水平凍結法在超長地鐵聯絡通道的應用價值分析

張 齊

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100176）

0 引言

在地鐵施工項目中需要加強對地鐵區間隧道聯絡通道的施工，是地鐵工程質量的重要保證，水平凍結法在超長地鐵聯絡通道中有著重要的應用價值，該施工法要求布置水平凍結孔并形成凍土帷幕，通過凍結孔施工、積極凍結與維護凍結作業，以及開挖、構筑施工，充分發揮水平凍結法的價值作用。

1 工程概況

以上海地鐵某聯絡通道作研究案例，該隧道內徑5.5 m，上行線里程為SK14+899.956，下行線里程為XK14+903.065，采用11.036 m 隧道中心距，上行線隧道中心標高是-22.221 m，下行線隧道的中心標高-22.217 m。

施工位置地質環境：集水井部為粉質黏土層，通道主體位于灰色粉質黏土層之中，聯絡通道上部位置屬于黏土層地質，粉質黏土層、灰色粉質黏土層與黏土層地質在較強動力作用下容易產生流變，這是由于其強度較低，具有較高的含水量與壓縮性[1]。此次工程施工充分考慮了施工當地的地質環境與土層特性，采用了水平凍結法。

2 地鐵聯絡通道凍結過程

地鐵聯絡通道凍結過程中要求布置水平凍結孔并形成凍土帷幕，設置凍結施工相關參數。

2.1 布置水平凍結孔并形成凍土帷幕

工程設置了68 個凍結孔，采用119.736 m 長冷排管以及474.004 m 長的凍結管。設計23～28 d 的凍土帷幕交圈時間，其間充分考慮凍土的發展速度、測溫孔的溫度以及凍結孔的最大間距，在凍結工作進行到第50 d 時，設計2.2 m 的凍結壁厚度，采用1.9 m 的喇叭口厚度。為了抵御土壓和水壓的作用，設置了凍結帷幕，并要求其平均溫度≤-10 ℃。

2.2 設置凍結施工相關參數

凍結施工相關參數值見表1。

表1 制冷施工相關參數

3 地鐵聯絡通道水平凍結法施工技術

上海地鐵某聯絡通道水平凍結法施工技術包括凍結孔施工、積極凍結與維護凍結作業以及開挖與構筑施工。

3.1 凍結孔施工

凍結孔的開孔位置處結合測量放線的凍結孔位置進行選擇，孔位偏差≤100 mm。結合設計圖紙，凍結孔鉆進到制定的深度位置，采用開挖區外圍≤1.3 m 的成孔最大間距，以經緯儀燈光測量方位角與傾角，為凍結孔的鉆進提供數據支持，采用≤150 mm 的凍結孔最大偏斜值[2]。

施工過程中，在管片上運用金剛石芯鉆開孔，規格為Φ120 mm，留下100 mm 的混凝土層不鉆透，其余要求全部鉆透。借助膨脹螺栓將孔口管固定在管片上，預埋孔口管規格為Φ121 mm×5 mm，之后安裝球閥，安裝過程中要求在孔口管靠近法蘭處設置一個6號注漿孔，將孔密封及防噴裝置安裝后再進行二次開孔作業，之后將殘留混凝土壁與保護層用鉆頭鉆透，鉆孔開孔作業如圖1 所示。

圖1 鉆孔開孔作業示意

3.2 積極凍結與維護凍結作業

絡通道施工過程中，采用聯運調試與單機調試方式調試完成站內設備后，開展積極凍結作業，凍結之前要求檢查機組運行情況。積極凍結過程中，凍結7 d，設置≤2 ℃的去回路鹽水溫差，采用＜-20 ℃的去回路鹽水溫度。要求鹽水流量與鹽水溫度達到設計數值，否則需要延長凍結時間并加大鹽水泵泵量。加強對凍結情況的監測，每天檢測并記錄孔溫度以及鹽水溫度，對于凍結中出現的異常情況做好記錄。凍結帷幕平均厚度與平均溫度的計算要結合每日得到的實測溫度數據。維護凍結階段指的是完成臨時支護后的工序，采用與積極凍結一致的凍結工序[3]。

3.3 開挖與構筑施工

該聯絡通道施工中采用分區分層方式進行開挖作業，將集水井上部通道部分完成開挖之后再開挖集水井，開挖程序見圖2。采用0.55～0.8 m 的開挖步距，運用風鎬開挖，這是由于施工空間受限，同時凍土強度較高的原因。將手稿和鐵鍬運用到中間凍結土體的開挖作業之中，除濕處理與淬火處理后再使用風鎬。

圖2 聯絡通道施工作業示意

應力會在開挖段周圍地層中呈重新分布狀態，在凍結帷幕上同時也會受到這種附加荷載的影響，使得凍結中出現變形現象。變形在超過一定的限度后會壓裂凍結管破壞凍結帷幕。因此在開挖作業過程中應充分關注凍結壁位移情況，發現嚴重變形應及時處理，進行臨時支護或者調整開挖步距，對暴露的凍土帷幕保溫，避免進一步化凍現象。

4 地鐵聯絡通道施工支護方式

該地鐵某聯絡通道施工支護方式包括初期支護與二次支護。

4.1 初期支護

支護層作業即是初期支護，首先制作臨時支架，以設計好的尺寸拼接整榀鋼架，要求鋼架沒有錯臺、變形、側彎以及扭曲現象。在充分測量的基礎上定位鋼支架，注意避免出現鋼架下沉，鋼支架貼緊巖層放置，并墊墊紙。以法蘭盤連接各個單元，用Φ20 mm 螺紋鋼焊接不同的鋼支架使之構成一個整體。

按照分段、分片、分層的順序開展混凝土噴射作業，采用≤6 m的分段長度，自下而上進行反復噴射。采用1∶0.45∶2.35∶2.17∶0.035（水泥、中砂或粗砂、卵石或碎石、速凝劑，配合比為水泥∶水∶砂∶石子∶速凝劑）。

4.2 二次支護

該地鐵某聯絡通道施工過程中，鋼筋混凝土結構組成的結構層施工即是二次支護，二次支護過程要求充分結合聯絡通道固有結構的特殊性，施工第一位置是通道與喇叭口，之后挖集水井，完成后進行集水井底板的施工并澆筑鋼筋混凝土，采用P10 抗滲等級以及C40 等級的混凝土。建設包括喇叭口在內的水平通道，之后建設集水井，按照底板、側墻、拱頂的順序澆筑通道混凝土，按照底板、側墻、井蓋的順序澆筑集水井的混凝土。

此次施工過程中采用了聯絡通道每榀鋼支架結構，下料加工以及預組裝完成之后檢查相關尺寸，確保尺寸正確，之后進行大量生產。結合現場開挖施工斷面安裝鋼支架，設置0.7 m 的支架間距，相鄰鋼架之間以及鋼支架與開挖面都要確保足夠牢固。在出現超挖過大的情況下，對出現的空隙使用砂填實[4]。

5 結束語

上海地鐵某聯絡通道在施工過程中采用了水平凍結法，地鐵聯絡通道凍結過程中布置水平凍結孔并形成凍土帷幕，設置凍結施工相關參數，并進行凍結孔施工以及積極凍結與維護凍結作業，采用初期支護與二次支護的地鐵聯絡通道施工支護方式，最終取得了較好的施工效果，水平凍結法在地下水極豐富的風化地層施工中顯示出了重要的應用價值，水平凍結法在上海地鐵某聯絡通道施工中成功實施，為其他相似的工程建設提供了一定的借鑒意義。