廣州地鐵建設(shè)中凍結(jié)工法的應(yīng)用分析
摘 要:在廣州地鐵建設(shè)中使用凍結(jié)工法,有成功的經(jīng)驗(yàn),也有不盡人意的地方。通過(guò)對(duì)施工的分析,總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn), 找出問(wèn)題的癥結(jié),以更好地完善凍結(jié)工法,推進(jìn)凍結(jié)工法在廣州市政建設(shè)中的更好地推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞:凍結(jié)工法;施工;體會(huì)1 概述
近年來(lái),市政建設(shè)迅猛發(fā)展,市政建筑基礎(chǔ)向深而大的方向發(fā)展,土木工程施工技術(shù)日新月異。特別是隧道建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大,使巖土工程的研究方向也由淺表向深部、由穩(wěn)定地層向不穩(wěn)定地土層過(guò)渡,因而巖土工程的施工技術(shù)也必須有更進(jìn)一步的提高與發(fā)展。
我國(guó)從20 世紀(jì)50 年代開始引進(jìn)凍結(jié)工法,經(jīng)幾十年的探索和實(shí)踐、研究,凍結(jié)工法已日臻成熟與完善,但其服務(wù)對(duì)象主要是煤礦立井建設(shè),20 世紀(jì)90 年代,我國(guó)在上海市政工程中開始嘗試凍結(jié)工法,已取得了較為豐富的施作經(jīng)驗(yàn)。
廣州市政工程建設(shè)的發(fā)展,特別是地鐵施工工期緊、規(guī)模大, 遭遇的地層越來(lái)越復(fù)雜,越迫切需要有新的適應(yīng)性強(qiáng)的工法為其服務(wù)。經(jīng)努力,完成宣傳推廣和技術(shù)儲(chǔ)備工作,凍結(jié)工法終于得到了推廣應(yīng)用。我們先后組織了海公區(qū)間隧道地層加固和越秀公園車站凍結(jié)隔水施工,取得成功,但也存在著不足,體會(huì)是深刻的,總結(jié)過(guò)去是為了以后更好地發(fā)展和推廣工法。
2 工程概況
2.1 海公區(qū)間
海公區(qū)間隧道凍結(jié)加固工程:海公區(qū)間隧道工程建設(shè)中,在工作面掘進(jìn)至ZD K12 + 696. 6 里程附近,廣州貿(mào)易大廈門前出現(xiàn)大面積的塌陷,使掘砌施工停止下來(lái),嚴(yán)重影響到交通商貿(mào)、地面管線和設(shè)施的安全,更危及大廈建筑基礎(chǔ),雖對(duì)塌陷區(qū)進(jìn)行了注漿加固,但地層仍不穩(wěn)定,繼續(xù)施工風(fēng)險(xiǎn)依然存在,施工工期無(wú)法得到保證。經(jīng)專家反復(fù)論證評(píng)審,確定采用凍結(jié)工法進(jìn)行地層加固。施工工期2000 年1～5 月。凍結(jié)加固區(qū)域從里程ZD K12 + 696. 6～ + 740 , 全長(zhǎng)43. 4m , 沿隧道軸線對(duì)稱布設(shè)凍結(jié)孔,兩邊邊排間距8. 0m 。
凍結(jié)孔的深度是依隧道走向、坡間具體確定,兩邊排孔伸入中風(fēng)化3. 0m , 以形成凍土隔水墻,中部依隧道外緣結(jié)構(gòu)埋深,深度提高0. 5m 布孔形成上覆凍土加固蓋板,同時(shí)保證加固區(qū)域首端與已襯砌的隧道結(jié)構(gòu)封合,尾部進(jìn)入滲透能力小的地層,以實(shí)現(xiàn)較好的封水和固巖。
2.1.1 工程特點(diǎn)
(1) 該工程為廣州市政首例凍結(jié)工法施工,且為搶險(xiǎn)工程,位于繁華鬧市區(qū),社會(huì)效應(yīng)明顯。
(2) 凍結(jié)區(qū)域延至貿(mào)易大廈建筑基礎(chǔ),必須對(duì)基礎(chǔ)樁等采取保護(hù)措施,采用斜孔凍結(jié)熱水孔循環(huán)保護(hù)。
(3) 采用局部?jī)鼋Y(jié),分區(qū)分期組織施工。
(4) 凍土體系滿足加固地層和封水的要求。21112 設(shè)計(jì)參數(shù)
經(jīng)2# 措施井施測(cè)實(shí)例表明,三角形聯(lián)系測(cè)量精度較高。由精度分析知,該隧道終點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差優(yōu)于設(shè)計(jì)限差,則控制導(dǎo)線點(diǎn)C′、D′坐標(biāo)值可作為隧道中線精密導(dǎo)線測(cè)量的起算值。6 主隧道的施工控制測(cè)量及檢測(cè)主隧道(含斜井) 的掘進(jìn)測(cè)量控制,斜井口附近埋設(shè)一組(3 個(gè)) 導(dǎo)線控制點(diǎn)(2 個(gè)測(cè)回),然后進(jìn)行坐標(biāo)傳遞至井下,主隧道每掘進(jìn)20～50m 選擇通視良好、頂板牢固、無(wú)淋水、工件安全以及隧道轉(zhuǎn)點(diǎn)處布設(shè)施工控制導(dǎo)線點(diǎn),每掘進(jìn)300m 左右,從起始邊起埋設(shè)基本控制導(dǎo)線點(diǎn)。考慮到隧道沿線豎井較多,在主隧道掘進(jìn)施工到豎井位置時(shí),豎井同時(shí)施工到位,這樣可以利用施工完 后的兩個(gè)豎井采用兩井定向檢測(cè)施工控制導(dǎo)線點(diǎn),若檢測(cè)其誤差在允許范圍內(nèi)可以繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)施工。
7 效果與體會(huì)
實(shí)踐證明,該工程采用的洞內(nèi)外豎井聯(lián)系測(cè)量與洞內(nèi)控制測(cè)量,方法是成功的。從1# ～2# 井段、1# ～ 斜井段、2# ～B 標(biāo)段接頭的貫通情況看,其中心點(diǎn)位置均達(dá)到了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,特別是1# ～2# 井段140m 實(shí)現(xiàn)了對(duì)接誤差為5mm 的高精度,充分說(shuō)明了我們的測(cè)量方法是合理的、正確的。同時(shí)我們也認(rèn)識(shí)到,在小斷面隧道施工測(cè)量工作中要得到很好的效果,還必須做到:想全面、勤觀測(cè)、細(xì)檢查、嚴(yán)要求,與施工人員密切配合。
2.1.2 越秀公園
越秀公園車站位于以太廣場(chǎng)前方,原設(shè)計(jì)人工挖孔樁與砼帷幕墻支護(hù)結(jié)構(gòu),在進(jìn)行人工挖孔樁施工時(shí),挖深15m 即呈現(xiàn)底鼓、涌水,30m 深深樁無(wú)法完成施工,施工進(jìn)展十分緩慢。且以太大廈建筑已出現(xiàn)裂縫等破壞跡象,為了保護(hù)以太廣場(chǎng)的安全,保證26m 深的車站基坑安全施工,經(jīng)廣州地鐵設(shè)計(jì)院、隧道局和建設(shè)方三方聯(lián)席會(huì)議確定采用凍結(jié)側(cè)壁封水方案:凍結(jié)深度30m , 施工工期2000 年7～12 月。凍結(jié)孔布置在方形車站結(jié)構(gòu)的外圍,全長(zhǎng)191m , 一次凍結(jié)全深,形成具有隔水功能的側(cè)壁凍土墻。
2.1.2.1 工程特點(diǎn)
(1) 該基坑周長(zhǎng)191m , 凍結(jié)深度30m , 為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)面積最大的凍結(jié)支護(hù)基坑。
(2) 凍結(jié)的功用是滿足26m 深度基坑開挖時(shí)側(cè)壁封水,基坑底部未作封底處理,繞流和管涌是不能避免的。
(3) 正值夏季施工,氣溫高、地層溫度高,環(huán)境條件影響大。
(4) 在凍結(jié)法施工前,人工挖孔樁施工至15m 深左右管涌底鼓現(xiàn)象明顯,30m 深樁無(wú)法完成施工,采用粉噴和高噴固結(jié)地層, 效果不明顯。
(5) 現(xiàn)場(chǎng)只能提供500kVA 的供電,限制了制冷設(shè)備的投入。21212 設(shè)計(jì)參數(shù)(見表1)
表1 設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表
3.1 海公區(qū)間
(1) 鉆孔施工:2000 年元月開始組織施工。該區(qū)雜填層,雜填硬物太多,粒徑大,嚴(yán)重影響鉆孔質(zhì)量和工期,斜孔施工難度大,地下管線、下水管道復(fù)雜,漏漿特別嚴(yán)重等,經(jīng)采取措施共完成252 個(gè)鉆孔。
(2) 凍結(jié)施工:根據(jù)工期要求結(jié)合鉆孔施工情況和環(huán)境條件, 選擇制冷能力大體積小的制冷設(shè)備,2000 年3 月開始Ⅰ 區(qū)凍結(jié), 4 月初恢復(fù)隧道掘砌,經(jīng)施工組織優(yōu)化,凍結(jié)施工滿足連續(xù)掘砌要求,5 月1 日安全順利完成43. 4m 凍結(jié)段掘砌施工。
(3) 工程效果:
① 組織施工期間,沒(méi)有造成交通的堵塞和對(duì)商貿(mào)活動(dòng)的影響。
② 進(jìn)行施工工期的控制,并實(shí)現(xiàn)提前工期13 天。
③ 實(shí)現(xiàn)安全開挖,工作面“干”作業(yè),砼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量保證。
④ 停凍后完成凍結(jié)管的回收和充填,保證了地表穩(wěn)定,真正體現(xiàn)了“綠色土木工程”的特點(diǎn)。
⑤ 成功的應(yīng)用凍結(jié)工法,奠定了凍結(jié)工法在廣州市政建設(shè)中應(yīng)用的基礎(chǔ)。
3.1.2 越秀公園
(1) 鉆孔施工:2000 年7 月開始組織施工,造孔期間最為突出的問(wèn)題是粉細(xì)砂地層,縮徑和泥漿砂性化嚴(yán)重,經(jīng)采取相應(yīng)措施,最終完成鉆孔196 個(gè),測(cè)溫孔3 個(gè),鉆孔質(zhì)量良好。
(2) 凍結(jié)情況:2000 年9 月初開始凍結(jié)施工,受供電條件的限制, 制冷設(shè)備投入有限, 受氣溫影響(28 ℃), 制冷溫度在-20 ℃,交圈時(shí)間長(zhǎng),11 月初凍結(jié)壁發(fā)展達(dá)設(shè)計(jì)要求,開始豎井和孔樁施工。
(3) 掘進(jìn)情況:該凍結(jié)基坑挖深26m , 人工挖孔樁深度27～ 30m(深樁) 。凍結(jié)壁形成后,先進(jìn)行基坑內(nèi)西南側(cè)豎井的開挖,豎井開挖期間,經(jīng)對(duì)揭露面溫度觀測(cè),凍土壁發(fā)展良好,28m 深豎井安全掘砌到底,并穿過(guò)近1m 厚的凍土墻向坑外延深。向坑外延深以后,工作面即出現(xiàn)漏水及涌砂,情形嚴(yán)重并造成附近的建筑大廈出現(xiàn)嚴(yán)重的傾斜,由此可見豎井施工期間凍結(jié)隔水效果即是良好的。進(jìn)行人工挖孔樁施工時(shí),我們也進(jìn)行了樁內(nèi)觀測(cè):
① 樁內(nèi)靠?jī)鼋Y(jié)壁一側(cè)溫度低、土硬,部分已出現(xiàn)凍土,靠近基坑內(nèi)側(cè)溫度高、土質(zhì)軟。
② 樁內(nèi)工作面靠?jī)鼋Y(jié)壁側(cè)無(wú)滲水痕跡,但挖土至27m 深附近,出現(xiàn)不同程度地底鼓(管涌),挖土越深情況越嚴(yán)重。勉強(qiáng)能完成淺樁的施作。
③ 通過(guò)對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)并分析,此時(shí)凍結(jié)壁厚度已達(dá)0. 7～1. 0m , 滿足側(cè)壁封水要求。
越秀車站凍結(jié)隔水工程:經(jīng)工程監(jiān)測(cè)和工作面檢測(cè)結(jié)果分析,凍結(jié)壁的形成和發(fā)展已滿足設(shè)計(jì)要求,孔樁的施工情況說(shuō)明了30m 以上段側(cè)壁封水是成功的,但凍結(jié)壁的存在不能保證27 ～30m 的孔樁的安全施工(針對(duì)26m 深基坑,凍結(jié)壁的側(cè)面封水應(yīng)是有效的),我們認(rèn)為為了人工挖孔樁的安全施工,凍結(jié)深度理應(yīng)加深5～10m 。
4 體會(huì)和總結(jié)
(1) 廣州地鐵建設(shè)的發(fā)展,施工要求越來(lái)越高,凍結(jié)工法具有適應(yīng)各類特殊地層且封水可靠、,凍土強(qiáng)度高的特點(diǎn),一定有廣闊的應(yīng)用前景。
(2) 要充分考慮各方面環(huán)境因素的影響,特別是氣溫高、地層溫度高的特點(diǎn),裝機(jī)容量要大,且富裕系數(shù)宜> 0. 3 。
(3) 設(shè)計(jì)目標(biāo)要明確,而且要保證正確。海公區(qū)間加固工程充分考慮了地質(zhì)條件,正確設(shè)計(jì),精心組織施工,效果良好。越秀公園車站由于凍結(jié)帷幕封水目的不準(zhǔn)確, 雖形成設(shè)計(jì)要求的(30m 凍深) 凍結(jié)壁,但沒(méi)有能保證27～30m 深的孔樁安全施工, 留下遺憾。
(4) 市政工程工期要求是很現(xiàn)實(shí)的,施工現(xiàn)場(chǎng)條件也是十分有限制的,因而我們必須充分了解地層條件和環(huán)境因素,合理設(shè)計(jì),精心組織,保證質(zhì)量與工期。
(5) 在廣州市政進(jìn)行凍結(jié)工法的組織施工,還需要加強(qiáng)工法的宣傳推廣力度,取得廣大仁人志士的理解與支持。
(6) 越秀公園因受供電影響,其裝機(jī)容量偏小,致使凍結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、凍結(jié)深度淺,不能保證支護(hù)深孔樁的施工。我們認(rèn)為在今后的市政工程中,條件不允許時(shí)我們寧可不去推廣工法,也不能勉強(qiáng)去組織施工,留下遺憾,這是對(duì)工法的一種“沖擊”,讓施作者無(wú)功而返。總之,我們要認(rèn)清市政工程的施工特點(diǎn),正確對(duì)待、準(zhǔn)確設(shè)計(jì)、精心施工,在廣州市政建設(shè)中,凍結(jié)工法的應(yīng)用前景仍是廣闊的。
原作者：陸衛(wèi)國(guó),林稚華
