地铁联络通道施工中冻结法的应用范文

摘要：结合合肥市轨道交通4号线工程巢湖路站～和平路站区间隧道1#联络通道施工实例，介绍了冻结法在地铁联络通道冻结法施工中关键的施工技术，对今后联络通道冻结法施工有一定的指导意义。

关键词：冻结法；冻结壁；地面沉降

1工程概况

1.1工程概述

合肥市轨道交通4号线工程巢湖路站～和平路站区间隧道1#联络通道左、右行线盾构隧道里程为左K29+214.002、右K29+212.182，中心距为13.000m，左、右行线隧道中心标高约为-11.649m，联络通道所处位置左(右)行线地面标高约为+12.22m。联络通道将两条隧道联通起来，在一侧发生火灾或其他突发事件时可以将人员从另一侧隧道及时安全疏散。联络通道处土层自上而下依次为：第四系晚更新统冲洪积层⑥3粉质黏土层、⑥5粉细砂层，古近系古新统定远组地层⑧11全风化砂质泥岩夹泥岩层。根据现场勘查结果，次联络通道上方为五里庙石材城，其门面房距离联络通道最小水平距离约20m，无市政管线。

1.2施工方案

考虑联络通道所处地层条件、地面情况、施工条件等因素，确定采用“隧道内钻孔，冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方案，即：在联络通道两侧隧道内打设冻结孔，通过冻结使联络通道周围土体形成封闭的冻土帷幕，为联络通道的开挖准备好条件[1]。从一侧隧道向另一侧进行联络通道的开挖构筑，根据“新奥法”的基本原理，采用矿山法进行施工。

2设计冻结壁及冻结孔的布置

2.1设计冻结壁

冻结法的目的是形成冻结壁，冻结壁的形态、厚度、封闭性等对冻结效果起到决定性的作用。联络通道冻结壁既承担着挡水的作用又承担着承载的作用，冻结壁太薄则无法满足承载的要求，冻结壁太厚一方面造成浪费，另一方面会造成较大的冻胀融沉现象，对工程反而不利。因此，需根据具体的工程有针对性地设计出合理的冻结壁厚度。通过理论计算及承载力复核最终确定联络通道冻结壁厚度：喇叭口处≥1.8m、通道段≥2.1m，冻结壁平均温度为小于等于-10℃。联络通道冻结壁结构几何尺寸见下图（图1）：

2.2冻结孔的布置

冻结孔的布置原则是按照设计要求可以形成设计的冻结壁。联络通道周围的冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置，共设69个冻结孔（其中21个冻结孔布置在左行线隧道内，48个冻结孔布置在右行线隧道内），冻结管规格为Φ89×8mm，20#低碳无缝钢管,两根冻结管采用内衬箍连接。

2.3冻结参数

（1）冻结期间盐水按梯度进行降温，要求积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下；积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下，去、回路盐水温差不大于2℃；（2）流量要求为：冻结孔单孔流量不小于5m3/h，保证冻结孔流量才能使冻结管实时、均匀的与地层进行热交换；（3）结合土层性质并参照以往工程经验，冻土发展速度取22mm/d，积极冻结时间为52天[3]。

3监测结果及冻结效果分析

3.1测温孔分析冻结工程会在关键位置及薄弱环节布置测温孔，根据测得的温度推算冻结壁的发展状况，本工程共布置12个测温孔，从测温数据分析，开始冻结后，土体温度从初始地温开始快速下降，降温曲线近似呈线性变化。当土体温度下降至-10℃左右，降温曲线明显变缓，并且波动不大。随着冻结盐水温度进一步降低至-28℃，土体温度持续下降，在积极冻结阶段后期，接近开挖时，土体温度达到-15℃，降温曲线接近水平，且盐水去回路温差在1℃左右，说明此时冻结壁处于热交换稳定的状态，冻结加固效果已达到设计的要求，可以进行下一步的开挖构筑。在开挖阶段，由于开挖面土体暴露及对应保温措施的破坏，且结构施工阶段浇筑混凝土产生的水化热，土体温度有回升现象，但随着初衬及二衬的依次完成，整体结构是安全的[4]。

3.2泄压孔分析

泄压孔的布置一方面作为判断冻结壁是否交圈的一个重要依据，另一方面可以及时排泄掉联络通道内的冻胀压力。联络通道共布置4个卸压孔，安装好压力表便可以测出土体的初始压力，卸压孔压力在积极冻结17天后开始明显上升，到第25天达到最大压力值，说明此时冻结帷幕已交圈。此后，打开卸压阀，卸压孔压力开始下降，卸压孔不再流水和泥，卸压孔保持常开状态。

3.3测温资料分析

分别在两端喇叭口和中部位置选取三个特征面进行冻结壁有效厚度和平均温度的分析计算，三个特征面的冻结壁有效厚度和平均温度满足设计要求（喇叭口位置冻结壁超过1800mm，正常段超过2100mm，平均温度≤-10℃），通过作图法和成冰公式验证，冻结壁最小厚度为2.15m，最小平均温度为-12.0℃。通过测温孔、泄压孔以及探孔可以判断出冻结效果已满足设计要求，开挖过程中土体结霜状态良好，总上，此联络通道冻结效果较好，可以保证开挖构筑的安全施工。

4注浆施工

冻结法会产生冻胀融沉现象，如果冻胀融沉变形量超出允许的变形值，会导致地面沉降变形过大、结构破坏等灾害，因此施工过程中，除进行冻土温度监测外，还需要加强冻结壁后水土压力监测、地面变形监测等。如果冻胀融沉变形量过大时可以通过注浆的方式来控制，因此冻结法施工过程中会存在注浆步骤。注浆管的布置、浆液的选择、注浆顺序等是控制注浆效果的关键。

4.1注浆管布置

在结构施工时预留注浆管，注浆管规格为2寸焊管，深度以到达初衬（初期支护）与冻土墙之间为宜。注浆孔沿通道轴线方向间距布置，共布置42个注浆管。

4.2注浆材料

融沉补偿注浆主要采用水泥-水玻璃组成的双液浆，而辅助使用单液水泥浆。水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆和水玻璃溶液体积比为：1:1，其中水泥浆水灰比为1:1，水玻璃溶液采用B35~B40水玻璃和加1~2倍体积的水稀释[5]。冻结范围区域都应进行注浆，注浆压力不大于0.5MPa或结构要求的允许值。注浆施工过程中，浆液的压力可通过注浆压力表等综合的监测数据对注浆参数进行实时的调整。

4.3注浆顺序

先进行底板的注浆然后进行侧墙的注浆。进行底板注浆时，通道中部的注浆孔最先开始注浆，然后按照从中间向两端的方向依次进行注浆。

5结语

冻结效果直接决定着冻结法施工的成败，从冷冻管的打设、成孔验收、偏斜、到冻结系统的形成，冻结法施工的各个环节都必须严格把关。为减小冷量的损失，做好管路及冷冻面管片的保温，同时保证盐水的流量及温度。为避免冻胀融沉引起结构的破坏，施工期间应加强联络通道、隧道及地面变形监测，一旦出现变形过大时应及时采取相应措施。以此联络通道冻结工程为例，对冻结法施工关键工序进行深入探讨，为以后冻结工程提供一定的指导意义。

参考文献

[1]郑石.广州富水砂层地区联络通道地层冻结技术[J].广东建材，2013(2):76-79.

[2]李晓英等.地铁区间泵房下穿既有地铁结构冻结加固技术研究[J].铁道建筑，2015(2):58-61.

[3]李戈.高承压水粉细砂地层中地铁隧道联络通道冷冻法施工技术[D].长安大学，2012.

[4]李方政.冻土帷幕的冻胀和蠕变效应与结构相互作用理论及应用研究[D].东南大学，2005.

[5]石磊.地铁联络通道冻结加固融沉注浆研究[J].城市建设理论研究（电子版），2016(8):4255.

作者：高福华 单位：合肥城市轨道交通有限公司