地鐵聯絡通道凍結法施工的風險點及應急措施研究

劉小鵬

摘 要 本文在廣泛閱讀相關文獻的基礎上，理論結合工程實際，從凍結法的工法原理入手，對凍結法地鐵隧道聯絡通道施工關鍵工序的風險點進行了分析，并針對施工過程中的風險管控及應急處置進行了闡述。

關鍵詞 凍結法;聯絡通道;風險;應急措施

1工法原理

1.1 凍結法工法原理

凍結法是利用人工制冷技術，使地層中的水結冰，把天然巖土變成凍土，增加其強度和穩定性，隔絕地下水與地下工程的聯系，以便在凍結壁的保護下進行地下工程掘砌施工的特殊施工技術。其實質是利用人工制冷臨時改變巖土性質以固結地層。凍結壁是一種臨時支護結構，永久支護形成后，停止凍結，凍結壁融化。

冷凍系統分為三大循環系統，由冷媒劑循環、制冷循環和冷卻水循環組成。

1.2 地鐵聯絡通道凍結法施工的基本工序

本文以“隧道內凍結加固土體、隧道內礦山法開挖構筑”的地鐵盾構區間聯絡通道施工方案為例來說明其施工工序：施工準備→凍結孔施工（同時安裝凍結制冷系統，鹽水系統和監測系統）→進行隧道支撐→積極凍結→探孔試挖→聯絡通道掘進與初期支護→聯絡通道永久支護結構充填注漿→進行自然解凍融沉注漿充填→撤場[1]。

2關鍵工序施工的風險分析

2.1 鉆孔施工

鉆孔過程中應充分考慮工程的地質情況及施工環境，凍結孔施工工藝不嚴格，易造成孔口涌水、涌沙，進而引起地面的沉降;凍結孔施工質量同時也直接影響到凍土帷幕質量，進而成為開挖施工安全風險控制的關鍵因素。

2.2 凍結施工

凍結過程中產生凍脹，進而對隧道結構的產生影響。所謂凍脹是由于凍結過程中土中原有的水結冰體積膨脹，未凍結的水分遷移向凍結面富集，水分相對集中，最終使土體積膨脹。根據國內凍結法的實測資料統計，含蒙脫土、高嶺土等膨脹性土層，受凍結壓力影響較大。由于凍結工法特點，凍脹會對隧道結構造成一定的影響，使隧道產生凍脹變形，較大的凍脹變形，還可能會造成聯絡通道結構的滲漏;凍土結構和隧道兩側管片膠結強度不夠造成接觸面漏水。

2.3 開挖施工

施工過程中的停電、機器發生故障使凍結機組停止運轉超過規定時限，凍結過程中斷;開挖過程由于凍結帷幕局部薄弱漏水、漏砂等情況。

3風險管控及應急處置

3.1 風險管控的技術措施

（1）根據以往聯絡通道凍結孔施工的成功經驗，用金剛石取芯鉆在管片上開孔，在未開透管片的情況下安裝孔口密封裝置，并采取跟管鉆進法下放凍結管，以防鉆進時大量涌水、涌砂。

（2） 由于管片容易散熱，會影響隧道管片附近土層的凍結效果，從而影響凍結帷幕的整體穩定性和封水性。在開凍前管片外敷保溫層，以減少冷量損失。

（3）在聯絡通道兩端布設卸壓孔，凍脹壓力過大時，及時釋放壓力，以減小土層凍脹對隧道的影響。

（4）加強對凍結帷幕的檢測。在凍結帷幕內布置測溫孔，以便正確判斷凍結帷幕是否交圈和測定凍結帷幕厚度。凍結管末端近隧道管片附近土層的凍結情況為控制整個聯絡通道凍結帷幕安全的關鍵。需在沿凍結帷幕四周布置測溫孔，以全面監測凍結帷幕的形成過程。

（5）凍結交圈前在隧道內安裝預應力支架，以防打開預留管片時隧道變形和破壞。

（6）在開挖過程中及時監測凍結帷幕變形和開挖面溫度，如遇凍結帷幕有明顯變形，立即用鋼支架支撐，調整開挖構筑工藝，并同時加強凍結。

（7）在聯絡通道襯砌中預埋壓漿管，采用注漿方式以補償土層融沉，注漿應配合凍結帷幕融化過程進行[2]。

3.2 應急處置

（1）鉆孔施工過程中涌水涌砂應急措施。正式開孔前，施工現場準備足夠的水泥等注漿材料和注漿設備。應急材料準備好后再用小孔徑鉆孔檢查地層穩定性，如有嚴重涌砂冒水現象，采取注漿堵漏措施;在取芯開孔后，安裝帶填料密封盒的孔口管，通過管側的旁路閥門，防止孔口噴砂。若出現大量涌砂，也可通過此旁路閥門對地層注漿，必要時用木塞封堵鉆桿管口;為防止開孔及鉆進期間涌水、涌砂現象的發生，采取加大鉆機推力，強行頂入套管等措施，必要時采取壓緊孔口管密封裝置，封閉該孔。

（2）凍結施工施工過程中冷凍機停機預案。機器本身故障引起的停機：由于冷凍機具有自動保護裝置，當機組運行參數超出規定范圍時，自動保護裝置動作，引起停機，這種情況在故障排除之后可繼續運轉;但如果因停電、停水等外界因素引起的停機，立即與供電方聯系、協調，同時起用備用電源。

無論何種原因引起的停機情況發生，在開挖時應停止掘進，并及時對暴露的凍土進行保溫支護，同時加強凍土的量測。密切觀察凍土的變形、溫度的變化，萬一發生流砂、流水或位移變形超值現象，要封閉工作面直至關閉安全應急門。可分兩步考慮，第一步如果流砂、流水現象不連續，具有間斷性或帷幕位移不超值，可以采取堆土法或加強支架加背板，調整開挖步距來處理;第二步如果流砂，流水或位移變形超值現象特別嚴重，以上處理方式已無法處置現場情況，安全風險持續加劇，那么就要封閉工作面，其主要措施就是采用堆土法或關閉安全應急門，然后進行注漿處理。

（3）開挖施工過程中突發涌水、涌砂應急措施。開挖時，隧道內配備黏土袋和砂袋，當出現涌水、砂等情況時，用砂袋和黏土袋壓住出水點，封閉通道，并分析原因，制訂針對性措施;開挖面有水滲出時，立即停止施工，同時對滲水點進行處理。如果出水量小，利用快干水泥或注入聚氨酯封堵;當出現無法控制的突發局面時，關閉防護門。

（4）停水、停電應急措施。在積極凍結期間突然停電，凍結帷幕不會很快融化，對凍結效果影響也不大;如停電時間較長，應增加積極凍結時間，直到凍結帷幕完全交圈為止。如在開挖期間突然停電，立即停止掘進，啟用備用電源，并把暴露的土體用保溫材料完全覆蓋，進行保溫，檢查停電原因。

凍結補充水每天補充一次，斷水24小時一般不影響凍結;凍結時保證清水箱充滿水，另外在停水后，可以從別處運水補充至清水箱或應提前考慮相應的蓄水設施，緊急時抽水至清水箱，保證凍結系統的正常運轉。

（5）跟蹤注漿應急措施。充填注漿一方面是控制地層和隧道沉降，另一方面可彌補融沉的重要措施，利用隧道既有的注漿孔對管片頂部、底口和喇叭口部位進行注漿，同時在結構層施工過程中，按設計預埋注漿管。結構層施工完畢并達到一定強度，進行充填注漿，注漿控制至地層或隧道不出現沉降或沉降量符合有關規定為止。后期還應根據檢測反饋的信息進行跟蹤注漿[3]。

4結束語

地鐵隧道聯絡通道多位于市區，交通繁忙、人口密集，地上建筑、地下管線眾多，施工條件復雜，環境要求嚴格，如果不能保證凍結施工的質量，不能控制地層的變形，將會造成工期延長、費用增加，甚至成型隧道、地表建筑物和地下管線損壞的后果，危害施工安全，影響城市運行，導致人員傷亡和經濟損失。本文從凍結法原理入手，分析關鍵工序的風險點，并對施工過程中的風險管控及應急處置進行了闡述，為后續類似工程的項目管理提供參考。

參考文獻

[1] 張潮潮.人工凍土凍脹特性及凍結法施工關鍵技術研究[D].合肥：安徽理工大學，2017.

[2] 陳湘生.地層凍結法[M].北京：人民交通出版社，2013：51.

[3] 汪濤.地鐵聯絡通道水平凍結法施工技術[J].四川建材，2016，42（2）：232-236.