聯絡通道冷凍法施工技術

武 鵬

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100018）

1 工程概況

內蒙古體育館站至內蒙古體育場站區間屬于地下雙單線區間，內蒙古體育場站是盾構區間的起點，沿著氣象局的西巷完成敷設，再轉入成吉思汗大街下方，穿過人防之后進入內蒙古體育館站。整個區間線路左線的平面經內蒙古體育場站，以半徑370m曲線出發，之后轉成直線，再通過半徑1 500m的曲線段，最后轉成直線進入內蒙古體育館站。右線的平面經內蒙古體育場站，以半徑360m曲線出發，之后轉成直線，再通過半徑1 500m的曲線段，最后轉成直線進入內蒙古體育館站。本區間設置1處聯絡通道和泵房，位于里程DK17＋724.147（左 DK17＋745.263）處，采用冷凍法加固土體施工。

2 凍結加固方案技術要點

1）在隧道內部鉆凍結孔，按照設計要求并考慮聯絡通道的實際結構確定水平成孔還是斜孔，每個鉆孔都要配備相應的孔口管，并將對應的密封裝置安裝在孔口位置，防止在鉆探過程中出現大量泥水。在完成每個鉆孔后，要及時計算該孔隙流出物的方量。還要綜合監測地表沉降數據，完成注漿和其他項目的及時調整。

2）在挖掘聯絡通道的過程中，凍土帷幕的強度與厚度既要滿足各項要求，又要滿足設計標準，最關鍵的是喇叭口處凍結帷幕的厚度，還要做好凍結帷幕與隧道管片之間的連接工作，確保二者具有高度的膠結能力。在此過程中，應同時進行相關配合工作，對凍結帷幕進行調整，使其滿足既定的構筑工藝要求。

3）確保左、右隧道管片無限靠近喇叭口側敷設的保溫層和冷管，一定程度上降低凍脹帶給隧道的影響。盡量縮短凍結孔和對側隧道管片之間的距離，并通過加大鹽水流量、降低鹽水溫度、縮小開孔距等措施，加速凍結，在恰當的位置布置好泄壓孔，降低土層凍脹帶給隧道的影響和壓迫。

4）借助泄壓孔和測溫孔，完成凍土對帷幕形成過程與實際狀況的監測，尤其是其與對面隧道管片之間的交接狀況。對凍結地層的溫度、隧道的變形狀況、地層沉降的變形情況等進行實時監測，確保聯絡通道施工的順利進行。

5）將注漿孔預埋在聯絡通道頂部、兩側和底部的混凝土中，如有必要，可在隧道管片上鉆注漿孔便于注漿，防止因凍土融沉引發的隧道、聯絡通道沉降變形和地面沉降。

6）采用自然解凍融沉注漿的方案，對地面不均勻的沉降進行有效控制，從而降低凍融的不利影響。

7）對地表沉降加大監測，及時掌握地表沉降的變化狀況，在最大程度上對施工進行指導。

3 凍結法施工技術

3.1 施工工序

圍繞凍結孔施工時，應遵循如下工序:定位、開孔→安裝孔口管→安裝孔口裝置→鉆孔→測量→孔底部封閉→打壓試驗。

1）定位、開孔及安裝孔口管 按照設計要求確定隧道內部各孔的位置，再完成混凝土管片上的定位并開孔。

2）圍繞孔口裝置展開安裝作業 此部分結構應安裝于球閥上，基于提升穩固性的目的，需要使用螺栓和墊片做進一步處理，如圖1所示。

圖1 孔口密封裝置

3）鉆孔 按照相關標準和設計要求完成鉆機位置的選定、調整和固定，并在孔口裝置中裝好鉆頭，然后將1.5寸的閥門接在孔口裝置上，并在盤根盒內壓實盤根。選用YJ-120型錨固鉆機進行作業，先采用干式鉆進，當鉆進推動過程比較困難且尺寸不再加深時，便可在鉆機上部區域進行注水鉆進施工，此過程中還應以手動的方式開啟小閥門，以便對工程狀況進行觀察，通過閥門對出漿量進行控制，最大程度上保證地面的安全，避免沉降現象的發生。

4）封閉孔底部 將孔底部用絲堵進行封閉，將絲堵利用長桿安裝到孔底部，然后借助反扣的卸扣操作擰緊絲堵。

5）打壓試驗 當確保孔口封閉無誤后，便可向孔內打水，此過程需使用手壓泵設備，當壓力上升到0.8MPa時停止打壓，之后對壓力進行記錄，當0.5h內不發生改變時便達到了工程要求。

3.2 凍結孔鉆進與凍結管設置

1）采用跟管法鉆進技術進行凍結管的鉆進，能有效減少地層流出物的容量，還能在一定程度上實現對地面沉降的控制。

2）通過絲扣將凍結管進行連接，如有必要可直接焊接，最大程度保證焊接強度和同心度，當凍結管到達設計要求和深度后，需對其端部進行密封處理。

3）在整個鉆進過程中，需對孔口傾斜狀況進行嚴密監測，若發現偏斜，要及時采取措施糾正。當凍結管下放到位后，需復測凍結管的長度，最后再借助經緯儀對鉆孔的偏斜程度進行測量和繪制。

4）安裝凍結管后，需將堵漏材料填充在凍結管與管片之間的縫隙中。

5）施工過程中必須確保凍結孔的體積始終大于土體流失量，否則應及時注漿以控制地層的沉降。

6）將孔兩隧道預留口的位置打通，當兩隧道預留口之間相對位置的誤差＞規定100mm時，需要在確保凍結壁厚度滿足要求的前提下調整凍結孔的位置。

7）在完成凍結孔的施工后，要沿著凍結站將5排 45mm無縫鋼管制成的冷凍排管敷設在對側聯絡通道外圍的凍結壁上，各排管間距保證在500mm以上，且按照相關要求密貼在隧道管片上。

4 積極凍結

預計鹽水降溫曲線如圖2所示。按照預計的降溫曲線完成鹽水降溫，禁止以任何規定之外的方式降低鹽水溫度。就設計要求而言，其積極凍結時間應達到40d，對應的單孔流量至少應達到5m3/h。當時間達到7d后，鹽水溫度發生了急劇變化，驟降至-18℃；若經過15d，其溫度會在該基礎上下降6℃；若鹽水流量、溫度不滿足設計要求和相關標準，應按照實際情況對積極凍結的時間進行適當延長。

圖2 預計鹽水降溫曲線

5 維護凍結

在“等到凍結帷幕交圈、與隧道完全膠結、厚度達到設計要求”這3項內容均滿足標準要求后，才能進入維護凍結階段。在維護凍結期間，溫度應低于-28℃，而且凍結時間需貫穿整個聯絡通道挖掘和主體結構施工過程。

6 融沉控制

6.1 原則

當凍結完成3～7d且主體結構中混凝土凝固程度達到設計強度的70%以上時，才能進行充填注漿和融沉注漿作業。需要在施工過程中實時監控土體溫度、沉降變化等，以求達到對融沉的最大控制。

6.2 充填注漿

充填注漿最主要的目的是修補和加強襯砌，減少甚至避免襯砌透水的可能性，盡量減少解凍過程中出現凍結壁變形的現象。一般情況下，注漿材料中水泥成分最為重要，水與水泥的配合比控制在1∶（0.8～1.0）范圍內。壓漿作業需借助結構中預埋管片上原有的注漿孔共同完成，但需確保注漿壓力始終小于靜水壓力。集水井部位的壓力≤0.1MPa，同時需嚴格遵循由上至下的施工順序。

6.3 融沉注漿

充填注漿完成后才能進行融沉注漿，綜合監測反饋的信息后，迅速組織注漿，完成對注漿量的有效控制。雙液漿是融沉注漿最主要的漿液，包括水玻璃溶液和水泥漿，水泥漿中水與水泥的混合配比均為1∶1。控制好凍結帷幕兩側的施工時間，二者的注漿作業應同時進行，但注漿壓力應控制在0.5MPa以下，且要按照多次少量的原則和自下而上的順序進行反復注漿并確認，直到達到相關的控制要求，滿足設計標準。當地面變形穩定后，融沉注漿才能結束。

7 結語

綜上所述，冷凍法是對聯絡通道土體進行有效加固的最可靠的臨時方法，尤其是當空間和場地對施工影響較大時，其能表現出極大的優越性。要在最大程度上保證冷凍法施工的可靠性和安全性，除嚴格落實施工措施外，還要對整個工程加強監測，對監測到的信息進行綜合整理后再判斷凍結壁的強度、厚度及凍土帷幕的閉合程度。但融沉問題會在一定程度上受到凍土解凍的影響，所以在使用冷凍法施工后，要加強監測并對發現的各類問題及時解決。總之，冷凍法的工藝具有良好的發展前景，值得推廣。