聯絡通道凍結法地層加固設計總結

侯迎霞

摘? 要：聯絡通道是地鐵區間隧道工程的重要組成部分，設置于左右線區間隧道之間，其作用是區間隧道的安全疏散通道，有時兼做排水泵房。通過對北京幾條地鐵線的聯絡通道設計及調研鄭州、杭州、福州等多條地鐵線聯絡通道凍結法土層加固設計，總結了聯絡通道凍結設計要點、不同形式下凍結管結果統計、設計注意事項、減小凍漲和融沉措施等。

關鍵詞：聯絡通道? 凍結法? 凍結壁? 凍結管? 凍漲? 融沉

中圖分類號：TU472.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）03（c）-0042-03

聯絡通道是地鐵區間隧道工程的重要組成部分，設置于左右線區間隧道之間，其作用是區間隧道的安全疏散通道，有時兼做排水泵房。聯絡通道是地鐵工程后期的主要風險源，合理的設計方案是確保工程安全實施的關鍵。凍結法已成為軟土地區、地下水豐富地區地下工程建設重要的地層加固方法。聯絡通道采用水平凍結法加固地層，礦山法施工已經成為安全可靠、優勢突出的地層加固方法。通過對聯絡通道凍結設計總結，為今后同類工程提供設計參考經驗。

1? 設計要點

首先判斷凍結壁類別，分3類：Ⅰ類僅用于止水，Ⅱ類僅用于承載，Ⅲ類既止水又承載。然后根據聯絡通道埋深計算凍結壁厚度，最后根據設計凍結壁厚度布置凍結管數量。凍結管布置是凍結設計的核心，是否可以形成設計凍結壁的關鍵。應以安全可靠、經濟合理為原則。凍結壁設計需注意以下幾點。

1.1 地質資料特別是凍土特性的選取

典型土層有粉土、黏土、砂土、卵石土等，不同凍土層、含水率、凍結溫度，凍土的力學參數有著明顯差異，凍土參數應通過凍土物理力學試驗提供，在設計前期沒有實驗數據時可參考《聯絡通道凍結法施工技術規程》QGD-002-2017進行凍結壁強度試算。

1.2 凍結壁厚度的選取

凍結壁厚度設計應考慮承受外部荷載、工程及水文地質、可能達到的凍結壁平均溫度等綜合條件確定。在進行凍結壁計算前可參考表1凍結壁厚度參考表進行試算。

1.3 凍結壁設計理論計算方法的應用分析

采用結構力學及數值模擬兩種方法計算。圖1、圖2為聯通通道位于粉土層中，埋深20m，凍結壁平均溫度-10℃，其他外部條件均相同條件下兩種方法計算結果。

（1）圖1和表2為數值模擬計算結果。

（2）圖2為結構力學計算結果。

這兩種方法互為補充，互為驗算。比較兩種計算結果，結構力學法計算偏于安全，由計算結果可知，凍土的抗壓、抗彎和抗剪強度均有一定安全儲備，且計算沒考慮隨挖隨支的有利影響，安全性較高。

2? 不同形式下凍結管結果統計

從表3中總結如下：（1）帶泵房：凍結管一般為75～80個，凍結管總長度隨著左右線隧道中心距變大而加長，凍結天數約為45～50d。（2）不帶泵房：凍結管一般為65～70個，凍結管總長度隨著左右線隧道中心距變大而加長，凍結天數約為40～45d。（3）單洞：凍結管約80～85個，凍結管長度為750～800m，因其風險較大，凍結天數約為50d。

該表凍結時間是指積極凍結期——開機凍結至凍結壁達到設計厚度和強度時間。凍結時間受很多外部條件影響，例如土層含水量、水的流速、水質含鹽量等，對于砂卵石土層主要存在自由水，其凍結速度比黏土層快，時間短，凍土強度高。故設計提供凍結時間一般為暫定時間，可根據現場情況適當調整。

3? 設計注意事項

（1）首先注明加強監測工作，重點監測循環鹽水的溫度和流量、凍結壁的溫度、凍結期已有隧道變形、開挖期凍結壁變形、地面凍漲和融沉。做好現場監測是凍結法施工的關鍵步驟之一。（2）通道布孔圖中，畫出隧道管片的接縫圖用于設計時避開管片接縫、螺栓孔、鋼管片肋板。凍結孔優先均勻布置，在這些位置考慮避讓。（3）仰拱位置結構內力最大，故通道下側角部凍結管布置可適當加強，保證通道周圈凍結壁完成交圈。（4）通道最上層和最下層凍結管布置時考慮鉆機操作空間，沿著凍結管方向，布孔時隧道內預留操作尺寸約4000mm×400mm。（5）通道斷面較大或者兩隧道線間距較大時可能造成對側隧道凍結管數量增多，這時需注意增加透孔數量，保證通過透孔輸送給對側隧道內凍結管流量達到要求。（6）測溫孔（點）應布置在凍結孔間距較大的界面上或預計凍結薄弱處。管徑宜與凍結管一致，在凍結效果不理想情況下，還可變為凍結補強孔。（7）在開挖區非凍土層位置布置泄壓孔，孔口設置壓力表，凍結過程中水壓上漲超過初始壓力0.2MPa時打開閥門泄壓。一般在左右線隧道的聯通通道范圍共布置4個卸壓孔，盡量布置透水層范圍，用來判斷具備開挖條件（開挖前監測泄壓孔內24h無持續壓力泥水流出）之一。

4? 減小凍漲和融沉措施

4.1 抑制凍脹的措施

間歇凍結法：降低凍結速度，減小水分遷移。快速凍結法：足夠快的凍結速度使得大量水分遷移來不及，無法形成大量冰晶體。避免采用封閉式凍土帷幕，限制凍結范圍，設置卸壓孔釋放凍脹壓力。

4.2 控制融沉措施

（1）強制解凍，跟蹤注漿，通過增加孔隙水的粘性來控制向凍結面的水分遷移量。盡快固結土體，避免長期沉降。（2）地層改良凍結法：先注漿，后凍結。降低土壤透水系數，阻止水分遷移;加強土體強度，減小壓縮沉降。（3）預注CMC（羧甲基纖維素鈉），增加土體黏性，降低透水系數，阻礙水分遷移。

通過總結聯絡通道凍結法設計中的技術要點、注意事項等，為相關工程提供參考經驗，方便大家在今后設計中快速進入工作狀態，更好地將凍結法地層加固技術應用到地下工程建設當中。

參考文獻

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