联络通道冻结工程技术分析

摘 要：联络通道要经过有效的土体加固方法，保证开挖安全，如果加固土体结果不好，容易出现水土流失，导致地面沉降、隧道变形，严重时导致塌方，出现事故，特别是如果联络通道底板下受承压含水层或微承压含水层影响，有更高的施工风险。为避免风险的出现和不影响城市交通，要从联络通道施工工艺开始，现在冷冻法工艺被普遍应用，下面就冷冻法施工工艺谈一些个人体会。

关键词：联络通道；冻结技术；施工情况

中图分类号：U231 文献标识码：A

1. 工程概况

昆明市轨道交通3号线延长线普石区间联络通道处左、右线盾构隧道里程为ZDK4+156.6653（YDK4+158.0000）。两隧道中心间距19.180m，左线隧道中心标高为1874.680m，右线隧道中心标高1873.991m，联络通道所处位置地面标高约为1891.510m，联络通道位于春雨路下方，联络通道上方管线较多，主要有自来水管、雨水管、污水管、通信信号等相关管线。联络通道处已使用地面旋喷+超前小导管加固地层，现使用水平冻结法，矿山暗挖法施工。

依据联络通道的特征和所处地层的特点，使用冷冻法加固土体，之后用矿山暗挖法实施开挖构筑施工，联合以前地铁联络通道施工的经验，使用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工方案。就是：在隧道内运用水平孔与局部倾斜孔冻结加固地层，冻结联络通道土体，产生强度高、封闭性好的冻结帷幕。在冻土中使用矿山法开挖、喷锚支护，初期支护与二次衬砌之间设全封闭防水隔离层，二次衬砌采用型钢拱架+满堂支架联合支撑、组合钢模立模，泵送商品混凝土整体衬砌。

2. 冻结法概述

2.1 冻结法意义

冻结技术是使用人工工艺冷却的，从地层中把冰冷的水结冰，产生的冻土是天然岩土，使其强度和稳定性增加，隔离地下水和地下工程关系，地下工程掘砌施工的特殊施工技术方便在冻结壁的保护下实施。其实质是运用人工制冷临时改变以岩土特性的地层固结。冻结壁是临时的支护结构，产生永久支护后，停止冻结，解冻冻结壁。将含水地层在结冰温度下冷却，岩石裂隙或土孔隙中的水变成冰，岩土的性质发生决定性的变化。将这一性质改良后的冻结岩土用于地下工程施工期内的承载和密封。

2.2 冻土形成

冻土形成的5阶段：

（1）冷却段：温度从初态减低到水的冰点，此时尚无冰；

（2）过冷段：温度续降至冰点下，自由水仍不结冰，呈过冷现象。主要与热平衡有关；但若在水达到冰点且全部水未结冰前，有结冰冰晶生长或有振动的影响，土中水将立即进入稳定冻结阶段，而无明显过冷现象产生；

（3）温度突升段：部分孔隙水冻结，释放潜热，温度突升；

（4）稳定冻结段：温度升至冰点并稳定，孔隙水开始冻结成冰，冻土逐渐形成；

（5）冻土降温段：温度继续降低，冻结范围扩大、冻土强度增加，吸收冷量，温度进一步降低。

2.3 冻结法优点

冻结法对各种地层适用，特别适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，通过几年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有下面优点：

（1）地下水能有效隔绝，其抗渗透性能是别的所有方法不可以比较的，对于大于10%含水量的任何含水、松散，不稳定地层都能使用冻结法施工技术；

（2）冻土帷幕的形状与强度能视施工现场条件，灵活布置与调整地质条件，能达5MPa～10MPa的冻土强度，工效可以有效提高；

（3）冻结法是一种环保型工法，不会污染四周环境，土壤没有异物进入，噪音小，完成冻结后，融化冻土墙，不影响建筑物四周地下构造；

（4）冻结施工用于桩基施工或别的工艺平行作业，施工工期可以有效地缩短。

3. 工程施工情况

3.1 钻孔施工（图1）

隧道内为双侧钻孔，共施工冻结孔80个（左线冻结孔56个，右线24个），共计846.286米；测温孔8个（右线布置2个、左线布置6个），深度2m～8.5m不等，共40.45m；4个卸压孔（左右线各2个）。

钻孔时，先施工透孔，依据穿透孔的偏差，相关的钻进参数进一步调整。之后依据联络通道施工的孔位，使用从上到下的程序实施施工，这样能避免由于下层冻结孔的施工引发上部地层扰动，使钻孔施工时产生的事故减少。

每个钻孔施工前必须完成安装密封装置。用螺丝把孔口装置装在闸阀上，注意把密封垫片加好。当第一个孔开通后，没有涌水涌砂可继续钻进，但以后钻孔仍要装孔口装置，以防突发涌水涌砂现象出现；若涌水、涌砂现象较厉害，还应注水泥浆（或双液浆）止水。

3.2 冻结施工

冷冻站内设备关键包含冷冻机组、配电柜、盐水箱、清水箱、盐水泵、清水泵等。安装冻结站包含氟系统、盐水体系和冷却水体系安装，需要依据冻结站的总体设计，依照先设备后管路的安装程序与施工图的技术需求，分别实施安装三大循环体系，并依照《井巷工程施工及验收规范》需求试压、检验验收。

完成设备安装后实施调试与试运转。在试运转时，压力、温度等各状态参数要随时调节，让机组在相关工艺规程与设备需求的技术参数条件下运行。冻结体系运转正常后进入积极冻结。这阶段为冻结帷幕的产生阶段，需要冻结孔单孔不小于5m3/h的流量；积极冻结7天盐水温度降到-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降到-24℃以下，不大于2℃的去回路温差；开挖前降到-28℃以下盐水温度。每天检验测温孔温度，并依据测温数据，分析冻结壁的扩展速度与厚度，预计冻结壁达到设计厚度时间。

4. 关键施工技术措施

4.1 冻结水平孔施工技术措施

因为隧道管片为300mm的厚度，为避免开孔后出现涌砂涌水情况，第一次开孔为250mm厚度，开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头实施钻孔，用钢楔楔断混凝土芯，管片不开透，让管片留有50mm的混凝土厚度，之后把孔口管和大球阀安装好，完成安装后，J-200型金刚石钻机是第二次开孔选用的，配φ108mm金刚石取芯钻头对剩余50mm厚管片实施钻透。完成开孔后球阀要及时关闭，避免涌砂涌水。

钻孔施工时先施工透孔，用来进一步校核联络通道中心线与腰线，依据透孔的施工经验和对地层的判断，对后续施工的冻结孔实施微量调整，保证冻结孔的终孔偏斜满足设计需求。

完成钻孔施工后，对全部冻结孔实施耐压试验、测斜与测深，在所有达到设计需求后才能实施冻结施工，如果达不到要求，则需要实施下套管、补孔等形式解决，以避免后期冻结时泄漏盐水而导致冻结失败。

4.2 冻结施工关键技术方法

（1）由于联络通道的施工很多危险点，出现严重的事故损失，事故影响大，本项目施工用电负荷依照二级负荷思考。现场变电所上源供电使用双电源供电模式。

（2）冷却水蓄水箱在冻结站安装两个，达16m3的总蓄水。在供水中断的状况下，能运用蓄水箱清水确保冷却用水需求。同时主动联络各方，及时复原供水。

（3）冻结站安装有两套冷冻机组，正常状况下要一台正常运转。机械一旦出现故障，能暂时运用其中一台持续维持冻结，同时把故障机组修复，及时复原冻结。平时增强设备的管理和维修，冷冻机运转前安排有了解机器功能的设备员对机组实施全面细致的检修，保证其安全性。

结语

自中国使用冻结法施工技术以来，作为一种特别的施工办法，其抗渗透功能是别的任何办法都不可以比较的。这些年来，城市地下项目施工进入了高峰，繁杂的施工环境让一些大型的设备常常无能为力，而冻结法这种只在施工区域内钻孔就能处理问题简单容易方法正好有了用武之地，具备优良的社会、经济效益，具备优良的发展前景。随着联络通道冷冻法施工技术的运用发展，风险防范的技术方法会更加完善，从而更有利于联络通道冷冻法施工的宣传普及，更加可控施工风险。

参考文献

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