聯絡通道凍結工程技術分析

劉清泉（中鐵隧道集團二處有限公司，云南 昆明 650100）

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聯絡通道凍結工程技術分析

劉清泉
（中鐵隧道集團二處有限公司，云南 昆明 650100）

摘 要：聯絡通道要經過有效的土體加固方法，保證開挖安全，如果加固土體結果不好，容易出現水土流失，導致地面沉降、隧道變形，嚴重時導致塌方，出現事故，特別是如果聯絡通道底板下受承壓含水層或微承壓含水層影響，有更高的施工風險。為避免風險的出現和不影響城市交通，要從聯絡通道施工工藝開始，現在冷凍法工藝被普遍應用，下面就冷凍法施工工藝談一些個人體會。

關鍵詞：聯絡通道；凍結技術；施工情況

1. 工程概況

昆明市軌道交通3號線延長線普石區間聯絡通道處左、右線盾構隧道里程為ZDK4+156.6653（YDK4+158.0000）。兩隧道中心間距19.180m，左線隧道中心標高為1874.680m，右線隧道中心標高1873.991m，聯絡通道所處位置地面標高約為1891.510m，聯絡通道位于春雨路下方，聯絡通道上方管線較多，主要有自來水管、雨水管、污水管、通信信號等相關管線。聯絡通道處已使用地面旋噴+超前小導管加固地層，現使用水平凍結法，礦山暗挖法施工。

依據聯絡通道的特征和所處地層的特點，使用冷凍法加固土體，之后用礦山暗挖法實施開挖構筑施工，聯合以前地鐵聯絡通道施工的經驗，使用“隧道內水平凍結加固土體、隧道內礦山法開挖構筑”的全隧道內施工方案。就是：在隧道內運用水平孔與局部傾斜孔凍結加固地層，凍結聯絡通道外圍土體，產生強度高、封閉性好的凍結帷幕。在凍土中使用礦山法開挖、噴錨支護，初期支護與二次襯砌之間設全封閉防水隔離層，二次襯砌采用型鋼拱架+滿堂支架聯合支撐、組合鋼模立模，泵送商品混凝土整體襯砌。

2. 凍結法概述

2.1 凍結法意義

凍結技術是使用人工工藝冷卻的，從地層中把冰冷的水結冰，產生的凍土是天然巖土，使其強度和穩定性增加，隔離地下水和地下工程關系，地下工程掘砌施工的特殊施工技術方便在凍結壁的保護下實施。其實質是運用人工制冷臨時改變以巖土特性的地層固結。凍結壁是臨時的支護結構，產生永久支護后，停止凍結，解凍凍結壁。將含水地層在結冰溫度下冷卻，巖石裂隙或土孔隙中的水變成冰，巖土的性質發生決定性的變化。將這一性質改良后的凍結巖土用于地下工程施工期內的承載和密封。

2.2 凍土形成

凍土形成的5階段：

（1）冷卻段：溫度從初態減低到水的冰點，此時尚無冰；

（2）過冷段：溫度續降至冰點下，自由水仍不結冰，呈過冷現象。主要與熱平衡有關；但若在水達到冰點且全部水未結冰前，有結冰冰晶生長或有振動的影響，土中水將立即進入穩定凍結階段，而無明顯過冷現象產生；

（3）溫度突升段：部分孔隙水凍結，釋放潛熱，溫度突升；

（4）穩定凍結段：溫度升至冰點并穩定，孔隙水開始凍結成冰，凍土逐漸形成；

（5）凍土降溫段：溫度繼續降低，凍結范圍擴大、凍土強度增加，吸收冷量，溫度進一步降低。

2.3 凍結法優點

凍結法對各種地層適用，特別適合在城市地下管線密布施工條件困難地段的施工，通過幾年來國內外施工的實踐經驗證明凍結法施工有下面優點：

（1）地下水能有效隔絕，其抗滲透性能是別的所有方法不可以比較的，對于大于10%含水量的任何含水、松散，不穩定地層都能使用凍結法施工技術；

10年前，法國啟動了一項雄心勃勃的計劃，要將殺蟲劑的使用量減少一半，但這個計劃最終失敗。現今，法國正在進行再一次的嘗試，“生態植物”計劃正在掀開新的一頁。

（2）凍土帷幕的形狀與強度能視施工現場條件，靈活布置與調整地質條件，能達5MPa～10MPa的凍土強度，工效可以有效提高；

（3）凍結法是一種環保型工法，不會污染四周環境，土壤沒有異物進入，噪音小，完成凍結后，融化凍土墻，不影響建筑物四周地下構造；

（4）凍結施工用于樁基施工或別的工藝平行作業，施工工期可以有效地縮短。

3. 工程施工情況

3.1 鉆孔施工（圖1）

隧道內為雙側鉆孔，共施工凍結孔80個（左線凍結孔56個，右線24個），共計846.286米；測溫孔8個（右線布置2個、左線布置6個），深度2m～8.5m不等，共40.45m；4個卸壓孔（左右線各2個）。

鉆孔時，先施工透孔，依據穿透孔的偏差，相關的鉆進參數進一步調整。之后依據聯絡通道施工的孔位，使用從上到下的程序實施施工，這樣能避免由于下層凍結孔的施工引發上部地層擾動，使鉆孔施工時產生的事故減少。

每個鉆孔施工前必須完成安裝密封裝置。用螺絲把孔口裝置裝在閘閥上，注意把密封墊片加好。當第一個孔開通后，沒有涌水涌砂可繼續鉆進，但以后鉆孔仍要裝孔口裝置，以防突發涌水涌砂現象出現；若涌水、涌砂現象較厲害，還應注水泥漿（或雙液漿）止水。

冷凍站內設備關鍵包含冷凍機組、配電柜、鹽水箱、清水箱、鹽水泵、清水泵等。安裝凍結站包含氟系統、鹽水體系和冷卻水體系安裝，需要依據凍結站的總體設計，依照先設備后管路的安裝程序與施工圖的技術需求，分別實施安裝三大循環體系，并依照《井巷工程施工及驗收規范》需求試壓、檢驗驗收。

完成設備安裝后實施調試與試運轉。在試運轉時，壓力、溫度等各狀態參數要隨時調節，讓機組在相關工藝規程與設備需求的技術參數條件下運行。凍結體系運轉正常后進入積極凍結。這階段為凍結帷幕的產生階段，需要凍結孔單孔不小于5m3/h的流量；積極凍結7天鹽水溫度降到-18℃以下，積極凍結15天鹽水溫度降到-24℃以下，不大于2℃的去回路溫差；開挖前降到-28℃以下鹽水溫度。每天檢驗測溫孔溫度，并依據測溫數據，分析凍結壁的擴展速度與厚度，預計凍結壁達到設計厚度時間。

4. 關鍵施工技術措施

4.1 凍結水平孔施工技術措施

因為隧道管片為300mm的厚度，為避免開孔后出現涌砂涌水情況，第一次開孔為250mm厚度，開孔選用J-200型金剛石鉆機，配φ130mm金剛石取芯鉆頭實施鉆孔，用鋼楔楔斷混凝土芯，管片不開透，讓管片留有50mm的混凝土厚度，之后把孔口管和大球閥安裝好，完成安裝后，J-200型金剛石鉆機是第二次開孔選用的，配φ108mm金剛石取芯鉆頭對剩余50mm厚管片實施鉆透。完成開孔后球閥要及時關閉，避免涌砂涌水。

鉆孔施工時先施工透孔，用來進一步校核聯絡通道中心線與腰線，依據透孔的施工經驗和對地層的判斷，對后續施工的凍結孔實施微量調整，保證凍結孔的終孔偏斜滿足設計需求。

完成鉆孔施工后，對全部凍結孔實施耐壓試驗、測斜與測深，在所有達到設計需求后才能實施凍結施工，如果達不到要求，則需要實施下套管、補孔等形式解決，以避免后期凍結時泄漏鹽水而導致凍結失敗。

4.2 凍結施工關鍵技術方法

（1）由于聯絡通道的施工很多危險點，出現嚴重的事故損失，事故影響大，本項目施工用電負荷依照二級負荷思考。現場變電所上源供電使用雙電源供電模式。

（2）冷卻水蓄水箱在凍結站安裝兩個，達16m3的總蓄水。在供水中斷的狀況下，能運用蓄水箱清水確保冷卻用水需求。同時主動聯絡各方，及時復原供水。

（3）凍結站安裝有兩套冷凍機組，正常狀況下要一臺正常運轉。機械一旦出現故障，能暫時運用其中一臺持續維持凍結，同時把故障機組修復，及時復原凍結。平時增強設備的管理和維修，冷凍機運轉前安排有了解機器功能的設備員對機組實施全面細致的檢修，保證其安全性。

結語

自中國使用凍結法施工技術以來，作為一種特別的施工辦法，其抗滲透功能是別的任何辦法都不可以比較的。這些年來，城市地下項目施工進入了高峰，繁雜的施工環境讓一些大型的設備常常無能為力，而凍結法這種只在施工區域內鉆孔就能處理問題簡單容易方法正好有了用武之地，具備優良的社會、經濟效益，具備優良的發展前景。隨著聯絡通道冷凍法施工技術的運用發展，風險防范的技術方法會更加完善，從而更有利于聯絡通道冷凍法施工的宣傳普及，更加可控施工風險。

參考文獻

［1］馬玉峰，蘇立凡，徐兵壯，等.地鐵隧道聯絡通道和泵站的水平凍結施工［J］.建井技術，2000，21（3）：39-41.

［2］郭曉江.凍結法在廣州地鐵二號線暗挖隧道中的應用［J］.煤炭工程，2001（12）：27-29.

［3］吳祥祖，李大勇，金明.南京地鐵試驗段旁通道水平凍結法施工技術［J］.施工技術，2004（1）：40-42.

中圖分類號：U231

文獻標識碼：A