地鐵聯絡通道凍結法施工的區域適應性分析★

王 莉 賢

(阜陽職業技術學院，安徽 阜陽 236031)

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地鐵聯絡通道凍結法施工的區域適應性分析★

王 莉 賢

(阜陽職業技術學院，安徽 阜陽 236031)

介紹了地鐵隧道聯絡通道凍結法的應用現狀，并以該施工方法在北京和上海兩種典型地層中的應用為例，從凍結設計、凍結孔施工、積極凍結、凍結環境效應等方面，分析了凍結法施工的區域適應性，得出了一些有意義的結論。

地鐵，聯絡通道，凍結法，區域適應性

自1998年煤炭科學研究總院建井研究分院在國內首創地鐵隧道聯絡通道水平凍結法以來，凍結法在上海等軟土地層中得到越來越廣泛的應用，如今上海地鐵隧道聯絡通道幾乎全部采用凍結法施工。通常，在以堅硬砂性地層為主的北京、成都和南昌等地區因地層可注性好，多采用水泥系加固配合人工降水法處理后隧道內礦山法施工。如今，水泥系加固和降水法通常遇到地面不具備場地、禁止降水以及加固體隔水性差等問題，凍結法因所形成的加固體均勻可靠、封水性好、可控性強、占地少以及不污染環境等優勢，成為了處理復雜富水地層的“終極工法”[1]。

由于不同城市地鐵隧道結構型式以及所處地層存在差異，其聯絡通道凍結法施工也存在區域適應性，本文以地鐵隧道聯絡通道凍結法施工在北京和上海兩種典型地層中的應用為例，對比分析地鐵隧道聯絡通道凍結法施工的區域適應性。

1 凍結設計

與上海地區的典型粘性土地層不同，北京地區典型土層以砂卵石地層為主。如北京地鐵6號線玉郝區間聯絡通道主要處于⑤1中粗砂層以及⑦細砂層中，局部為卵礫石層，其中中粗砂層滲透系數為3.31×10-2cm/s，卵礫石層滲透系數高達9.65×10-2cm/s，而上海地區典型粘性土層滲透系數僅為2.62×10-5cm/s，與上海地區典型粘性土相比，北京地區典型砂卵石地層滲透性高出103倍～104倍，地下水活動將更為活躍，存在較大的涌水涌砂風險。

根據凍土物理力學實驗結果，兩種典型土層在-10 ℃時凍土的力學參數如表1所示。凍結壁設計選取表1中參數，采用容許應力法，抗壓強度安全系數取2.0，抗折強度安全系數取3.0，抗剪強度安全系數取2.0，按照結構力學方法確定凍結壁厚度，同時利用有限元數值計算軟件對設計凍結壁厚土進行驗算。根據凍土物理力學參數實驗所得的凍土物理力學參數，北京地區典型砂卵石土層凍結后由于土顆粒間的相互咬合作用，凍土強度較高，設計凍結壁厚度得以減薄，根據地層特點及凍土物理力學試驗結果，給出了兩種典型地層條件下凍結壁厚度設計的經驗取值，如表2所示。

表1 兩種典型土層凍土物理力學參數對照表

2 凍結孔施工

凍結孔施工通?？刹捎脷鈩雍还芊ɑ蚋茔@進法[2]，在上海地區典型粘性土層中，土質松軟，氣動夯管法施工凍結孔較跟管鉆進法效率更高且施工工藝較為簡單，但對于北京地區砂性土層，采用氣動夯管法施工時，隨著夯入深度的增加，夯進速度明顯降低，由于砂性土壓縮性低且易出現“抱鉆”現象，氣動夯管法只能施工小于6 m的短孔，而大部分凍結孔長度均在6 m以上，因此只能采用跟管鉆進法施工。

表2 兩種典型土層設計凍結壁厚度取值 m

跟管鉆進法施工凍結孔時，凍結管與砂土間的摩擦隨著鉆進深度的增加而加劇，最后在凍結管的薄弱位置即凍結管連接處出現斷裂。為解決該問題，在施工過程中，通過循環泥漿起到潤滑的作用，同時帶走凍結管端部的砂土，確保鉆孔順利進行。

為最大限度減小因凍結孔施工引起的地層沉降，在凍結孔鉆進過程中采用保壓鉆進，即采取孔口密封裝置使得凍結孔鉆進時基本無泥水泥砂流出。此外，根據地面監測數據，凍結孔施工結束后通過孔口管的旁通閥進行補償注漿。

3 積極凍結

北京地區的砂卵石地層，滲透系數均大于3×10-2cm/s，透水性強。凍結范圍內地下降水施工和其他因素引起地下水流速過大，對凍結壁的正常交圈產生影響。如北京地鐵6號線二期玉帶河大街站—郝家府站區間聯絡通道兼泵站凍結工程，積極凍結40 d時凍結壁仍未交圈，后經過地下水流速流向測試發現，聯絡通道凍結區域地下水的平均流速達到14 m/d，地下水流速過大是導致凍結壁較長時間不交圈的主要原因[3]。后通過檢測判定凍結壁薄弱環節，采用砂層注漿改善土體滲透性并補打雙排凍結孔的辦法，成功解決了在大流速條件下凍結壁交圈難的問題。根據上海地區旁通道凍結法技術規程相關規定：凍結壁形成期間，凍結區域200 m范圍內的透水砂層中不宜采取降水措施，但在北京地區砂卵石地層進行聯絡通道凍結施工時，由于地層滲透性強，在進行凍結前的地下水活動排查時，應將排查范圍擴大至700 m以上，并應對聯絡通道處地層進行地下水流速流向測試，若地下水流速大于5 m/d，應深入分析其對凍結的影響，同時采取針對性措施。

4 凍結環境效應

4.1 凍脹效應和融沉效應

凍結法的環境效應一直是制約其發展與推廣的重要因素，尤其是在周圍建(構)筑物、地下管線及公共設施密集的城市中，環境效應備受關注。因凍結過程中水分遷移引起的凍脹效應以及凍土解凍后產生的融沉效應是凍結環境效應的主要部分，相比于上海地區典型粘性土，北京地區砂性土凍脹率較小，凍脹效應并不顯著，融沉效應也較小，更利于工程施工過程中的凍結環境效應控制。

4.2 初期支護結構形式

上海地區聯絡通道采用凍結法施工時，初期支護通常采用型鋼+木背板+噴射混凝土結構形式，混凝土無法噴射到木背板與凍土間的空隙中，凍土融化后空隙被軟化的融土填充而引起地層產生沉降，在超挖情形下該問題尤為突出。

北京地鐵聯絡通道初期支護采用鋼格柵+噴射混凝土結構型式，混凝土直接噴射在凍土表面，凍土與初期支護密貼，使得初期支護得以及時承載，且初期支護與凍土共同作用，協調變形。此外，由于凍土與初期支護間空隙大為減小，凍土融化后沉降量減小，結構施工完成后充填與融沉注漿工作量減少，有利于凍結環境效應的控制。

4.3 凍脹對隧道管片影響

聯絡通道凍結施工過程中，土體中的水凍結成冰而造成體積膨脹，這種凍脹作用產生的凍脹力對隧道管片會產生不利影響。在凍結壁交圈之前，凍脹力較小，隨著凍結壁的交圈與發展，凍脹力增長迅速，為減小凍脹力對隧道管片的影響，通常在隧道內聯絡通道位置兩邊均勻布置隧道支撐，同時聯絡通道中心線位置兩邊各一環均為鋼管片。但北京地鐵聯絡通道位置隧道管片為普通管片，為防止凍脹力過大對隧道管片產生破壞，建議聯絡通道中心線位置兩邊的隧道管片采用加強型管片或鋼管片。

5 結語

通過地鐵隧道聯絡通道凍結法施工在北京和上海兩種典型地層中的應用對比分析，可得出以下結論：

1)北京地區典型土層凍土強度較高，設計凍結壁厚度較薄，有利于凍脹融沉的控制;2)砂卵石地層鉆孔難度大，采用泥漿保壓鉆進技術可有效解決鉆進過程中的斷管和地層沉降等問題;3)大流速砂卵 石地層凍結應擴大降水排查范圍至700 m以上，采用注漿改性和雙排孔強化凍結是解決凍結壁長時間不交圈的關鍵技術。

[1] 敖 松,韓圣銘.淺覆土凍結法加固的凍脹控制技術應用[J].城市軌道交通研究,2015(4):107-110,127.

[2] 王勝利,韓圣銘.氣動夯管法施工水平凍結孔技術[J].中國市政工程,2007(1):61-63,100.

[3] 張 昊,敖 松,劉俊洋.北京地鐵下穿運河區間地下水流速流向測試[J].城市軌道交通研究,2016(7):27-29,34.

Analysis on regional adaptability of freezing method in connecting passage of metro tunnels★

Wang Lixian

(FuyangInstituteofTechnology,Fuyang236031,China)

The paper introduces the application status for the freezing method in connecting passage of metro tunnels, and analyzes the regional adaptability of the freezing method from the freezing design, freezing hole construction, active freezing, and freezing environmental effect with the example of applying the construction methods in the two typical stratums of Beijing and Shanghai, and achieves the meaningful conclusion.

metro, connecting passage, freezing method, regional adaptability

1009-6825(2017)11-0177-02

2017-02-09★:北京市科技計劃項目(Z151100002815023)資助

王莉賢(1988- )，女，助教

TU472.9

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