孔 令 辉
(北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013)
地铁联络通道采用冻结法进行加固施工在我国得到了广泛应用。冻结壁设计要求一般为形成完全封闭隔水且具有可靠承载能力的冻结体，方可在冻结壁的保护下进行开挖及构筑。但对于土岩结合地层的联络通道，若岩体强度足够高且完整性较好时，采用全断面冷冻的方式虽安全可靠，但综合考虑工程经济性及施工工期等方面可能不是最优的选择。此时根据地层情况对土体及岩石破碎部分进行冻结加固，而对于较完整的岩体部分视裂隙发育情况进行注浆等措施加固也可形成隔水效果良好且具有可靠承载力的加固体。本文以济南地铁R2线某联络通道施工为例，探讨如何在该类地层中安全实现局部冻结加固下的联络通道施工。
1 工程概况
济南轨道交通R2线某联络通道及泵房线间距16.5 m，顶覆土埋深22.636 m。如图1所示，通道位于粉质黏土、全风化闪长岩、强风化闪长岩以及中风化闪长岩中，通道底部约1 m深度范围及以下整个泵房均为中风化闪长岩。根据地勘资料，全风化闪长岩：原岩结构构造已破坏，不可辨，岩芯多呈砂柱状，手捏易碎，岩芯采取率80%～85%，钻进速度快；强风化闪长岩：原岩结构构造较清晰，中粗粒结构，块状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈碎块状、扁～短柱状，偶有长柱状，锤击易碎，岩芯采取率75%～85%，RQD=0～10。
岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ；中等风化闪长岩：灰绿色，中粗粒结构，块状构造，节理裂隙稍发育，可见方解石岩脉，岩芯多呈柱状，柱长10 cm～25 cm，锤击声闷，岩芯采取率80%～90%，RQD=50～65。岩石坚硬程度为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ。局部夹有全～强风化软夹层。该处地下水位埋深为地面以下2 m～3 m，水压较大。全风化闪长岩及中风化闪长岩内地下水均为基岩裂隙潜水，裂隙发育、风化程度较高；中风化闪长岩层岩体较完整，裂隙不发育。
原设计方案采用冻结法加固形成完整的冻结壁，联络通道在冻结壁保护下进行开挖构筑，冻结孔布置见图2。
2 工况分析及优化方案
联络通道侧墙下部冻结孔施工过程中记录遇到中风化闪长岩的位置，最终确认中风化闪长岩与强风化闪长岩交界面接近联络通道底板结构上表面，近水平走向。后施工探孔7根，分别位于通道底板位置及泵房底部，如图3所示。所有探孔取芯均为完整岩石，探孔内均未发现裂隙水。
原设计方案通道及泵房位置均采用冻结法加固，经探孔确认该处中风化闪长岩岩体完整，无裂隙发育，可视为不含水且不透水的相对隔水层，可取消通道底部及泵房部位的冻结壁。为保证冻结壁与隔水层之间良好搭接，将冻结孔嵌入隔水层2 m以上，如图3,图4所示。上部冻结壁形成后通过设置在加固圈范围内的泄压孔判断是否交圈，若能正常交圈则说明底部岩体隔水效果良好，若不能判断交圈则在通道底板位置施工长探孔，若发现有裂隙水则采用水泥浆液进行注浆封堵。
3 施工工艺流程
3.1 施工流程
开挖构筑施工流程为：钻孔施工→施工下部探孔并视破碎情况进行注浆加固→积极冻结同时进行开挖构筑施工准备→隧道预应力支撑安装→打开洞口管片→通道掘进与支护层施工→施工防水层→通道钢筋混凝土结构层施工→泵房开挖与临时支护→泵房防水层施工→钢筋混凝土结构层施工→充填注浆→融沉注浆。
3.2 积极冻结
设备安装完毕后进行调试和试运转。检查确认电路系统、冷却水循环系统、盐水循环系统运行参数正常后才开冷冻机。冷冻机先空转1 h～3 h，观察运转是否异常。在试运转时，要逐步调节能量、压力、温度和电机负荷等各状态参数，使机组在有关设备规程和运行要求的技术参数条件下运行。
积极冻结7 d盐水温度降至-18 ℃～-20 ℃；积极冻结15 d盐水温度降至-24 ℃以下；开挖时冻土和管片交接范围内平均温度低于-5 ℃，盐水温度降至-28 ℃以下，去、回路盐水温差不大于 2 ℃。如盐水温度或盐水流量达不到设计要求，应根据冻结效果决定是否延长积极冻结时间。
在联络通道两侧开挖范围内的隧道管片上设计有4个泄压孔，其上安装有泄压阀门及压力表。积极冻结期间保持泄压阀门关闭，持续观察泄压孔压力变化情况，当泄压孔压力持续上涨，超过原始地层水压时说明冻结壁已经交圈，冻结壁及下部注浆加固体包裹范围内的土体因受冻胀作用使得内部水压上升，说明加固体封水效果良好。此为判断加固效果的重要依据。
冻结施工期间，进行实时测温监测。每个冻结孔内布置2个～3个测温点，采用DS18B20探头，该类探头可采用单线总线连接方式，将探头通过屏蔽线接入测温模块，输出485信号后，再采用485转以太网模块，将数据上传网络，通过组态软件或云平台，实现测温数据的实时监测。
3.3 开挖方式
根据工程及地质特点，先进行通道部分开挖及结构施工，然后进行泵房部分开挖及结构施工。
开挖时上部土层部分采用小型挖机及人工风镐进行土方开挖，并及时进行初期支护。上部土体在冻结壁保护下开挖，应及时进行喷浆封闭开挖面，以免冻结壁长期暴露于空气中化冻掉块。
中风化闪长岩部分因市区范围内禁止使用爆破工艺施工，选择采用大功率水钻取芯切割+液压柱状劈裂棒破碎施工工艺。该工艺具有操作简单，成本低，安全可靠等优点。劈裂棒动力为液压泵，可提供120 MPa的压力，理论分裂力1 200 t。具体如下：上部软土层开挖完成后清理工作面，采用水钻钻头φ121 mm，沿联络通道四周开挖轮廓面垂直向下分层取芯，相邻取芯孔相互搭接，将岩体切割成块，每层深度以0.7 m～0.9 m为宜。可将岩体用水钻取芯再度分割为较小的块体。最后在小块岩体上间隔0.5 m～1.0 m梅花形布孔，将劈裂棒放入孔中，将岩体劈裂。将破碎后的小块采用挖机、卷扬机等设备清除。一层开挖完成后继续进行下一层的施工，如图5所示。
4 施工情况
本工程共施工48个冻结孔，下部探孔取芯干燥无水，且注浆时不吃浆。冻结第3天盐水温度下降至-18 ℃，冻结第6天下降至-28 ℃。开挖时盐水温度去路-28.1 ℃，回路-26.2 ℃，温差1.9 ℃。积极冻结40 d时，通过各测温孔数据判断冻结壁厚度最薄弱处2.12 m，冻结壁平均温度-10.9 ℃，达到设计冻结壁厚度不小于2.1 m、平均温度不高于-10 ℃的要求。泄压孔压力冻结第21天时开始上涨，原始地层水压约0.21 MPa，泄压孔最高水压涨至0.35 MPa时(第28天)开始泄压。最终泄压孔内水排空，无持续带压力水流出。
开挖过程中土体干燥，开挖面无渗漏水情况发生，开挖过程中将以下问题作为关键控制点：1)上部开挖时严格控制开挖步距，冻结壁暴露时间不超过24 h；2)每天关注测温孔数据变化趋势，如有异常及时分析原因，采取措施；3)每天巡视开挖面情况，特别是冻结壁与下部硬岩层交界面处。现场安装有防护门，配备喷浆机、注浆泵、聚氨酯、双快水泥等应急设备和物资，并制定了应急预案。
施工过程中未出现异常情况。从联络通道开孔施工到积极冻结再到开挖构筑，隧道沉降、收敛，周边建筑物和上部地表沉降较小，最大地表沉降量-2.12 mm，隧道最大变形量-0.32 mm，均在警戒值范围内。
5 结语
本工程根据工程特点，因地制宜，采用冻结法进行局部冻结，实际施工加固体效果良好，保证了开挖及构筑工作的顺利进行。冻结法具有加固效果均匀，可检测等优点，可通过测温孔及泄压孔方便地进行冻结效果判断。对于非冻结加固区的加固效果的评判，可采用探孔方式进行探水，判断裂隙发育情况及涌水量。该类工程重点在于保证冻结区与非冻结区搭接效果。
