廣州地鐵建設中凍結工法的應用分析
摘 要:在廣州地鐵建設中使用凍結工法,有成功的經驗,也有不盡人意的地方。通過對施工的分析,總結成功的經驗, 找出問題的癥結,以更好地完善凍結工法,推進凍結工法在廣州市政建設中的更好地推廣應用。關鍵詞:凍結工法;施工;體會1 概述
近年來,市政建設迅猛發展,市政建筑基礎向深而大的方向發展,土木工程施工技術日新月異。特別是隧道建設規模的日益擴大,使巖土工程的研究方向也由淺表向深部、由穩定地層向不穩定地土層過渡,因而巖土工程的施工技術也必須有更進一步的提高與發展。
我國從20 世紀50 年代開始引進凍結工法,經幾十年的探索和實踐、研究,凍結工法已日臻成熟與完善,但其服務對象主要是煤礦立井建設,20 世紀90 年代,我國在上海市政工程中開始嘗試凍結工法,已取得了較為豐富的施作經驗。
廣州市政工程建設的發展,特別是地鐵施工工期緊、規模大, 遭遇的地層越來越復雜,越迫切需要有新的適應性強的工法為其服務。經努力,完成宣傳推廣和技術儲備工作,凍結工法終于得到了推廣應用。我們先后組織了海公區間隧道地層加固和越秀公園車站凍結隔水施工,取得成功,但也存在著不足,體會是深刻的,總結過去是為了以后更好地發展和推廣工法。
2 工程概況
2.1 海公區間
海公區間隧道凍結加固工程:海公區間隧道工程建設中,在工作面掘進至ZD K12 + 696. 6 里程附近,廣州貿易大廈門前出現大面積的塌陷,使掘砌施工停止下來,嚴重影響到交通商貿、地面管線和設施的安全,更危及大廈建筑基礎,雖對塌陷區進行了注漿加固,但地層仍不穩定,繼續施工風險依然存在,施工工期無法得到保證。經專家反復論證評審,確定采用凍結工法進行地層加固。施工工期2000 年1～5 月。凍結加固區域從里程ZD K12 + 696. 6～ + 740 , 全長43. 4m , 沿隧道軸線對稱布設凍結孔,兩邊邊排間距8. 0m 。
凍結孔的深度是依隧道走向、坡間具體確定,兩邊排孔伸入中風化3. 0m , 以形成凍土隔水墻,中部依隧道外緣結構埋深,深度提高0. 5m 布孔形成上覆凍土加固蓋板,同時保證加固區域首端與已襯砌的隧道結構封合,尾部進入滲透能力小的地層,以實現較好的封水和固巖。
2.1.1 工程特點
(1) 該工程為廣州市政首例凍結工法施工,且為搶險工程,位于繁華鬧市區,社會效應明顯。
(2) 凍結區域延至貿易大廈建筑基礎,必須對基礎樁等采取保護措施,采用斜孔凍結熱水孔循環保護。
(3) 采用局部凍結,分區分期組織施工。
(4) 凍土體系滿足加固地層和封水的要求。21112 設計參數
經2# 措施井施測實例表明,三角形聯系測量精度較高。由精度分析知,該隧道終點的點位中誤差優于設計限差,則控制導線點C′、D′坐標值可作為隧道中線精密導線測量的起算值。6 主隧道的施工控制測量及檢測主隧道(含斜井) 的掘進測量控制,斜井口附近埋設一組(3 個) 導線控制點(2 個測回),然后進行坐標傳遞至井下,主隧道每掘進20～50m 選擇通視良好、頂板牢固、無淋水、工件安全以及隧道轉點處布設施工控制導線點,每掘進300m 左右,從起始邊起埋設基本控制導線點。考慮到隧道沿線豎井較多,在主隧道掘進施工到豎井位置時,豎井同時施工到位,這樣可以利用施工完 后的兩個豎井采用兩井定向檢測施工控制導線點,若檢測其誤差在允許范圍內可以繼續進行掘進施工。
7 效果與體會
實踐證明,該工程采用的洞內外豎井聯系測量與洞內控制測量,方法是成功的。從1# ～2# 井段、1# ～ 斜井段、2# ～B 標段接頭的貫通情況看,其中心點位置均達到了設計及規范要求,特別是1# ～2# 井段140m 實現了對接誤差為5mm 的高精度,充分說明了我們的測量方法是合理的、正確的。同時我們也認識到,在小斷面隧道施工測量工作中要得到很好的效果,還必須做到:想全面、勤觀測、細檢查、嚴要求,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前方,原設計人工挖孔樁與砼帷幕墻支護結構,在進行人工挖孔樁施工時,挖深15m 即呈現底鼓、涌水,30m 深深樁無法完成施工,施工進展十分緩慢。且以太大廈建筑已出現裂縫等破壞跡象,為了保護以太廣場的安全,保證26m 深的車站基坑安全施工,經廣州地鐵設計院、隧道局和建設方三方聯席會議確定采用凍結側壁封水方案:凍結深度30m , 施工工期2000 年7～12 月。凍結孔布置在方形車站結構的外圍,全長191m , 一次凍結全深,形成具有隔水功能的側壁凍土墻。
2.1.2.1 工程特點
(1) 該基坑周長191m , 凍結深度30m , 為當時國內面積最大的凍結支護基坑。
(2) 凍結的功用是滿足26m 深度基坑開挖時側壁封水,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,環境條件影響大。
(4) 在凍結法施工前,人工挖孔樁施工至15m 深左右管涌底鼓現象明顯,30m 深樁無法完成施工,采用粉噴和高噴固結地層, 效果不明顯。
(5) 現場只能提供500kVA 的供電,限制了制冷設備的投入。21212 設計參數(見表1)
表1 設計參數一覽表
3.1 海公區間
(1) 鉆孔施工:2000 年元月開始組織施工。該區雜填層,雜填硬物太多,粒徑大,嚴重影響鉆孔質量和工期,斜孔施工難度大,地下管線、下水管道復雜,漏漿特別嚴重等,經采取措施共完成252 個鉆孔。
(2) 凍結施工:根據工期要求結合鉆孔施工情況和環境條件, 選擇制冷能力大體積小的制冷設備,2000 年3 月開始Ⅰ 區凍結, 4 月初恢復隧道掘砌,經施工組織優化,凍結施工滿足連續掘砌要求,5 月1 日安全順利完成43. 4m 凍結段掘砌施工。
(3) 工程效果:
① 組織施工期間,沒有造成交通的堵塞和對商貿活動的影響。
② 進行施工工期的控制,并實現提前工期13 天。
③ 實現安全開挖,工作面“干”作業,砼結構施工質量保證。
④ 停凍后完成凍結管的回收和充填,保證了地表穩定,真正體現了“綠色土木工程”的特點。
⑤ 成功的應用凍結工法,奠定了凍結工法在廣州市政建設中應用的基礎。
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題是粉細砂地層,縮徑和泥漿砂性化嚴重,經采取相應措施,最終完成鉆孔196 個,測溫孔3 個,鉆孔質量良好。
(2) 凍結情況:2000 年9 月初開始凍結施工,受供電條件的限制, 制冷設備投入有限, 受氣溫影響(28 ℃), 制冷溫度在-20 ℃,交圈時間長,11 月初凍結壁發展達設計要求,開始豎井和孔樁施工。
(3) 掘進情況:該凍結基坑挖深26m , 人工挖孔樁深度27～ 30m(深樁) 。凍結壁形成后,先進行基坑內西南側豎井的開挖,豎井開挖期間,經對揭露面溫度觀測,凍土壁發展良好,28m 深豎井安全掘砌到底,并穿過近1m 厚的凍土墻向坑外延深。向坑外延深以后,工作面即出現漏水及涌砂,情形嚴重并造成附近的建筑大廈出現嚴重的傾斜,由此可見豎井施工期間凍結隔水效果即是良好的。進行人工挖孔樁施工時,我們也進行了樁內觀測:
① 樁內靠凍結壁一側溫度低、土硬,部分已出現凍土,靠近基坑內側溫度高、土質軟。
② 樁內工作面靠凍結壁側無滲水痕跡,但挖土至27m 深附近,出現不同程度地底鼓(管涌),挖土越深情況越嚴重。勉強能完成淺樁的施作。
③ 通過對凍結壁溫度場監測并分析,此時凍結壁厚度已達0. 7～1. 0m , 滿足側壁封水要求。
越秀車站凍結隔水工程:經工程監測和工作面檢測結果分析,凍結壁的形成和發展已滿足設計要求,孔樁的施工情況說明了30m 以上段側壁封水是成功的,但凍結壁的存在不能保證27 ～30m 的孔樁的安全施工(針對26m 深基坑,凍結壁的側面封水應是有效的),我們認為為了人工挖孔樁的安全施工,凍結深度理應加深5～10m 。
4 體會和總結
(1) 廣州地鐵建設的發展,施工要求越來越高,凍結工法具有適應各類特殊地層且封水可靠、,凍土強度高的特點,一定有廣闊的應用前景。
(2) 要充分考慮各方面環境因素的影響,特別是氣溫高、地層溫度高的特點,裝機容量要大,且富裕系數宜> 0. 3 。
(3) 設計目標要明確,而且要保證正確。海公區間加固工程充分考慮了地質條件,正確設計,精心組織施工,效果良好。越秀公園車站由于凍結帷幕封水目的不準確, 雖形成設計要求的(30m 凍深) 凍結壁,但沒有能保證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實的,施工現場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境因素,合理設計,精心組織,保證質量與工期。
(5) 在廣州市政進行凍結工法的組織施工,還需要加強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,其裝機容量偏小,致使凍結時間長、凍結深度淺,不能保證支護深孔樁的施工。我們認為在今后的市政工程中,條件不允許時我們寧可不去推廣工法,也不能勉強去組織施工,留下遺憾,這是對工法的一種“沖擊”,讓施作者無功而返。總之,我們要認清市政工程的施工特點,正確對待、準確設計、精心施工,在廣州市政建設中,凍結工法的應用前景仍是廣闊的。
原作者：陸衛國,林稚華
