉作业影响，没有及时施工洞门圈梁，经检查，【盛-福区间】左、右线始发及到达共4个端头，有3个端头存在较大渗水情况；该情况虽然没有达到规范控制值：当在冻结构筑物附近600m范围内不得有大抽（渗）水时，或抽（渗）水量≥200m3/h，但是不可避免的对本次冻结出现薄弱环节造成影响。（2）本区间联络通道距离东侧梅墟港桥约32米，从地址剖面图上观察，梅墟港河流底部为①1-3淤泥质粘土层，而联络通道位置主要③1层灰色粉砂、③2层灰色粉质粘土夹粉砂等透水性较强的微承压水层，中间被②2-1层灰色淤泥、②2-2层灰色淤泥质粘土等不透水层隔开，经初步分析，梅墟港河流与联络通道位置地层不会发生水利联系。但是，在本区间右线盾构经过该位置时，因梅墟港桥有4根桥桩侵入隧道界限，曾在去年采取拔桩处理，拔桩后，虽然进行了封堵处理，但是很难保证梅墟港河流不与联络通道位置③1层灰色粉砂层已经形成了水利通道。图4-1盾构始发及到达端头渗水严重及梅墟港桥桩基处理可能封堵不到位根据以上两点判断：右线隧道顶部③1层灰色粉砂层存在流动水体的可能较大，对冻结施工造成极大影响。而根据《旁通道冻结法技术规程（上海市行业技术标准）》中3.2条给出了指导意见：A、地层中的含水层自然和人为抽水后形成的地下水流速，当超过一定限度（5m/d）时，将影响地层正常冻结。B、对冻结构筑物附近的水源井应进行调查，收集水源井的用途、数量、方位、距离、深度，抽水层位及深