区间联络通道冷冻施工技术

【摘 要】通过郑州地铁区间联络通道冷冻法施工工艺，介绍联络通道冷冻法施工技术关键控制点，为类似工程提供施工思路。

【关键词】联络通道；冷冻法施工

引言

近年来，城市轨道交通迅速发展，地铁隧道联络大多所处城市交通主干道下方，地层土体多为粉质粘土、粉土和粉细沙，且含水丰富、水压大、渗系数大，开挖时易引起涌水、涌砂，造成开挖面坍塌、地面建（构）筑物沉降等风险。为防止风险发生以及不影响城市交通，应从联络通道施工工艺下手，目前冷冻法工艺被广泛运用，以下就冷冻法施工工艺谈一些个人体会。

1 概述

冷冻法施工就是在隧道内利用近水平管和部分倾斜管冻结加固地层,使联络通道土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土帷幕。然后在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖.

2 工程实例

郑州地铁03标段，区间左、右线中心间距15m，区间隧道联络通道结构范围内主要为粉质粘土、粉土和粉细砂层，地质条件较差。含水层主要为第（10）、(11)-1、（12）粉土及第（11）、（13）层粉砂等。本场地静止水位埋深7.2-10.0m。地下水补给主要为有降水入渗、人工用水、地表水径侧渗、径流等补给，地下水的排泄，主要为开采排泄、蒸发排泄、越流排泄和径流排泄等形式。

2.1 冻结孔布置

冻结孔沿通道四周布置,按上仰、近水平、下俯三种角度布置,联络通道冻结孔的布置均采取从左、右线隧道两侧打孔方式进行。利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层,使联络通道及集水井土体冻结,形成强度高,封闭性好的冻土帷幕。本工程区间隧道联络通道共布置冻结孔69个，设置4个穿透孔。

2.2 测温孔、压孔布置

联络通道测温孔布置8个，冷冻站侧布置2个,对侧布置6个，目的主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施，确保施工的安全。测温管长度每个2～6m，管前端焊接密封，管内不得渗水。

在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔，左线、右线各2个。在卸压孔上安装压力表，可以很直观的监测冻结帷幕内的压力变化情况，通过每日观测，及时判断冻结帷幕的形成，并可直接释放冻胀压力。卸压管长度每个3m；管前端开口，进入土体段钻孔呈梅花状,以确保冻结帷幕内的压力有效传递。

2.3 冻结施工

2.3.1 钻孔施工

钻孔的施工工序为：定孔位及孔口管安装孔口密封装置安装钻孔测量。

（1）定孔：开孔前在联络通道进行管片背后二次补注浆，以提高孔口附近土体稳定性，然后按照设计孔口位置放线，孔位布置尽量避开主筋的位置，孔位偏差不大于100mm。

（2）孔口管安装：开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度200-250mm，控制不得钻穿管片。用钢楔楔断岩心、取出后，打入加工好的孔口管,并安装闸阀及孔口密封盘根，每个孔口管要至少有4个固定点固定在管片上。

（3）钻孔：钻孔设备使用MD-50或MD80钻机一台，配用BW250型泥浆泵，钻具利用φ89×8冻结管作钻杆；冻结管之间采用内接丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度。根据旁通道施工的孔位，采用由上向下的顺序进行施工：即先施 工穿透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关的钻进参数，再按由上向下的顺序施工，这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。

正常情况下，钻进时安装简易钻头，如果钻进困难遇到砂层，为防止钻进中返砂，在钻头部位安装一个特制单向阀门，冲水钻进。

（4）测量：钻孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度的情况下，相邻终孔间距不得大于1.0m，否则应补孔。冻结孔钻进深度应不小于设计深度，不大于设计深度0.2m。

（5）冻结管：使用φ89×8mm低碳无缝钢管，冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部，进液管及系统连接管路使用φ48×4钢管或高压胶管。单根管材长度以1.0～1.5m为宜。

钻进过程中严格监测孔斜情况，发现偏斜要及时纠偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。冻结管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，压力控制在0.8Mpa，稳定15分钟压力无变化者为试压合格。

2.3.2 冻结系统安装

本工根据制冷量选用TBS410.1J冷冻机组两台，一台作为备用。根据现场施工环境，将冻结站安装在区间隧道内，靠近联络通道的位置，站内设备主要包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。

2.3.3 保温施工

冷冻机组、盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为20mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。

盐水比重为1.26～1.27，先在盐水箱内充满清水，溶解氯化钙，在送入盐水干管内，至至盐水系统充满为止，溶解氯化钙时除去杂质。

2.4 冻结系统试运转与积极冻结

2.4.1 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备要求的技术参数条件下运行。冻结系统运转正常后进入积极冻结。

2.4.2 围护冻结

在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后，可进入维护冻结阶段。

维护冻结期温度为不低于-28℃，冻结时间贯穿联络通道及泵房开挖和主体结构施工始终。

2.5 冷冻施工监测

2.5.1 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。

2.5.2 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。

2.5.3 卸压孔压力监测：监测土体冻胀压力，判定冻土交圈状况。

2.5.4 隧道变形监测：监测隧道变形状况。

2.5.5 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。

2.6 施工各阶段技术措施

2.6.1 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。

2.6.2 土体开挖过程中的预防处置措施

隧道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）在要打开的管片外加设防护门，且四周应设橡胶止水措施，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喷射混凝土，能起到支护和冻土墙保温的双重作用，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。

2.6.3 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。

3 结束语

冷冻法施工适用于各类地层，目前在地铁区间联络通道和泵房施工中得到了广泛的应用。尤其适合在城市地下管线密布，施工条件困难地段，不受地表环境及深度限制，工艺先进、安全可靠、文明施工程度高。具有良好的社会、经济效益，具有良好的发展前景。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。

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作者简介：

唐坤，男，陕西勉县人，出生于1981年03月25日，2006年毕业于西安建筑科技大学，大学本科。