盾構區間聯絡通道冷凍法施工控制要點

汪宗輝

摘要 根據佛山2號線和佛山3號線2個冷凍聯絡通道的施工經驗，文章從開孔、冷卻、冷凍壁厚判定等方面進行了闡述，可為后續類似地質水文情況提供參考依據。通過文章能夠更好地掌握冷凍法的控制原理和控制要點，在以后施工過程中，根據總結的經驗數據和凍結壁判定條件確定是否達到開挖條件，更加安全可靠、準確高效地進行冷凍法施工。

關鍵詞 凍結法；循環；復核

中圖分類號 U231.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0056-04

0 引言

凍結加固工藝分為垂直和水平凍結，兩種加固形式在施工工序、原理、技術、安全、質量等方面大體一致，其區別僅在于冷凍管布置、打設方法和冷凍站位置的不同。冷凍法施工通過以CaCl2鹽溶液作為冷媒劑的間接制冷系統，通過清水循環、鹽水循環、制冷循環三種方式達到冷凍目的。

1 案例背景

通過佛山2號線和佛山3號線2個冷凍聯絡通道施工，對于冷凍聯絡通道有了更多的認知，但是2個聯絡通道施工環境不一樣。佛山2號線聯絡通道的隧道中部處于中粗砂，中粗砂與東平水道貫通（盾構施工得到驗證），地下水水流速度也很快（此處進行盾構開倉水頭的壓力很大），在后期聯絡通道施工前進行了專項的水流測速，流速大于5 m/d。所以，在佛山2號線聯絡通道施工前，應增加冷凍管，在洞門周邊增加18根冷凍管，防止地下水流過大無法達到開挖條件。佛山3號線聯絡通道帶廢水泵房，地層類似于佛山2號線地層，通過佛山2號線聯絡通道的施工摸索總結以下幾點。

2 施工要點

2.1 凍結孔施工

在地層沉降控制要求高的地層中應用鉆進法時，宜實施干鉆實施鉆進作業。孔從一側隧道打入至另一側隧道，測量透孔位置數據后，借助3D建模軟件進行精細化建模以對透孔位置進行模擬。將BIM應用于施工中（如圖1所示），對于冷凍聯絡通道施工過程中冷凍管布置（如圖2所示），以現場實際左右線的中心線為基準進行建模，特別是需要在鋼管片開孔的項目，可以提前調整冷凍孔的位置，避免冷凍孔開孔位置出入螺栓或者肋板上[1]。

2.1.1 對穿孔施工控制

根據聯絡通道線間距確定對穿孔的管長度。第一個孔的施工過程應根據藍圖確定標高和里程坐標放樣，施工角度也要和藍圖一致，水平與打孔的夾角和長度也需要二次確認。對穿孔施工須注意止水環的施工質量，以及鉆頭和鉆進的壓力。

特別注意的是，二次開孔的凍結孔鉆透后，應繼續推進至止水環，直至頂到管片，這時止水環能起到封水效果。凍結孔鉆透后，在外露凍結管根部纏盤根后，將凍結管后拉，使盤根和管片擠緊。最后，增加導流管后，使用堵漏王把凍結管和管片封嚴[2]。

2.1.2 孔口安裝

用螺絲將孔口裝置裝在閘閥上（如圖3所示），注意安裝好密封墊片。依據施工基準點，按凍結孔施工圖進行凍結孔的孔位放線。孔位布置首先應依據管片配筋圖，在避開主筋、管縫及螺栓的前提下可適當調整，但不應大于100 mm。

2.1.3 二次開孔

在凍結管連接部位的準備工作完成后，鉆孔的深度應依據設計規范，借助凍結管作為鉆桿。凍結管采用絲扣連接，接口處需進行補焊以增強其強度，確保凍結管的同軸度和焊接質量。當凍結管達到設計深度后，使用麻絲對孔底進行密封。

按凍結孔施工方位要求，調整好鉆機位置，并固定好（如圖4所示），將鉆頭裝入孔口裝置，并將盤根輕壓在盤根盒內。首先采用干式鉆進，當鉆進費勁且不進尺時，從鉆機上進行注水鉆進，同時打開小閥門，觀察出水、出砂情況，利用閥門開關控制出漿量，保證地面安全。

2.1.4 成孔質量復核

鉆孔完成后，項目技術人員對每個成孔進行驗收，對深度、角度、直徑等進行確認。

首先，進行透孔施工以核實對側隧道預留口位置的偏差及鉆孔施工質量，如偏差大于100 mm，則應根據保證凍結壁設計厚度的原則對凍結孔布置進行調整。其次，凍結孔鉆進深度不應少于設計深度，但鉆頭碰到隧道管片的凍結孔除外。此外，鉆孔偏斜應控制在150 mm以內[3]。

另外，凍結孔終孔的最大允許間距為1 300 mm，集水井處凍結孔終孔的最大允許間距為1 400 mm。若超出最大允許間距，可采取補孔或延長凍結時間等方式進行處理。在凍結管長度和偏斜合格后，進行打壓試漏，控制壓力在0.8 MPa。若前30 min的壓力損失小于0.05 MPa，后15 min的壓力穩定無變化，則試壓合格。若試壓不合格，可拔出凍結管進行重新鉆孔，或下套管進行處理。

2.2 積極凍結與維護凍結控制

凍結系統安裝完成后，應組織凍結前的施工條件驗收，驗收合格方可進行凍結。做好記錄巡查制度，對壓力值、液位、進水管和回水管水溫，凍結孔的溫度進行記錄；冷凍期間，做好應急工作，配備發電機以保障設備穩定；土方開挖過程中，遇到個別凍結孔溫度異常情況時，應及時分析原因，保障周邊土體的穩定安全可靠[4]。

2.2.1 積極凍結

凍結過程中，通過電腦可以實時查看每個冷凍管的測溫數據，并進行統計分析，當出現異常孔時可進行逐個分析。正常運轉情況下，鹽水溫度7 d內可以下降至?20 ℃，凍結開始后半個月，鹽水溫度下降至?25 ℃，開挖前鹽水溫度降到?28 ℃。

凍結過程中，現場技術人員和設備管理人員應對鹽水溫度、水箱液位、管路溫度實時查看并記錄，觀察管路上的結霜是否正常。監測過程中，當進水管路和回水管路的流量小于平均流量時，應進行檢查分析，使其回復正常水平。

結合鹽水溫度變化情況，分析凍結孔周邊的凍結厚度和速度，粗略估算達到設計凍土厚度的時間。

隧道應保持通風，也需要對水池進行降溫，保證進水溫度滿足規范要求。

2.2.2 維護凍結

整個施工過程的鹽水溫度應不小于?25 ℃。

配用發電機并確保一切正常，以防突發停電造成凍結系統運轉出現問題；在整個凍結過程中，應根據預埋測溫線實時關注測溫數據和鹽水溫度。

在聯絡通道開挖過中，技術人員應經常測量掌子面溫度和周邊土體溫度，測量人員應按照監測頻率對隧道收斂和地面測量，監測頻率增大需要加大監測頻率并且反饋至現場管理組。開挖期間應保持隧道通風，隧道環境溫度應小于20 ℃，鹽水溫度和流量應與開挖前保持一致，不能盲目提高標準。

2.3 開挖條件判定

因冷量比較集中，根據類似地層施工經驗計算，該地層凍土發展速度平均按25～28 mm/d計算，最大孔間距按1.15 m，聯絡通道的交圈時間約為22～25 d。

通過對測溫孔和泄壓孔的實測數據分析，判定凍結帷幕達到設計的強度和厚度后，開始進行試挖，經試挖滿足開挖條件后可以正式開挖。

2.4 融沉注漿

充填注漿結束后，地面監測頻率應為一天2次，通過監測數據動態分析，地面沉降大于0.5 mm或者累計沉降大于1 mm時，應進行二次注漿（融沉注漿）；通過融沉注漿以保證凍結壁融化后土體沒有空腔，確保地面建筑物及行車安全。融沉注漿以地面沉降量和累計沉降量為主，未超過沉降量或累計沉降量可以停止注漿。

注漿過程可以通過注漿量和注漿壓力進行控制，注漿壓力達到壓力值后停止注漿，穩壓30 s后再次注漿，若壓力增加，則該孔注漿完成。單孔注漿量達到理論值后，壓力未增加時，應及時分析原因，切勿盲目注漿[5]。

（1）注漿范圍：注漿在成型隧道左、右線聯絡通道2環鋼管片左右各5環范圍內，除K塊外對全環管片進行注漿封水，共對左右線的24環管片（包含4環鋼管片）進行全環注漿。

（2）注漿控制參數：注漿液為水泥—水玻璃雙液漿（或單液雙液交替注漿），水泥漿配比（質量比）為C∶W=1∶1，雙液漿配比為C∶S=1∶1；注漿壓力為0.5～0.8 MPa，逐步增加。

（3）注漿要求：注漿結束標準采用雙指標控制，當注漿壓力達到0.8 MPa（施工現場可根據情況確定）或者注漿量達到設定值（根據背襯回填情況確定）或者發現管片異常等，應立即停止注漿。

3 防治措施

3.1 凍脹和融沉治理

凍脹和融沉治理應掌握相應的影響因素和各自對應的控制措施，如表1所示。

3.2 凍脹引起管片變形的防止措施

（1）通過監測發現隧道變形達到預警值后，應適當提高鹽水溫度，減少冷量供給，進行維護凍結，以控制凍土的發展速度。

（2）通過泄壓孔進行泄壓，降低凍脹力的影響。

（3）動態控制千斤頂預加力，減少千斤頂和鋼架間隙。

（4）增加隧道支撐數量，加大隧道的監測頻率，及時反饋監測數據以便采取相應措施。

3.3 無法在設計期限內實現冷凍交圈或溫度無法下降

（1）模擬凍結管相對位置，提前發現成孔間距的較大位置，必要時在旁邊實施補孔措施。

（2）施工前，準確核實水文、地質資料，進行地質補勘，收集原地層水樣并研究成分，包括地下水流速度、方向，滲透系數，水位，土層結冰溫度等。

（3）凍結管選用質量合格的材料，避免凍結管破裂、鹽水滲入地層。

（4）凍結管破裂，鹽水滲入地層后，及時切斷該組管路、下供液套管后再及時進行恢復凍結，延長凍結時間。

3.4 二次襯砌滲漏水

（1）開孔處容易形成漏水點。實施襯砌時，應規范做好防水層、止水帶等施工措施，預埋注漿管用于后期注漿。

（2）混凝土澆筑過程中，為做好分層澆筑和分層振搗，或者漏振等工作，應在振搗過程中將振搗棒垂直插入上一層混凝土面以下10 cm，配合附著式振搗棒振搗30 s，確保混凝土密實。

（3）冷凍完成后，應根據地面沉降監測情況及時進行二次注漿，注漿過程應嚴格控制注漿壓力和注漿量。

（4）在緊急情況下，通過預留注漿孔進行引流和注入聚氨酯臨時封堵，后期注入環氧樹脂進行封堵。

4 施工經驗與大數據

通過2個項目的冷凍聯絡通道施工，并和勞務隊伍交流學習，查閱資料等，總結出一些重要數據和經驗分享至此。

4.1 交圈時間判定

根據已完工項目施工過程記錄的相關數據，交圈時間的判定如表2所示。

4.2 現場實際數據

一般凍結壁發展速度：①黏性土：25～30 mm/d。②砂性土：30～35 mm/d。③凍結壁產交圈時間：18～22 d。

根據施工經驗，凍結壁達到設定厚度需要40 d左右：集水井凍實，厚度超過2.5 m。

凍結施工其他參數：①設計最低鹽水溫度不高于?28 ℃。②凍土帷幕平均溫度不高于?10 ℃。③凍結孔單孔鹽水流量為3～5 m3/h。④開挖時鹽水干管去回路的溫差不大于1.5 ℃。⑤凍結總需冷量為：每小時7.2萬大卡（600 m孔）。

4.3 凍結壁經驗取值

凍結壁壁面上任一點與另一壁面之間的最短距離如表3所示。

5 小結

根據佛山2號線和佛山3號線2個項目冷凍法聯絡通道的施工經驗，再結合防水層和二襯結構，最終創造了安全的施工環境，為施工作業奠定良好基礎。同時，根據已發生情況對冷凍聯絡通道施工過程的控制要點進行了研判分析和歸納總結，可為類似工程提供借鑒參考。

參考文獻

[1]伍錦鵬. 地鐵工程中冷凍法施工的控制要點[J]. 建筑技術， 2019（11）： 1335-1336.

[2]楊平. 原狀土與凍融土物理力學性能差異性研究[J]. 南京林業大學學報， 2001（2）： 68-70.

[3]佛山市鐵路投資建設集團公司. 地鐵冷凍法聯絡通道施工質量安全管控手冊[M]. 2019.

[4]石乾， 陳錫然， 申建萍. 蘭州地鐵1號線聯絡通道冷凍法施工技術論述[J]. 西昌學院學報（自然科學版）， 2019（1）： 55-58.

[5]武鵬. 聯絡通道冷凍法施工技術[J]. 城市住宅， 2019

（5）： 173-174.