天津地铁联络通道冷冻法施工技术风险管理研究-论文网

天津地铁联络通道冷冻法施工技术风险管理研究
周顺方
天津地铁建设发展有限公司天津市 300051
摘要：通过天津地铁联络通道冷冻法施工经验，总结联络通道冷冻法施工技术风险关键控制点，减少施工风险。
关键词：地铁联络通道技术风险管理研究
引言
天津地区地下构造比较复杂，联络通道所处地层土体多为粉质粘土、粉土和细沙，且含水丰富、水压大、渗透性好，在动力作用易流变，开挖时易引起涌水、涌砂，造成开挖面坍塌、地面沉降、地上建筑物损坏等风险。为防范风险发生，应从联络通道冷冻法施工技术上下手，掌控关键技术风险点位和管理方法。
正文
一、联络通道冷冻法施工方案的编制、审核和专家论证
施工单位应严格按照设计文件、标准规范等编制依据编写施工方案，方案编制后应经其上级单位审核，并组织方案专家论证会，按专家论证意见对方案进行修改，修改后的方案经总监审批通过后，组织相关技术人员进行施工方案技术交底，组织实施。
二、组织联络通道开挖条件验收
开挖施工过程中，由于地质条件差，特别是冻土帷幕边界条件极为复杂，冻土帷幕存在薄弱环节，一旦在开挖时冻土帷幕发生漏水，冻土帷幕将融化，可能发生灾难事故。为此，联络通道开挖条件验收是技术风险管控的关键环节。
如何正确判断联络通道是否具备开挖条件，我认为可以根据以下五点进行判断。
1、防护门按设计要求完成安装并进行了水密性试验。
2、测温孔：可根据测温孔实测数据，推算出冻土发展速度，算出交圈时间，进而算出在该冻结时间下的冻土发展半径，从而算出冻结帷幕厚度，并通过测温孔复核帷幕厚度，再根据此厚度用公式法得出冻结帷幕平均温度，若各个层位、各个部位的冻结帷幕的厚度和平均温度均达到设计要求，即可进行开挖。
3、卸压孔：在积极冷冻过程中，卸压孔有两个作用，一是起到卸载冻胀压力的作用，另一方面它所显示的压力一定程度上可以作为判断冻结帷幕是否交圈的重要依据。一般来说，在冻结初期，卸压孔的压力是原始地层压力，随着冻土的逐渐扩展，水分不断迁移，交圈后冻土形成一个封闭的土体，冻胀压力得不到释放，而逐渐增加，它的外在表现即为卸压孔压力的剧增，而且打开卸压阀卸压再关闭后能逐渐回到原数值，卸压孔的数值交圈前后差别为0.1—0.2Mpa。
4、探孔：正式开挖前应进行探孔检查，探孔应打在冻结帷幕薄弱处，探孔处无涌水、涌砂现象（该处会有稀泥因冻胀压力的作用而缓慢流出，流量稳定，此为释放压力属正常现象），地层稳定帷幕冻结正常，测温效果良好，即可正式开挖。
5、盐水去回路温差：由于交圈后冷耗较交圈前要少，因此交圈前盐水去、回路温差要比交圈后大，倘若某一时期盐水去、回路温差（其他冻结参数不变）突然变小，或盐水温度在某一阶段徘徊数天后突然下降，则很可能已经交圈，不过此现象仅作为判断交圈的参考，要确定开挖，还需要结合测温孔资料，卸压孔压力、探孔情况等方面综合考虑。
三、加强联络通道施工监测
1、环境风险监测的目的
联络通道施工对环境的影响主要是：地表沉降，一是发生在冻结孔钻孔和安装冻结管阶段；二是发生在联络通道永久支护结构施工及其完毕冻结停止后的融沉，土体的冻融作用导致地表沉降，包括冻土墙与支护结构的空隙影响。地表的隆起主要发生在积极冻结阶段，隆起程度受埋深的影响。冻胀引起的隆起垂直位移最大值为10mm左右，出现在联络通道中心线附近。为了更加有效、及时的掌握环境风险状态，并针对施工各阶段的出现的风险采取措施，我们还应加强联络通道冷冻法施工监测，让监测数据指导施工，杜绝施工风险的发生。
2、监测内容
联络通道施工监测的项目主要为以下几项：
（1）冻结系统监测：了解掌握冻结系统运转情况并判定冻土情况，控制冻结速度。
（2）冻土帷幕监测：分析研究判定土体冻结交圈状况，确定开挖时间。
（3）卸压孔压力监测：监测土体冻胀压力，判定冻土交圈状况。
（4）隧道变形监测：监测隧道变形状况。
（5）联络通道地表变形监测（含建筑物、管线）：监测地面及周边建筑物、地下管线的变形状况。
3、施工各阶段风险监测与预防处置的技术措施
（1）冻结过程中的预防处置措施
冻结过程中，隧道受冻土力的作用会发生隧道横断面变形，从而影响隧道的椭圆度。为减少这一变形，在冻结前隧道内安装预应力隧道支架，即在上下行隧道的联络通道洞口两侧安装两榀预应力钢支架，每榀支架有8个支点，均匀地支撑在隧道管片上，施工中可根据观测到的隧道变形情况调整各支点的预应力，以控制隧道变形。
（2）土体开挖过程中的预防处置措施
隧道钢管片打开意味着联络通道土体开挖的开始，故须以冻土墙的厚度、冻土强度达到设计要求为前提。根据监测结果进行分析判断冻土墙厚度、冻土墙强度，主要与盐水温度、冻土温度、卸压孔的监测结果有关，并辅以以下措施：
1）在要打开的钢管片外加设防护钢板门，且四周应设橡胶止水措施，钢管片全部打开后，一旦发现土体有异常现象，应立即关闭防护门，继续冻结土体。
2）用探孔来判断冻土壁是否冻结稳定正常时，探孔应设在冻结壁薄弱处，探孔处应无大量涌砂、涌水现象。
3）随挖随临时支护，临时支护采用型钢支架、木背板并喷射混凝土，能起到支护和冻土墙保温的双重作用。木背板与冻土墙的间隙用水泥砂浆填充，防止冻土解冻引起较大的地表沉降。若土体开挖过程中，出现流砂等异常现象，应立即停止开挖施工，并封闭工作面，加大制冷量。
（3）解冻过程中的预防处置措施
联络通道主体结构施工完毕后停止供冷，冻土解冻可自然解冻，解冻过程中会引起地面沉降，若沉降过大，不但会对隧道且会对地面建筑和地下管线产生不利影响。为减小土体解冻产生的沉降量，可通过隧道及联络通道预留的注浆孔，采取跟踪注浆的形式，根据观测到的隧道及地层沉降情况，及时地对地层进行补偿注浆。
（4）控制冻胀和融沉的措施
1）控制冻胀的措施
冻土产生的冻胀压力与冻土的平均冻胀率及周围土性的弹性模量、泊松比有关。解决冻胀的主要措施是：
①冻结卸压：为减小冻结施工对已建隧道及周围环境的影响，可在冻土体边缘适当位置布设一定数量的冻结卸压孔（2—4个），以使部分冻胀力得到释放。　
②隧道预应力支撑：即在冻结过程中所采取的保护措施。
２）融沉控制措施
融沉主要是冻土融化时排水固结引起的，滞后于冻土的融化。冻土融化时的沉降量与融层厚度、融层土的特性有关，根据施工经验和土工试验，冻土融化后，会发生一定的地面沉降。为减少融沉量，解冻后，可在隧道内进行适当的跟踪注浆，减小冻结对周围环境的影响。在冻结管拔出的同时，在孔内灌注水泥—黏土浆，为防止低温对注浆强度的影响，可在水泥—黏土浆内掺防冻早强剂（2%—3%氯化钙）。
永久结构浇筑完成后，结构与加固的土体之间有不同程度的空隙。从力学角度来说，以点接触的方式承受外载对结构不利。另外，这些空隙为地层提供了移动空间。为了改善结构的受力状态，减少地层的沉降，提高结构的防水抗渗性能，通过事先预埋的注浆管对结构进行壁后注浆填充。
结束语
随着联络通道冷冻法施工技术的应用发展，风险防范的技术管理措施会更加完善，从而更有利于联络通道冷冻法施工的推广普及，施工风险更加可控。