杨 志 刚

(北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013)

1 工程概况

杭州地铁7号线市民中心站～奥体站区间为地下双洞单线盾构区间，区间左线全长2 323.439 m，右线全长2 323.567 m。本区间在YDK6+663.740处设置1号联络通道及泵房，线间距12.96 m，隧道中心埋深32.65 m；在YDK7+295.000处设置2号联络通道，线间距12.00 m，埋深29.83 m；在YDK7+822.000处设置3号联络通道，线间距12.00 m，埋深23.01 m。3处联络通道及泵房均采用冷冻法施工，其中1号联络通道及泵站、2号联络通道在钱塘江下方；3号联络通道位于江南地段。钱塘江江底地面标高在0 m左右，江面水深5 m左右。

2 地质条件

3 工程风险分析

3.1 地质条件风险

1)1号联络通道兼泵站、2号联络通道埋深较深，且处于钱塘江江底，水土压力较大，冻结壁厚度和强度要求高，工期要求更长，冻结薄弱位置尤其是联络通道与隧道交界处易产生渗水通道，冻结效果不佳有管涌、流砂风险，严重时，甚至发生江水倒灌，造成淹井事故。2)1号联络通道兼泵站处于4圆砾层中，渗透系数高达8×10-2cm/s，透水性强，因上部存在相对隔水层⑨21粉质黏土层，故该地层为承压水风险地层，且该承压水头较高，一旦上部相对隔水层被击穿并与钱塘江产生水力联系，极易发生透水事故。因此，在冻结造孔阶段和开挖阶段，是联络通道施工过程中的两大致命性风险点。3)4圆砾地层级配差，粒径大，冻结管由于不均衡受力和反复磨损，钻孔过程中易发生大面积断管、冻结管损伤等风险；积极冻结阶段，受损伤的冻结管在低温下易发生脆断，造成盐水渗入地层破坏冻结壁。此外，砂卵石地层中开挖速度较慢，工期较长，冻结壁暴露时间长，对冻结壁不利。4)停冻后，砂卵石地层中冻结壁化冻快，且隧道管片热交换剧烈，联络通道喇叭口与隧道管片交界面处温度骤升，此处冻结壁极易被击穿而产生渗漏水现象，冻结管割除过程中承压水极易沿着冻结管与孔口管间的环形空间形成涌水通道，存在涌水涌砂的风险。5)本区间的地层条件尽管不大利于大规模浅层天然气贮存，且勘探过程中亦未揭露浅层天然气，但不能排除局部囊状天然气体的存在。开挖过程中，由于伴随着频繁的电焊、气割等动火作业，存在爆炸或火灾等灾害风险，开挖过程中对于可燃气体的监测必不可少，同时应做好相应的应急预案。6)1号、2号联络通道均处于钱塘江江底以下，钱塘江水位潮起潮落可能引起受其补给的地下水的流动，当地下水流速超过5 m/d时，冻结壁的形成将受到不同程度的影响，因此，冻结施工前，应充分考虑潮汐作用对地下水流速流向的影响，同时，南岸邻近区域有大量在建工程，降水现象较多，冻结施工前，应高度重视地下水流速流向对冻结壁形成的影响，并可采取地下水流速流向原位测试等措施，以确保冻结安全。此外，钱塘江江水及下卧土层的含盐量亦对冻结壁的形成影响重大，冻结施工前应做好水样和土样的化验工作。

3.2 环境控制风险

盾构隧道管片尤其是混凝土管片，对于钻孔期间的取芯削弱效应、冻结过程中的冻胀效应、泄压孔泄压及开挖过程中的卸载效应、停冻后的融沉效应等反复扰动，收敛变形较为敏感，变形控制尤为严格，且因地处承压水地层，一旦收敛变形过大，管片错台，存在隧道漏水漏砂等风险。

3.3 结构施工质量风险

联络通道二衬结构施工时，受运输和浇筑空间限制，拱顶部位混凝土浇筑密实度难以保障，振捣效果不理想，易导致混凝土浇筑质量问题。且因该联络通道外部地层的风险性大，二衬结构渗漏水风险较大。二衬结构施工完成后，充填补偿注浆尤为关键。

4 风险防范技术措施

4.1 冻结壁保障技术措施

1)在冻结壁设计方面，应采用更为保守的平面弹性力学计算模型[1]，同时，提高冻土各项物理力学性能指标的安全系数，以提高安全赋予度，确保冻结壁的安全性。2)强化冻结孔布置，优化冻结布孔格局，在严格控制冻结孔间距的同时，左右侧墙部位可采用双排梅花式布孔格局。同时，联络通道顶部采用3排梅花式布孔格局，并将主冻结面的第三排冻结孔延伸至对侧隧道顶部正上方200 mm～500 mm处，增大对侧隧道顶帮冻结壁与隧道管片的搭接面积。同理，主、辅冻结面底部均采用双排梅花式布孔格局，主、辅两隧道底部上排冻结孔形成“V”字形搭接，以确保冻结帷幕的封闭性。3)为防范冻结壁与隧道管片交界面因换热剧烈而产生冻结弱区，在主冻结面隧道管片处采用密贴加厚型保温层，通过胶粘的方式保证贴合度，在冻结辅面隧道开挖面两侧采用6排间距400 mm加密型密贴冷板。同时，在两隧道的冻结壁边界外2 m处均设置挡风帘，削弱隧道内的空气流动性，防范冻结壁与隧道管片交界面处冻结弱区的产生。4)强化过程监控，加强冻结壁形成的均匀性调节，通过持续的冻结壁温度监测与冻结壁形成预测，对比开挖荒径四周冻结壁发展的均衡情况，并根据冻结壁发展的薄弱环节针对性的采取如加大该部位冻结孔盐水流量等措施，冻结壁交圈后，应密切关注泄压孔压力和隧道收敛等变形监测。在开挖阶段，通过密切监测开挖暴露面的井帮温度及掌子面温度，持续跟踪冻结壁状态，并配合初期支护收敛变形监测、隧道变形等监测情况及时调整开挖步距，必要时采用初期支护后加敷保温层等措施。5)加强设备维护，确保备用设备和备用电源。为防范开挖期间的设备故障风险和停电风险，冻结期间应强化设备巡视与维护，一旦主设备故障或停电，确保在6 h内启动备用设备及备用电源，以保障冻结壁的安全。

4.2 含砂地层管涌、流砂防范措施

1)冻结造孔施工前，先利用隧道管片预留注浆孔对联络通道前后各10环隧道管片进行管片壁后预注浆，尤其针对冻结孔开孔区域，应采用双液浆注浆方式，水泥浆与水玻璃浆按1∶1的配比配备，注浆量按量控制，以可在开孔区域管片壁后形成100 mm厚注浆层为准。2)采用二次开孔方式，一次开孔仅取芯200 mm，并安装缠有止水麻丝的孔口管，孔口管上安装球阀后方可进行二次开孔，正式钻孔前须先压上压紧装置，在压紧装置内满布牛油盘根，以防止钻进[2]时孔口涌水涌砂。3)冻结管钻进达到设计深度后，通过孔口管处旁通阀注浆封孔，以防范冻结管、孔口管、管片三者之间的缝隙涌水涌砂。

4.3 卵石层冻结管断裂防范技术措施

钻机钻具选用方面，应选用小扭矩、低给进力、大转速钻机，钻头应采用凸面三翼钻头，同时，配制比重和粘度适宜的泥浆，兼做润滑剂和护壁泥皮的作用，可防范钻孔时卡钻和抱死导致冻结管焊缝损伤的风险。砾石地层钻孔过程中，掺入一定比重的泥浆，通过泥浆的润滑作用，保护冻结管不被砾石损伤。冻结过程中，通过调节盐水温度，避免温度骤降对冻结管造成损伤而出现断管现象。砂石地层冻结管割除过程中，地层化冻快，沿着环形空间易发生涌水涌砂现象，因此，在冻结管割除时，先不停止冷冻机，仅关闭当组阀门，其余组冻结孔维持冻结，边停冻边割除，直至全部冻结孔割除后，方停止冷冻机。

4.4 潮汐、动水及含盐土冻结应对措施

1号联络通道及泵站、2号联络通道均位于钱塘江江底以下，且周边在建工地存在降水施工的可能，潮汐作用、地下水流速超标、含盐量超标等均可导致常规冻结失效，冻结施工前，须充分考虑动水[3]的不利影响，做好地下水流速流向测试、周边600 m范围内的降水施工排查和土样水样的化验工作。此外，在冻结施工前，可利用隧道预留注浆孔先对地层进行注浆改良，减小地层渗透系数[4]；同时，加快冻结速度，配足制冷设备保证冻结壁安全有效。

5 结语

通过对江底隧道联络通道冻结施工风险分析及其应对措施的探讨，得出以下体会:1)江底隧道联络通道冻结施工应格外注意潮汐作用、降水施工等动水不利条件对冻结施工的影响，并及时采取相应措施。2)砾石地层钻孔难度大，为防止冻结管断裂，采用特定的钻头并配备一定比重的泥浆是关键。3)富水砾石地层冻结壁化冻速度快，冻结管割除时采取边停冻边割管可有效防止割管过程中涌水涌砂。