地鐵暗挖風道凍結法施工技術

（中鐵十五局集團城市軌道交通工程有限公司，廣東廣州 510410）

隨著經濟的快速發展，城市交通的壓力越來越大，城市軌道交通已成為解決交通擁堵的主要選擇。橫通道的施工方案通常采用礦山法，由于地鐵施工大多在市中心進行，對施工場地、環境、噪聲等要求較高，因此，選用合適的土體加固方法較為重要。

凍結法具有凝固均勻、強度高、防水效果好、地層適應性強、環境污染小等特點，近年來已廣泛用于地鐵區間橫通道及端部加固工程。該研究主要采用凍結法加固橫通道地層，提升了施工效率，解決了以往存在的問題，具有較好的應用價值。

1 凍結法施工技術的優勢

（1）凍結施工技術可用于含水量超過10%的松散、不穩定的地層，可以有效分離地下水。

（2）凍土帷幕形狀和強度可根據施工現場條件靈活調整，地質條件靈活，凍土強度可達5～10 MPa，能夠有效提高工作效率。

（3）凍結法不污染周圍環境，具有環保性，異物引起的噪聲較少。凍結完成后，凍結的土壤墻逐漸融化，不影響建筑物周圍的地下結構。

（4）將凍結施工用于樁基礎施工或其他工序并行工作，可有效縮短施工周期。

2 凍結施工技術介紹

2.1 凍結孔施工

施工前，根據凍結孔的位置打孔，以進行測量和放置，孔位置偏差應不大于100 mm。凍結孔應使用管道鉆至設計深度，開挖區域外，孔之間的最大距離不超過1.3 m，凍結孔最大偏轉值不可超過150 mm，使用經緯儀測量方位角和傾斜角。使用金剛石空心鉆在管段鉆上鉆取Φ120 mm的孔，并確保混凝土層穿透距離不超過100 mm。插入Φ121×5 mm的節流孔管，使用膨脹螺栓將其固定在管件上，安裝1個球閥，在節流孔管的法蘭附近預留1個灌漿孔，安裝前安裝孔密封和防噴裝置。確認安裝正確后，使用鉆頭在剩余的混凝土墻、保護層上鉆孔。

2.2 積極凍結

制冷設備安裝完成后，進行設備調試，當壓力、溫度和其他參數恢復正常時，能夠主動凍結。碎冰篩的冷卻速度較慢，通常需要7～10 d才能降至-20 ℃，凍碎篩的冷卻速度應保持在0.5～1.0 ℃/d。凍土帷幕厚度約38 d左右可達到設計要求。在積極凍結期間，鹽水溫度應控制在-30～-28 ℃之間。

2.3 維持凍結

查看測得的溫度數據，進入凍結保持階段前，將碎片、土壤中的銅碎片、各部分外壁完全黏合，直至碎片穿過土壤，達到設計厚度為止。凍結保持期間的鹽水溫度應控制在-28～-25 ℃之間，直至連接通道的開挖和襯砌完成。在主動凍結期結束時，可開始建設通信渠道和廢水泵房。

施工步驟：（1）在連接通道的上鋼管上鉆一個孔，敷設一根小管進行灌漿。（2）從連接通道上取下鋼管，在隧道入口處支撐第一個鋼架。（3）挖掘0.5 m。（4）將第二個鋼框架支撐在初始支撐上使用，撒上混凝土，關閉隧道面。（5）圓形開挖，逐漸完成連接通道的開挖工作。（6）懸掛防水板并支撐模具遵循連接通道拱、墻和底板的第二層襯砌。（7）將廢水泵房的土方挖入地面，對廢水泵房的底部進行初步支撐。（8）噴射混凝土后蓋。（9）懸掛防水板和支撐架泡沫材料倒入廢水泵房的第二層襯砌混凝土，在兩個襯砌接頭之間安裝膨脹止水器。（10）挖掘連接通道前，拆除連接通道門中的鋼管段，須在屏蔽通道中安裝預應力支架，防止因突然的力變化，導致屏蔽段損壞。

開挖連接通道和廢水泵房后，應安裝安全緊急門，在廢水泵房改造的頂部安裝安全緊急蓋。挖掘連接通道和廢水泵房時，須定期觀察冷卻簾的變形和溫度變化。如果防凍簾明顯變形，應立即使用鐵支架、木制基座支架調節開挖階段，以支撐鋼制升高的框架，增強防凍效果，關閉安全緊急門，在必要時應提供急救套。

如果廢水泵房在地面上開挖，制冷管會影響結構，對此可通過將循環熱水注入制冷管以除霜。當冷凍管周圍的土壤溫度升高并解凍時，冷凍管和土壤被釋放，冷凍管間的接頭可拉出。在澆注連接桶拱和墻體混凝土時，須按照預定計劃對管道進行灌漿。

3 工程實例

工程實例為珠機城際軌道交通工程拱北-橫琴段橫琴隧道金融島站～3#工作井區間3號橫通道冷凍機組。珠機城際拱北-橫琴段3#井～金融島站區間共設3個橫通道，其中左線DK8+189.353（右線YDK8+219.707）處設置為3#橫通道兼泵房。3#橫通道兼泵房為直墻圓拱結構，凈寬3.8 m，通道凈高4.4 m，泵房凈高2.9 m；橫通道的襯砌為雙層復合襯砌；鋼拱架與C25P6噴射混凝土結構，厚度250 mm；二次襯砌為C50P10鋼筋防水混凝土結構。初襯和二襯間設一道防水層。

橫通道圖如圖1、圖2所示。

圖1 3#井～金融島站區間3號橫通道平面圖（單位：cm）

圖2 3#井～金融島站區間3號橫通道結構圖（單位：cm）

3#橫通道，地面與橫通道頂垂直間距約26.8 m，①1-1淤泥厚度約9.7 m、②2-3粉質黏土厚度約8.4 m、③1-1淤泥厚度約8.1 m、④2-4粉質黏土厚度約2.0 m、⑤1全風化花崗巖厚度約25.5 m。3#橫通道主要位于③1-1淤泥、④2-4粉質黏土、⑤1全風化花崗巖中，所處位置為河流下方，含水豐富，地層滲透系數大，以保證施工安全和減少對地面環境的影響。

按設計圖紙、施工專項方案要求，左右線共完成凍結孔鉆孔施工117個，卸壓孔4個，測溫孔14個，所有凍結孔孔位放樣、成孔報驗檢測合格。3#橫通道凍結施工人員、機械、材料資料報驗檢驗均合格。

配套管路檢查完成后，于2018年5月16日冷凍機組接電、調試進入試運行階段，5月17日～23日，凍結試運行7 d，設備運轉一切正常，管路密封完好，計量儀器靈敏準確。目前鹽水總去路溫度為-20.1 ℃，滿足設計圖紙技術要求。

4 試運轉驗收內容

4.1 凍結施工試運轉期間設備情況

2018年5月16日18：00，1#冷凍機組接電調試開始試運轉，運轉的設備有1#冷凍機組（TBS700.2JF）、1臺鹽水泵（TPW150-315I），1臺清水泵（ISW125-160）、3臺冷卻塔（LCT-80T）、4臺風機組成的鹽水系統和清水系統，試運轉期間設備運轉無異常，情況良好。

試運轉期間管路連接滿足要求，管路無滲水漏水等現象，密封性良好，數據測試儀器等用無異常。

4.2 凍結施工試運轉數據總結

（1）3#橫通道自2018年5月16日18：00冷凍機組接電調試開始試運轉；（2）試運轉期間機組參數匯總表選取每天第一次記錄的數據，即9：00數據；（3）試運轉期間測溫時間為每天9：00，溫度曲線總體呈緩和下降趨勢、無異常情況；（4）試運轉期間測溫時間為每天9：00，溫度曲線總體呈緩和下降趨勢。

試運轉數據總結：設備運轉參數無異常，測溫數據無異常，均滿足設計要求。3#橫通道2018年5月16日開始凍結試運轉，機械設備一切運轉正常，鹽水降溫正常。截至2018年5月23日已試運轉7 d，鹽水溫度達到-20.1 ℃，滿足設計要求。各測溫孔測點溫度下降正常，各凍結孔串聯支路回路溫度正常，3#橫通道監測各項指標無異常。

4.3 后續施工注意事項

（1）設備運轉：設備定期保養維護，保證備用機組正常使用，認真分析凍結系統運轉數據，發現異常及時處理。（2）土層測溫：根據每日測溫數據，結合測溫孔的位置判斷測點溫度數據是否有異常，如有異常立即排查。（3）人員巡視：實行24 h站內值班，工區主管和技術人員每天對凍結施工面進行巡查巡視，發現異常立即整改。（4）文明施工：保證現場施工達到標準化施工條件。

5 結語

本文通過工程案例闡述凍結法技術在地鐵的修建過程中的應用，表明在松軟含水地層尤其是地下水極豐富的風化地層中，采用凍結法具有可行性。