CN102619522A - 一种地铁联络通道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于热导率小、隔热保温作用强的巨厚新生界地层区域的地铁联络通道施工方法，施工准备、冻结孔施工、冻结、通道与集水井开挖与支护与壁后充填注浆五个阶段，具体包括如下：首先进行施工准备工作，然后在确保冻土帷幕厚度的情况下，开设冻结孔，在冻结孔喇叭口上部增设短距离冻结孔，采用二次开孔技术拆除通道口预留钢管片；再冻结系统正常运转后进入积极冻结，在冻土帷幕达到设计要求后，冻结系统进入维护冻结；完成以上工序后，进入通道与集水井开挖与支护阶段；最后浆管预埋并充填注浆。本施工方法降低了施工难度，增加了工程的安全性、可靠性，同时缩短施工周期，提高施工效率的同时保障工程质量。

Description

一种地铁联络通道施工方法

技术领域

本发明涉及一种地铁施工技术，尤其涉及一种针对特殊地质情况的地铁通道施工方法。 

背景技术

联络通道及泵房一般位于两站区间隧道中间最低部，为了在地铁列车运营中发生意外安全事故时需将旅客迅速、方便地疏散至另一区间或安全地带，同时为便于区间隧道内积水的汇集和排放。尽管地铁的修建已有约100多年的历史，但因联络通道埋深较大、地质水文情况较复杂且受隧道施工场地和施工周边环境所限等客观情况，其施工技术含量高、难度大，故而其施工方案总难令人十分满意。当前国内外的联络通道施工方案主要局限在顶管法、矿山法、管棚法、类矿山法等几种，但当这几种传统方法应用于热导率小、隔热保温作用强的巨厚新生界地层区域的施工时，在隧道冻结孔冻胀危害、涌水涌砂以及冻结孔密封性上均存在问题，影响工程整体安全。 

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种适用于热导率小、隔热保温作用强的巨厚新生界地层区域的地铁联络通道施工方法，其特征在于包括以下步骤： 

1、施工准备：安装通风设备，砌泥浆挡墙，建立施工坐标，进行钻孔定位； 

2、冻结孔施工：在确保冻土帷幕厚度的情况下，钻孔的偏斜控制在0-1.0％，在冻结孔喇叭口上部增设短距离冻结孔，结构开挖区域内孔间距为1m-1.6m，采用二次开孔技术拆除通道口预留钢管片，水平钻孔施工时，对于两个对穿孔采用跟管钻进的方法，以钻孔取代钻杆，使用经纬仪对冻结孔进行测斜检测； 

3、冻结：包括布置冻结制冷设备与冻结站，管路连接、保温与测试仪表安装，溶解氯化钙和机组充氟加油，设备调试与试运转，冻结系统正常运转后进入积极冻结，一周内盐水温度降至-20℃以下，且在冻土帷幕达到设计要求后，冻结系统进入维护冻结； 

4、通道与集水井开挖与支护：包括通道掘进与临时支护、通道永久支护、集水井开挖与临时支护、集水井永久支护，其中临时支护采用钢支架加木背板的支护方式，外挂钢丝网再喷混凝土支护找平； 

5、壁后充填注浆：包括注浆管预埋，充填注浆，其中注浆压力在0.1-0.3Mpa之间，融沉注浆在停止冻结2～3周后，由地泵通过导管将混凝土输送入模，分段浇注。 

本发明的有益效果为：在联络通道喇叭口上部增设短距离冻结孔，这样既降低了施工风险，又避免了过渡冻结而造成的冻胀危害。在钻机钻透隧道管片时和夯管锤夯管时，通过采 用二次开孔技术，增加了一道密封措施，降低了涌水涌砂的事故发生率，从而很大程度地提高了冻结孔施工的安全性。用经纬仪取代地质罗盘仪进行冻结孔测斜检测，极大地提高了检测精度，将终孔质量检测精度降到6″以内，保证了冻结孔成孔质量。通过补孔等措施，确保了冻结孔间最终间距，确保了冻土帷幕的最终质量。在挖掘支护阶段，通过改变临时支护方式，降低了施工难度，增加了工程的安全性、可靠性，同时缩短施工周期，提高施工效率的同时保障工程质量。 

具体实施方式

天津的地层为热导率小、隔热保温作用强的巨厚新生界地层，天津地铁一号线土城至南楼盾构区间隧道工程采用本发明进行施工，具体步骤如下： 

(1)施工准备 

1)要求提前供电到联络通道施工场地附近，并清理隧道及施工场地，保证施工通行顺畅。 

2)在隧道内铺设两趟2″水管至联络通道施工工作面，用于冻结孔施工供水、排污和冻结时的供、排水。在联络通道施工工作面安装排污泵和排水泵各一台。在端头井中安装流量40m³/h潜水泵1台，在施工工作面安装流量40m³/h的排污泵1台。 

3)安装两台7.5kw的轴流风机，用于隧道通风。 

4)用16#工字钢管搭建长约35m宽2.8m的钻孔和冻结施工平台，上铺厚6cm、长2～3m的木板，并安装钻机施工架。 

5)在联络通道施工工作面两端砌高约0.5m的泥浆挡墙，保证冻结孔施工时隧道内施工环境整洁。 

6)施工设备进场。由于隧道内受空间限制，对施工的影响大，应合理安排施工设备运抵安装地点的时间顺序。 

7)建立测量控制网和施工坐标点，测量左右线钢管片位置，核定联络通道的方位角。 

8)现场放样钻孔位置，进行钻孔定位。 

(2)冻结孔施工 

1)冻结管、测温管、卸压管和供液管规格 

冻结管选用的ф89×8mm低碳无缝钢管，单根管材长度以1～2m为宜(视钻机与水泥管片距离而定)。 

测温管和泄压管材质同冻结管。供液管采用1.5″焊接钢管。 

2)打钻设备选型 

用夯管法施工选用1台H190型夯管锤和1台6m³/min空压机，电机功率为37kw。 

水平钻进法钻进法施工冻结孔选用1台MKD-5S型钻机和1台BW-250/50泥浆泵。钻机和泥浆泵总功率为48kw。 

3)冻结孔钻孔偏斜与终孔控制 

①根据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔。孔位布置偏差不大于100mm。冻结孔孔径为Ф95mm。 

②为了保证夯管精度，开孔段是关键。夯进前2m时，反复校核冻结管方向，调整夯管机位置，并用精密罗盘或经纬仪检测偏斜无问题后方可继续夯进，冻结孔施工结束后用经纬仪进行孔斜测量。 

③在确保冻土帷幕厚度的情况下，钻孔的偏斜宜控制在1.0％以内，以控制钻孔间距为最终目标，结构开挖区域内孔间距不得大于1.6m，否则应补孔。通道两侧冻结孔钻进深度以钻头碰到对侧隧道管片为准，通道上下方冻结孔钻进深度不小于设计深度，不大于设计深度0.5m。 

4)冻结孔开孔 

冻结孔开孔采用Ф120mm金刚石取芯钻。每个钻孔安装孔口管，孔口管用ф121×6mm无缝钢管加工，孔口管头部车250mm长的鱼鳞扣，安装时在鱼鳞扣外面缠绕麻丝并涂抹锚固密封胶。钻进时，在孔口管尾端连接孔口密封装置。安装孔口管时管片要留100mm以上的保护层。如冻结孔位置为钢管片，则将孔口管直接焊接在钢管片上。冻结孔开孔采用二次开孔工艺。 

5)冻结孔钻进与冻结器安装 

①按冻结孔设计方位要求固定夯管机导轨，调整夯管方向。 

②压紧孔口密封装置，打开孔口阀门，开始夯管。 

③冻结管下入孔内前要先配管，保证冻结管同心度。夯好冻结管后，用测斜仪进行测斜，然后复测冻结孔深度，并进行打压试漏。冻结孔试漏压力控制在0.7～1.0MPa之间，稳定15分钟压力无变化者为试压合格。 

④冻结管安装完毕后，截去露出隧道管片的孔口管，并用堵漏材料密封冻结管与孔口管的间隙。测温孔施工方法与冻结管相同。 

⑤在冻结管内下入供液管。供液管底端连接0.2m长的支架。然后安装去、回路羊角和冻结管端盖。 

⑥冻结孔成孔后立即进行孔口注浆，然后拆卸孔口密封装置。 

冻结孔施工采用夯管法和水平钻进法下冻结管，杜绝钻孔涌水喷砂问题，根据本工程的施工特点，在冻结孔施工时，施工对穿孔选用水平钻机施工，其他冻结孔选用夯管锤夯进。 

(3)冻结制冷系统安装 

1)冻结制冷设备选型与管路设计 

①选用YSLGF-300型冷冻机组1套，当盐水温度为-26℃，冷却水温度26℃时，其最大制冷量约为86000kcal/h。冷冻机组电机总功率为102kw。 

②选用200S42A盐水循环泵1台，流量198m3/h，扬程43m，电机功率37kw。 

③选用IS125-100-250冷却水循环泵1台，流量100m3/h，扬程20m，电机总功率11kw；DBNL3-50型冷却塔2台，电机总功率6kw。 

④设盐水箱一个，容积6m3，盐水干管和集配液管均选用ф159×5mm缝钢管，集、配液管与羊角连接选用2″高压胶管。冷却水管用5″焊管，冷冻板用1.5″管加工。 

⑤在冷冻机进出水管上安装温度传感器，在去、回路盐水管路上安装压力、温度传感器和控制阀门。在盐水管出口安装流量计。在盐水箱安装液面传感器。 

⑥在配液圈与冻结器之间安装阀门二个，以便控制冻结器盐水流量。 

⑦在盐水管路的高处安装放气阀，在去回路盐水干管上安装闸阀。 

⑧盐水和清水管路耐压分别为0.6MPa和0.3MPa。 

⑨冻结施工冷却水用量为15m³/h，最大总用电量约171kw。 

⑩冷冻机油选用N46冷冻机油，制冷剂选用R22制冷剂，冷媒剂选用用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水，盐水比重为1.260～1.265。 

2)冻结站布置与设备安装 

冻结站设在联络通道附近隧道内。站内设备主要包括配电柜、冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及清水池等。 

3)管路连接、保温与测试仪表安装 

盐水和冷却水管路用法兰连接，并用管架架设在施工平台上或隧道管片上。盐水管路要离地面安装，避免浸水和高低起伏。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温层厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，联络通道四周的冻结孔每2至4个孔一串联，短孔可以6至7个孔一串联，串联尽量间隔进行。 

在对侧隧道管片内侧冻结加固范围内敷设冷冻板，敷设方法为用膨胀螺栓和压板直接固定在管片上。冷冻板与穿透冻结孔之间用胶管连接，并铺设50mm厚的聚苯乙料烯泡沫塑保温板。 

冷冻机组的蒸发器及低温管路保温用软质泡沫塑料或棉被并铺设一层塑料薄膜。盐水箱、盐水干管和冷冻板表面用50mm厚的聚苯乙烯泡沫板保温。 

温度计、压力表和流量计安装要按有关规范进行。 

4)溶解氯化钙和机组充氟加油 

先在盐水箱内注入约1/4的清水，然后开泵循环并逐步加入固体氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。溶解氯化钙时要除去杂质。盐水箱内的盐水液面高度为盐水箱高度的2/3，避免因冻结管内盐水回流时溢出盐水箱。 

机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。 

5)积极冻结与维护冻结 

①冻结系统试运转与积极冻结 

设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，根据冻结监测情况调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。要求一周内盐水温度降至-20℃以下。 

②维护冻结 

通过测温孔温度及探孔检查，确认冻土帷幕达到设计要求后，冻结系统转入维护冻结。 

在开挖和结构施工期间不允许提高盐水温度。从开挖到施工结构层前，盐水温度宜保持在设计值的范围。 

维护冻结过程中，要与积极冻结时一样进行冻结施工监测，确保冻结系统运转正常，及时分析冻土帷幕的温度变化。 

在开挖过程中，每天监测暴露冻土帷幕的表面温度和位移量，如发现局部冻土帷幕温度较高、变形较大，采用串接管道泵的方法加大对应位置的冻结孔流量。开挖期间，不允许提高盐水温度和减小盐水流量。 

③停止冻结 

浇筑完混凝土结构层后即可停止冻结，并进行自然解冻。 

(4)开挖构筑 

1)打开钢管片 

加固土体强度达到设计要求及准备工作就绪后即可打开钢管片。钢管片可以用千斤顶及手拉葫芦拉开。开管片时，准备2台32t千斤顶，5t和2t手拉葫芦各一个。两台千斤顶架在被开管片两侧，中间用一根横梁同钢管片直接相连，通过顶推横梁向外推拉钢管片，5t葫芦作为主拉拔管片用，一端钩住欲拆管片，一端套挂在对面隧道管片上，水平方向加力向外(隧 道内)拉拔管片。2t葫芦悬吊在欲拆管片上方管片上，一端钩住欲拆管片，以防管片拉出时突然砸落在工作平台上。在用千斤顶及5t葫芦拉拔期间要注意观察管片外移情况，并随时注意调整2t葫芦拉紧程度和方向。因管片锈蚀拉出困难时，应用大锤锤振管片，减小拔出拉力。 

2)土方开挖 

根据工程结构特点，联络通道开挖，采取分区分层方式进行施工，施工顺序为先开挖通道土方，后扩喇叭口，最后在通道混凝土浇注完成后，开挖集水井土方。 

开挖采用短段掘砌技术，开挖步距控制在0.3～0.5m，两端喇叭口处断面较大，为减轻开挖对隧道变形的影响，开挖步距控制在0.3m。由于冻土强度高，韧性好，普通手镐无法施工，需采用风镐掘进。为了提高掘进效率，加快施工进度，缩短冻土暴露时间，风镐尖需做特殊处理。另外，在冻土中掘进，环境温度在0℃以下，输风管路及风镐中的冷凝水容易结冰，影响风镐的正常工作，每个掘进班配备5～6把风镐，以避免风镐不能正常工作而影响施工进度。在掘进施工中根据揭露土体的加固效果及施工监测信息，及时调整开挖步距和支护强度，确保安全施工。 

3)临时支护 

临时支护支护层采用预应力钢支架加木背板，并挂网喷射混凝土找平。 

通道支撑为直腿圆拱封闭框架，除拱部用18#槽钢外，其他用18#工字钢。为增加支架的稳定性，每道支架中部加有一根横撑，拱形支架的间排距与通道的开挖步距相对应为0.3～0.5m，相邻支架间加设纵向拉杆，以增加整个支护体系的整体性和稳定性。集水井支护用矩形钢支架，也用18#工字钢制作，支架间距为0.5m，上下两排支架间由8根拉杆相互连接。如开挖面冻土变形，在支撑框架内可增设横向支撑或支柱加强，以增加支架的整体稳定性及抗变形能力。钢支撑与冻土之间加木背板，木背板厚度为50mm，木背板后空隙充填黄泥砂或冻土。 

4)防水层施工 

①无纺布缓冲层：将无纺布铺设在处理好的基层上，搭接边5cm，搭接边用热风焊枪焊接即可，两侧射钉固定若干防水材料专用垫片，将无纺布固定在垫片下。 

②ECB和SBS卷材防水层：施工时，按照施工设计图纸，首先要进行预铺，把自然疏松的卷材按轮廓布置在基层上，平整顺直，不得扭曲，搭接宽度为7cm，并进行适当地剪裁；固定两侧部位，用热风焊枪将卷材与专用垫片焊接在一起； 

焊接每一个搭接边，采用手持焊接机焊接，压辊与焊嘴平行并保持大约5mm的距离。焊接边缘应有熔浆溢出，呈亮色，不应出现烧焦现象(即有黄色溢出物)。焊接缝的接合面应干净、 干燥；施工前进行精确放样，尽量减少接头，搭接宽度宜为50mm，焊缝有效焊接宽度不应小于30mm。在立面与平面的转角处，卷材的接缝应留在平面上，距立面不应小于600mm。 

③防水板采用无钉铺设，衬砌为梅花型布置，间距拱顶0.7×0.7m，边墙1.0×1.0m，不在防水板上钉明钉。防水板接缝采用自动热融机进行双焊缝焊接。防水板接缝搭接长度70mm，焊接宽度为10mm。 

④无纺布保护层：将无纺布铺设在ECB防水卷材上，搭接边5cm，搭接边用热风焊枪焊接即可，隔适当距离用ECB卷材片点焊到下面的ECB卷材上，以固定无纺布。 

5)砼结构层 

结构层为钢筋混凝土结构。为减少混凝土施工接缝，联络通道开挖及支护层完成后，一次连续浇筑。由于结构的特殊性，通道顶板内的混凝土浇筑较为困难，为提高结构施工质量，采取地泵送砼、导管分段浇筑的施工方式，采用喷浆机对浇筑空隙进行充填。施工完通道结构后开挖集水井，集水井开挖到设计深度后先浇筑集水井底板，然后一次完成集水井的钢筋混凝土浇筑施工。 

①止水带施工：喇叭口部位全部刷扩至设计尺寸、支护层完成后，按照设计图纸进行止水带施工。止水带是用粘接剂沿着支护层断面内侧直接粘到隧道管片上，粘接前必须对管片采用特殊溶剂进行清洗，止水带一定要粘牢，不能留有空隙。 

②集水井与通道底板交接缝处理：在钢筋搭接绑扎前应将通道与集水井接茬部位凿成毛面，确保混凝土粘接性及止水性，并在接茬中部埋设30×10mm水膨胀橡胶止水条。由于接茬部为结构施工的最后一道工序，混凝土浇筑施工难度大，混凝土浇筑充填封闭后，采用外部震捣，保证结构空隙充填密实。 

③钢筋绑扎：钢筋间排距应严格按结构设计图纸进行绑扎，钢筋搭接部分应调直理顺，绑扎牢固，搭接部分长度应符合设计要求，在结构混凝土与钢管片接触部位应按规定焊接锚筋，且纵筋与钢管片搭接处应采用T形焊接。 

④立模板：模板选用钢模，模板就位前，应在模板上均匀涂刷脱模剂，按结构特征顺序安装模板，并检查模板的垂直度、水平度、标高以及钢筋保护层的厚度。校正合格后，将模板固定。 

⑤浇筑混凝土：结构层采用商品混凝土，其强度等级应比设计高C5。混凝土由溜灰管输入端头井下手推车或直接装手推车提放井下，推至工作面用人工法将混凝土送入支好的模板内并用插入式振捣棒反复均匀振捣。每次浇筑混凝土时在现场用试模制成标准试块，用于检测混凝土强度及抗渗性。浇灌混凝土时埋设注浆管进行后期地层注浆。 

6)冻结孔密封 

截去露出隧道管片的孔口管和冻结管，然后在孔口管管口焊接5mm厚的钢板。 

(5)后期注浆 

1)注浆管预埋 

在开挖临时支护时，预埋φ40mm注浆管，作为中层注浆管，深度至木背板后，做永久结构时，接长至结构表面，注浆管中间部位焊接止水钢板，穿墙管防水措施按设计要求施工，端部留管箍接头，并用丝堵堵死，模板拆除后，凿出注浆管，接上阀门即可注浆；做结构施工时，在结构层与支护层之间埋内层注浆管，以做充填注浆之用。 

2)充填注浆 

充填注浆在结构完成达到规定时间后进行。注入单液水泥浆，注浆材料为32.5号水泥，水灰比0.8∶1～1∶1。注浆压力不大于0.3Mpa。注浆方式为自下而上，先打开所有阀门，注底层注浆孔，待上一层注浆孔返浓浆时，停止本层注浆，进行上一层的注浆。 

顶部的4排注浆孔在最后完成，其注浆量也较大，每孔注浆量为2m³。 

充填注浆采取间歇方式，共注浆2～3次。 

3)融沉注浆 

融沉注浆在停止冻结2～3周后，根据地面和隧道监测情况、地表沉降变化量进行跟踪注浆。用风钻从预埋的中层注浆管内钻孔，钻孔深度为进入土层1m，然后插入Ф32mm注浆管，或者直接用振动法插入注浆管，孔口接上特制的孔口密封装置，注入双液浆；也可利用泵站旁管片上预留的注浆孔进行注浆。 

4)注浆措施 

严格控制注浆压力和注浆量不超过设计范围，结合监测数据，按照少注多次的原则，逐步控制地层沉降趋于稳定。 

注浆管端部的接头丝扣应检查完好无损，阀门密封可靠，在出现孔口喷泥水时能及时关闭。并准备一些木楔，在丝扣失灵或阀门关闭不严时能堵塞孔口。 

注浆时监测隧道变形，保证在注浆压力作用下变形量在设计允许范围内，防止注浆压力对管片的影响。 

5)注浆设备 

主要注浆设备及用具如下：KBY双液注浆泵1台、手压注浆泵1台、搅拌机1台、储料桶3个、混合器2套。 

Claims (1)

1.一种适用于热导率小、隔热保温作用强的巨厚新生界地层区域的地铁联络通道施工方法，其特征在于包括以下步骤：

施工准备：安装通风设备，砌泥浆挡墙，建立施工坐标，进行钻孔定位；

冻结孔施工：在确保冻土帷幕厚度的情况下，钻孔的偏斜控制在0-1.0％，在冻结孔喇叭口上部增设短距离冻结孔，结构开挖区域内孔间距为1m-1.6m，采用二次开孔技术拆除通道口预留钢管片，水平钻孔施工时，对于两个对穿孔采用跟管钻进的方法，以钻孔取代钻杆，使用经纬仪对冻结孔进行测斜检测；

冻结：包括布置冻结制冷设备与冻结站，管路连接、保温与测试仪表安装，溶解氯化钙和机组充氟加油，设备调试与试运转，冻结系统正常运转后进入积极冻结，一周内盐水温度降至-20℃以下，且在冻土帷幕达到设计要求后，冻结系统进入维护冻结；

通道与集水井开挖与支护：包括通道掘进与临时支护、通道永久支护、集水井开挖与临时支护、集水井永久支护，其中临时支护采用钢支架加木背板的支护方式，外挂钢丝网再喷混凝土支护找平；

壁后充填注浆：包括注浆管预埋，充填注浆，其中注浆压力在0.1-0.3Mpa之间，融沉注浆在停止冻结2～3周后，由地泵通过导管将混凝土输送入模，分段浇注。