北京地鐵17 號線工程區間聯絡通道施工中凍結法的應用

陳安

（北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100080）

1 工程概況

本項目建設的北京地鐵十八里店站至十里河站區間聯絡通道共分兩條，其中1 號聯絡通道樁號為K15+361.177，2 號聯絡通道兼1 號廢水泵房樁號為K15+827.312。根據項目的實際情況，該區間內的兩條聯絡通道均按廢水泵房的結構展開設計，為達到更好的地基穩固效果，特決定利用凍結法加固，結合礦山法施工，并在隧道斷面結構處選用臺階法開挖，遇廢水池則利用倒掛井壁的技術共同開展作業。

2 凍結法工藝介紹

作為地鐵區間聯絡通道施工中的一項工藝，凍結法的應用可增強地基的穩固性，同時對滲出的地下水進行隔絕，因此在實際操作中，技術人員需要按照項目的實際情況，對凍結方案和相關施工區域內的地層參數做科學合理的規劃、制定及了解，便于該工序的順利開展，且在關鍵工序凍結孔的布置作業中，施工人員可參照以下數值對單孔展開設置：所用鹽水溫度控制在-25～-30 ℃；凍結單孔流量＞6 m3/h；凍結終孔間距Lmax≤1 m；凍結時間應滿足45 d 以上。

除上述內容外，施工前還需在地鐵隧道內部提前設置防護門，以起到支撐和防護等作用，且防護門的使用狀態和密閉性要滿足施工區域內的實際水土壓力，開啟時不影響隧道的開挖和砌筑施工，且可應對涌水、涌砂的危險情況，保障聯絡通道的正常施工。此外，施工中可對凍結工藝中的解凍、注漿以及單孔填充等方面隨時展開監測工作，確保施工方案的可行性和持續性。區間聯絡通道作為地鐵建設工程中的隧道連接專用通道，作用明顯且單一，其位置多數情況下處于地鐵隧道的中間位置或線路最低區域，與集水站和排水泵一并設立，兼具排水、防火和負集等多功能作用。

3 工程重難點分析

本項目地鐵區間聯絡通道項目建設中，受施工地域條件及周邊環境等因素制約，在凍結工藝具體的操作中存在以下幾項施工難點。

1）地層及環境方面：聯絡通道施工區域內地層含水量較高且地面空隙大，這會造成凍結穿孔中出現砂水突涌現象，加之隧道內部的泵房位置底層均存在大量粉砂，頗具施工風險。基于此，在凍結鉆孔設置過程中，施工人員要確保機械設備使用的穩定性及安全性，并在開孔結束后立即展開注漿作業以增強地基的穩固性，由此降低前期存在的施工風險。作為結構性施工的一種，此次地鐵區間工程中的聯絡通道施工現場空間狹隘且環境一般，這會直接導致泵房頂部混凝土的搗實作業不合格，進而影響該部位的結構抗滲質量。

2）設立支撐架及泄壓孔：由于聯絡通道在隧道內展開作業，因此相關支撐和泄壓等方面需要施工人員具體布置。首先是支撐榀的設立，在1 號及2 號的聯絡通道左右兩邊各設置2榀架用以隧道支撐，同時預防凍脹壓力對所有管片造成破壞；其次在相同位置設置泄壓孔2 個，預防凍脹力對管片造成損壞的同時，在凍脹力達到最大峰值時通過泄壓閥釋放壓力，起到保護施工現場的終極效果。

3）工序掌控：受上述兩條因素的直接影響，在凍結法具體操作中，施工人員須掌握鉆孔、開挖以及凍脹融層對地層造成各項影響，并了解隧道變形情況，展開監測工作的同時隨時觀察注漿的實際情況，避免施工鉆孔作業對周圍地面及地下管線造成不良影響。

4 工藝分析

4.1 凍結壁方案設計

在整個凍結法的操作工序中，凍結壁的設計工作既是前提也是基礎。故在設計之初，相關工作人員可根據實地考察后的參數作為設計依據，即：（1）凍土強度指標：單軸抗壓強度＞3.8 MPa，抗折強度＞2.0 MPa，抗剪強度＞1.8 MPa；（2）凍土平均溫度＜-10 ℃；（3）凍結壁厚度：1 號聯絡通道為2.2 m，2號聯絡通道為2.4 m；（4）凍結壁溫度：與隧道管片交界處的溫度＜-5 ℃，其他部位平均溫度在10 ℃以下即可。

4.2 泄壓孔及測溫孔的布置

1）泄壓孔布置：由于聯絡通道內涵蓋多個泵房，為提升泄壓效果，施工人員需在兩座聯絡通道的凍結帷幕封閉地段，以左右對稱的方式安裝4 個卸壓孔并做好標記，所用的卸壓管尺寸最好為φ42 mm×2 mm 的無縫鋼管，管長控制在2.0～4.0 m，并在管的最前端設立1 個開口，以梅花的形狀布置，以實現凍結帷幕內壓力傳遞的效果。

2）測溫孔布置：在2 號和3 號的聯絡通道及泵房處設立8個測溫孔，具體按冷凍站一側2 個、對側6 個的方式逐一設立，以達到監測溫度的最佳效果。

4.3 具體操作流程

4.3.1 凍結孔開孔作業

1）施工順序：透孔→調整鉆進參數→確定孔位→由上向下依次展開，如此可避免下層凍結孔施工對上面地層的繞動，避免鉆孔施工時產生安全事故。

2）孔位定位，設立基準點→孔位放線，此操作過程中，首先核實管片的配筋圖和加強筋所處位置是否避開管片主筋、管縫、螺栓及管片肋板，可實現＜100 mm 的隨時調整。

3）開孔及孔口密封裝置，首先，觀察混凝土管片內的受力鋼筋干涉情況，及時合理調整孔位；開孔工具選用型號為J-200 的金剛石鉆機，結合型號為φ133 mm 的金剛石取芯，且鉆頭依照最初設計的角度實現開孔作業[1]，孔位深度滿足30 cm 時即可停止鉆進，最后用鋼楔楔斷所鉆巖心并取出，將其安裝于孔口管為φ133 mm×5 mm 的管口處；其次，是對管片的操作，施工人員提前將管片焊好，并在孔口管上接好球閥，隨后用鉆機接上金剛石鉆頭，以此從球閥內切割管片鉆進。

4.3.2 機械設備的選擇與使用

1）凍結管鉆進與凍結器安裝：鉆孔設備型號為MD-80A鉆機，數量為1 臺；泥漿泵選擇BW200 型，鉆桿尺寸為φ90 mm×8 mm，同時將凍結的管與管之間利用套管絲扣進行連接，接頭處用螺紋緊固并焊接，保證凍結管的同心度和焊接強度；其次按凍結孔的初始設計方位要求，將鉆機的導軌固定并根據實際情況調整鉆進方向，隨之壓緊孔口的密封裝置，同時打開孔口閥門以此實現鉆進作業，且為保證鉆進的精準度，在鉆進前2 m 方位以人工方式對凍結管方向反復觀察，避免鉆進過程中孔位發生傾斜等情況，待凍結管作業安裝結束后，利用經緯儀對其展開測斜工作，最后打壓試漏。

2）制冷系統設計與安裝：根據本項目的實際情況，技術人員在聯絡通道的每個凍結站選用了電機功率為136 k W 的兩臺冷凍機作為調換使用，并將鹽水的溫度控制在-28 ℃以下，機組的最大制冷量控制在149 kW；設置電機功率為45 kW 的鹽水循環泵2 臺，將循環泵的單臺流量控制在200 m3/h，揚程設定為60 m；另外，設置了兩臺最后使用到的清水循環泵，且單臺流量250 m3/h，揚程在30 m。

4.3.3 凍結站安裝

設備進入場地后就位→操平找正→與地面固定→清洗設備零件及附屬管道→檢查零部件表面受損情況→組裝。其次是管道系統的安裝，首先從閥門入手，選擇前以設計文件和具體使用工況做前提，成排安裝閥門時閥門的手輪中心要保持在同一條線上，最后安裝制冷系統管道，在這之前將管內的氧化皮、污雜物和銹蝕清理干凈，保持管道內壁的金屬性和密封性。

4.3.4 管路連接及保溫安裝

1）管路連接中所用到的清水管路和鹽水干管以焊接的方式進行處理，并結合法蘭予以相互連接，最后在隧道的管片或施工操作平臺上設立專業的管架，并且將鹽水管路的安裝遠離地面，防止浸水和高低起伏現象，凍結孔以每2～3 個為串聯組織并設有一定的間隔，便于區分。

2）保溫方面采取PEF 材質的保溫板，且保證鹽水箱和鹽水干管外有0.5 cm 厚的保溫板覆蓋，其次是聯絡通道和泵房兩側管片的保溫工作，由于混凝土和管片對土層散熱要求較高，因此加強凍結帷幕與管片的膠結狀態，避免冷量的損失。

4.3.5 維護和停止凍結作業

凍結法操作過程中涉及維護和終止的工序。在維護期間，凍結所用的鹽水溫度要在-28 ℃以下，整個維護過程中與積極凍結時操作流程相同，對其展開監測工作，以起到凍結系統運轉正常的效果，并對凍結壁的溫度變化隨時展開分析和調整，發現凍結壁溫度出現較高或變形現象，立即使用串接管道泵的方式對凍結孔流量進行控制，確保其在合格范圍值內；同樣，停止凍結在完成混凝土澆筑作業時展開，首先割除凍結管，其次對管展開充填及防滲處理，即填充和注漿，在凍結施工后，隧道管片上割除孔口管深度要求進入管片＜80 mm以下。

4.4 凍結施工質量控制分析

在此次地鐵隧道區間聯絡通道施工作業中，受施工環境和地質條件因素的制約，施工人員使用凍結法鉆孔開始前，首先，對施工區域內的地層鉆進參數變化做了試驗及分析，并結合此處的地質、水文實際情況給出了專業的控制措施，避免后續施工的不安全。其次，為確保施工質量，配備了高精密度的專業設備，對施工中出現的偏孔、鹽水制冷和監測系統展開控制，依次提升工程的質量，且在整個凍結孔的鉆進過程中重視對孔位的監測[2]，對已完成的凍結孔按每35 m 測斜一次的方法展開監測，并及時處理和糾偏，由此掌握凍結器的運行情況，確保整套凍結法工藝的順利完成。

5 結語

通過此次工程實踐，將凍結法工藝應用到地鐵隧道區間聯絡通道的施工項目中，既能提升工程的自身安全性，也能節省作業時間，加之此工法操作簡單，能大大提高工程的經濟效益，在地鐵建設工程項目中應用甚為廣泛，值得推廣。