超長線間距地鐵聯絡通道凍結法施工技術

王曉偉 魏林

摘要：本文針對武漢地鐵8號線一期宏塔區間聯絡通道的特性，闡述了凍結法在超長線間距聯絡通道的設計施工流程，在武漢地鐵有史以來實屬首例，結合本工程實例，介紹了冷凍法在在超長線間距聯絡通道中的具體應用及注意事項，為類似工程施工提供思路。

關鍵詞：超長;線間距;聯絡通道;凍結法;施工技術

1.工程概況

武漢市軌道交通8號線一期工程宏圖大道站～塔子湖站區間出宏圖大道站以后，下穿金銀潭大道，進入宏圖大道，然后沿宏圖大道敷設，先后下穿既有軌道交通3號線區間隧道、盤龍立交橋、黃潭湖、張公堤、三環線，沿塔子湖東路進入塔子湖站。區間與盤龍立交橋并行長度約800m。區間設計全長1610.07m。共設置兩座聯絡通道和一座廢水泵房，其中1#聯絡通道與泵房合建，里程為左DK2+460.1（右DK2+469.7），線間距長25.86m，采用凍結法加固。

1#聯絡通道兼泵房地勘資料，自上至下地層依次為1-1雜填土，1-2素填土，3-1黏土，7-2粉質粘土，7-3粉質粘土夾粉土，8-1粉細砂混礫卵石，15a-1強風化含粉砂泥巖。聯絡通道主要位于7-3和8-1層，泵房深入15a-1層。聯絡通道埋深19.5m。擬建場地地下水類型主要可分為上層滯水、碎屑巖裂隙水、巖溶裂隙水和孔隙承壓水四種類型。孔隙承壓水主要賦存于場地下部（4）、（5）、（8）、（9）單元層砂類土中。地下水對混凝土結構不具腐蝕性。

2.凍結法施工原則及參數

采用“隧道內水平凍結加固土體、隧道內礦山法開挖構筑”全隧道內施工方案，即：在隧道內利用水平孔和部分傾斜孔凍結加固地層，使聯絡通道外圍土體凍結，形成強度高、封閉性好的凍結帷幕。在凍土中采用礦山法進行聯絡通道的開挖構筑施工，地層凍結和開挖構筑施工均在區間隧道內進行。

宏塔區間1#聯絡通道凍結孔的布置采取雙面隧道布孔。布置凍結孔總數105個，其中左線54個，右線51個。凍結總長度1219.650m;在通道中部設置6個穿透孔，供對側隧道冷凍管提供冷量。布置4個卸壓孔，14個測溫孔，目的主要是測量凍結帷幕范圍不同部位的溫度發展狀況，以便綜合采用相應控制措施。

宏塔區間1#聯絡通道兼泵房設計積極凍結時間為45～50天。凍結孔單孔鹽水流量按凍結孔串聯長度確定，采用5～7m3/h;積極凍結7天鹽水溫度降至-18℃以下;積極凍結15天鹽水溫度降至-24℃以下，開挖時鹽水溫度降至-28℃以下，去、回路鹽水溫差不大于2℃;如鹽水溫度和鹽水流量達不到設計要求，延長積極凍結時間，保證達到設計的凍結壁厚度及溫度。宏塔區間凍結法設計參數如下表。

3.施工流程及工藝方法

3.1 施工工藝流程

聯絡通道施工可分為凍結孔施工、凍結施工和開挖構筑施工三個主要部分，主體結構完成后，還要及時地進行壁后充填和融沉控制的注漿工作。具體的施工順序安排如圖3所示。

3.2 施工工藝及方法

3.2.1 凍結孔施工

因宏塔區間線間距長達25.86m，對于凍結孔施工精度控制要求較高，如成孔過程中出現偏孔將影響凍結壁形成，針對凍結孔施工采取以下幾點措施：

（1）在鉆孔施工期間，必須保證孔口密封裝置的有效性，加強對孔口管的固定，至少固定4個點，使孔口管與隧道管片連接在一起，減少在鉆進過程中偏差。（見下圖）

（2）凍結孔開孔前安裝好孔口密封、防噴裝置，安裝完畢確認無誤后，再進行開孔鉆進。（見下圖）

（3）透孔施工：根據凍結孔的布置，施工穿透孔時，在φ89mm凍結管前配置φ94mm錐體，再配上φ89mm巖心管一段，長度L≥65cm，并配φ91mm金剛石取芯鉆頭，在下管過程中，一旦鉆頭觸及對面洞壁，馬上改用回轉鉆進工藝鉆進，用清水冷卻鉆頭，開始按取芯的有關規定操作鉆機。

工藝方法為：先慢速旋轉低壓鉆進，轉速控制在100rpm左右，同時鉆進壓力控制在1.0Mpa左右，防止鉆頭打滑錯位，造成跑位，待進尺5～10cm后，采用正常取芯鉆進，直至打穿對面管片。在鉆具觸及對面管片，提前派人到對面隧道處作好穿透面的封堵準備工作，一旦鉆頭穿透管片，立刻封孔。

3.2.2 鉆孔精度保證措施

（1）準確定出開孔孔位、方向，并在隧道兩幫布點，采用拉線方法校驗、控制凍結孔方向。

（2）在開始鉆進或下入凍結管時，反復檢查鉆桿或凍結管的方位與傾角，確保孔口段凍結管方位滿足設計要求。

（3）對于深度較大的凍結孔，開孔段預設0.5°～1°的上仰角。

（4）在凍結管對接時，保證同心度，減少鉆頭對土體的擾動，減少鉆孔偏差。

3.2.3 凍結施工

宏塔區間1#聯絡通道凍結站選用LSLGF500型螺桿機組及TBS1100.2JT型螺桿機組各1臺套（2套冷凍機組分別為隧道左、右線的凍結孔供冷），備用LSLGF500型螺桿機組1臺套。LSLGF500型螺桿機組單臺機組設計工況制冷量為8.6×104 Kcal/h，TBS1100.2JT型螺桿機組單臺機組設計工況制冷量為23.0×104 Kcal/h滿足聯絡通道的制冷需求。鹽水循環泵：IS200-150-315型及TPW125-200A各1臺，鹽水循環泵的流量為200m3/h，功率30KW/h。冷卻水循環：TPW125-160A型離心泵1臺，每臺泵的額定流量120m3/h，功率22KW/h。冷卻系統：采用冷卻塔冷卻，在隧道內安置4個冷卻塔。供液管選用Φ48×3.5鋼管，采用焊接連接。鹽水干管和集、配液圈選用Φ140×3mm無縫鋼管。冷卻水管選用Φ140×3mm無縫鋼管。

凍結站布置根據現場施工環境，擬將凍結站安裝在區間隧道內，靠近聯絡通道的位置，站內設備主要包括冷凍機組、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。

鹽水管路經試漏、清洗后用保溫板或棉絮保溫，保溫厚度為20mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。冷凍機組的蒸發器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用20mm厚的保溫板或棉絮保溫。聯絡通道兩側管片保溫：由于混凝土和鋼管片相對于土層要容易散熱得多，為加強凍結帷幕與管片膠結，將鋼管片格柵內用素砼填充密實，然后采用PEF板保溫板對凍結帷幕發展區域管片進行隔熱保溫。

3.2.4 積極凍結

設備安裝完畢后進行調試和試運轉。在試運轉時，要隨時調節壓力、溫度等各狀態參數，使機組在有關工藝規程和設備要求的技術參數條件下運行。凍結系統運轉正常后進入積極凍結。宏塔區間1#聯絡通道積極凍結7天鹽水溫度降至-20℃以下，積極凍結15天鹽水溫度降至-24℃以下，去回路溫差不大于2℃;開挖前鹽水溫度降至-28℃以下。如鹽水溫度、鹽水流量及土體測溫的實際情況達不到設計要求，應延長積極凍結時間。

實際宏塔區間1#聯絡通道積極凍結第7天，去路鹽水-21.2℃，回路鹽水-18.6℃，積極凍結第15天，去路鹽水-25.8℃，回路鹽水-24.4℃，凍結32天（去路鹽水-30.3℃，回路鹽水-29.2℃），凍結效果良好。

3.2.5 凍結效果分析

根據《旁通道凍結法技術規程》凍結效果的分析主要可以從凍結帷幕厚度的確定及凍土平均溫度兩個方面來分析。

（1）凍結帷幕厚度

1）測溫孔溫度分析

1#聯絡通道兼泵房測溫孔共施工15個。測溫孔內均設3個測溫點，現取C1～C10測溫孔資料分析凍結發展速度。

凍結20天左線泄壓孔壓力上漲到0.18Mpa，進行泄壓。至目前左右線泄壓孔壓力為0Mpa。

2）凍結發展速度和凍結帷幕厚度的確定

通過以上資料分析，1#聯絡通道兼泵房凍土最慢發展速度為33.7mm/d。以最慢發展速度到凍結45天計算凍土發展半徑r=1515.79mm。以最慢發展速度計算凍土發展半徑r=1515.79mm，按凍結發展半徑1515.79mm作圖，得出有效最薄凍結帷幕厚度為2405mm，有效最薄凍結帷幕厚度為2945.62mm，因此凍結帷幕厚度均已滿足設計2.0米的要求。

在積極凍結過程中，根據實測溫度資料判斷凍結帷幕是否交圈和達到設計厚度，同時監測凍結帷幕與隧道的膠結情況，測溫判斷凍結帷幕交圈并達到設計厚度且與隧道完全膠結后，可進入維護凍結階段。維護凍結期溫度為不低于-25℃，凍結時間貫穿聯絡通道及泵房開挖和主體結構施工始終。

3.2.6 開挖施工

聯絡通道經探孔確認可以進行正式開挖后，打開鋼管片，然后采用礦山法進行暗挖施工。根據工程結構特點，聯絡通道開挖掘進采取分區分層方式進行，并在開挖前進行超前探測，如無泥水流出，進行土方開挖施工。土體加固后，具有一定的強度，具有一定的承載能力，因而開挖時可以采用全斷面一次開挖，通道開挖步距控制在0.5m～0.8m。開挖斷面超挖不大于30mm，開挖中心線偏差不大于20mm。根據工程結構特點開挖采用短段掘砌技術，開挖步距按設計鋼支架間距控制，應及時成環減少凍結壁暴露時間。

3.2.7 結構施工

聯絡通道結構分為初支和二襯結構，初支結構采用鋼筋網片加噴射混凝土進行支護。二襯結構施工采用定制鋼模板，立模采用16#槽鋼制作的碹骨作為模板支撐，碹骨間距900～1200mm，碹骨立設于已澆底板砼面上，碹骨底腳處加型鋼橫撐，以防澆砼時側墻內移，碹骨腳底加墊一層厚20mm的木板防止骨腿下沉。碹骨按中腰線安設并做到牢固可靠。通道頂板內的混凝土澆筑采用分段澆筑的施工方式，因隧道內長距離運輸和結構澆筑時間長，可在混凝土內加入一定量的緩凝劑。采用小型輸送泵澆筑混凝土，采用外部震搗（即用附著式振動器震搗），以提高工作效率，確保砌筑質量。

3.2.8 融沉注漿

充填注漿結束5～7天開始融沉補償注漿，并結合地層沉降監測情況調整注漿頻率，利用結構施工時預埋的注漿管進行融沉補償注漿，必要時利用聯絡通道及泵房兩側隧道管片注漿孔進行注漿。融沉補償注漿遵循少量、多次、均勻的原則。融沉注漿持續時間一般為2個月，實際工期以監測數據穩定性確定是否繼續注漿。融沉補償注漿材料水泥水玻璃雙液漿。當一天內聯絡通道及泵房沉降大于0.5mm，或聯絡通道及泵房累計沉降大于1.0mm時，進行融沉補償注漿;當聯絡通道及泵房隆起2.0mm時暫停注漿。

4.結語

宏塔區間1#聯絡通道線間距施工時為當地最長一個采用凍結法施工的聯絡通道，采用凍結法施工工法既保證了安全，進度和質量也得到了保證。

（1）該聯絡通道冷凍孔成孔施工要求中心軸線和偏斜角度是成孔的重點控制要求，但受區間線間距較長影響，軸線和偏斜角度較難控制，易造成偏孔，影響凍結效果。

（2）在成孔設備定位時采取固定措施，有效提高了成孔質量和完好率。

（3）打鉆過程中加強監測，及時對鉆孔角度進行校正，使鉆孔精度符合設計要求。

（4）凍結法針對地鐵聯絡通道暗挖具有加固體均勻、強度高、封水效果好、地層適應性強、環境污染小等特點，近年來在城市軌道交通聯絡通道及端頭井進出洞加固工程中得到了廣泛應用。研究采用凍結法對通道地層進行加固，可避免因管線改遷而導致的工期的延誤及對城市居民生活的影響，具有很好的應用價值。

參考文獻：

[1]劉萬蘭，長距離聯絡通道凍結及開挖構筑施工，《建井技術》2017，38（6）;

[2]鐘鵬，地鐵隧道聯絡通道凍結法施工，《城市建設理論研究》2014年第33期。

作者簡介：王曉偉，1977年1月出生，身份證號碼：610323197701240557，男，漢族，陜西省寶雞市岐山縣，工程碩士，高級工程師，研究方向：土建工程。