地鐵隧道聯絡通道工程地層凍結法施工技術

摘要：在介紹某地鐵工程聯絡通道的地質概況和施工方案的基礎上，詳細闡述了該聯絡通道工程采用地層凍結法在凍結帷幕主要技術參數、管孔布置、凍結帷幕參數、輔助設備和管路材料、凍結孔施工、冷凍站安裝、積極凍結和維護凍結以及融沉監測和收尾工作等方面的施工技術，可供從事地鐵隧道聯絡通道工程施工技術人員參考。

關鍵詞：地鐵隧道;聯絡通道;地層凍結法;施工技術

1" "工程地質概況

某地鐵上下行隧道之間的聯絡通道與泵站合建，距離聯絡通道正上方14m處建有居民區，但該區域沒有敷設重要市政管線。聯絡通道所在地層的上部、中部含較多的砂質粉土和粉砂夾砂質粉土，其透水性較強、強度偏低、具有壓縮性，在外部動力作用下容易發生大幅度流變現象。因此在聯絡通道和泵站施工中，要針對其上述地質情況采取地層凍結法組織施工，以此創設安全的施工環境。

2" "施工方案

在擬建聯絡通道施工區域的外圍地層，鉆出若干個水平和傾斜狀態的凍結孔，在凍結孔內設置凍結管，通過冷凍系統對該聯絡通道外圍的地層進行凍結加固，構成嚴密且強度較高的凍結帷幕（凍結墻），以此有效提高施工區域外圍土體強度、穩定性和封水性能。在凍結帷幕內側采用礦山法組織土方開挖，并完成聯絡通道和泵房主體工程的施工任務。

3" "地層凍結法施工技術

3.1" "凍結帷幕主要技術參數

凍結帷幕平均溫度為-10℃，成型凍土所具備的力學性能如下：單軸抗壓強度為3.6MPa，抗剪強度為1.6MPa，抗折強度為1.8MPa;無側限抗壓強度≥3.0MPa。

3.2" "管孔布置

3.2.1" "凍結孔的布置

在上、下行線隧道里，按照上仰、水平、下俯3種角度布置凍結孔。共布置78個凍結孔，其中上行線隧道里布置64個、下行線隧道里布置14個。此外根據施工需要，設置4個上、下行線隧道的穿透孔，以此形成數量、位置適宜的凍結孔。

3.2.2" "測溫孔的布置

在上、下行線隧道里，共布置8個測溫孔，上、下行線隧道各4個。使用這8個測溫孔測量凍結帷幕的溫度，其深度各不相同，在2～6m之間，以便掌握凍結帷幕不同部位的溫度。根據實際情況采取相適應的溫度控制措施，以達到凍結帷幕完整和安全施工的目的。

3.2.3" "卸壓孔的布置

在上、下行線隧道里，共布置4個卸壓孔，上、下行線隧道各2個。在完成卸壓孔的布置且尺寸滿足要求后，安裝壓力表，以此測定凍結帷幕的壓力值，以便根據實測數據對凍結帷幕的形成情況做出準確判斷。卸壓孔可用于釋放凍脹壓力，增強凍結帷幕的穩定性。

3.3" "凍結帷幕參數

凍結帷幕分為2個階段，即積極凍結期和維護凍結期。其中積極凍結期的鹽水溫度為-30～-28℃，維護凍結期的鹽水溫度為-28～-25℃。積極凍結期為40天，根據隧道開挖和結構施工的進度調整維護凍結期，兩者保持協調一致，也就是維護凍結期需貫穿隧道開挖和結構施工的始終。各凍結孔流量均不小于3m3/h。對不同時段的鹽水溫度要求有所不同，凍結7天需降至-18℃以下，凍結15天需降至-28℃以下。開挖施工環節，凍結帷幕的溫度必須降至-28℃以下。

3.4" "輔助設備和管路材料

3.4.1" "輔助設備

凍結系統的輔助設備包括2臺IS150-125-315型鹽水循環泵、2臺IS150-125-315型冷卻水循環泵和2臺NBL-50型冷卻塔。

3.4.2" "管路材料

凍結管采用20#低碳鋼材質Φ89×8mm無縫鋼管，單根長度為1～1.5m，鋼管之間使用絲扣連接;測溫管和卸壓管均為Φ32×3.5mm無縫鋼管;供液管采用普通鋼管，通過焊接連接;冷卻水循環管采用Φ133×4.5mm無縫鋼管;鹽水干管和集配液圈均采用Φ159×6mm無縫鋼管;冷凍排管采用Φ32×3.5mm無縫鋼管。

3.5" "凍結孔施工

3.5.1" "定位與開孔

根據設計要求，所有管孔均應避開隧道的管片縫、螺栓、鋼管片肋板和主筋。管孔按照施工圖經過準確測量后，確定其位置并放線。采用J-200型金剛石鉆機開孔，根據開孔尺寸配置Φ130mm金剛石取芯鉆頭，取芯孔深度為200～250mm。用鋼楔斷開鉆成的巖心，將該巖心完整取出后，向孔中安裝提前制成的孔口管，并固定在隧道管片上。待孔口管穩固后安裝密封裝置，保證其具有足夠的密封性。

3.5.2" "鉆孔方法

先設置穿透孔，成型后進行檢測，并根據實測結果確定偏差，據此對鉆進參數做必要調整。以設定的孔位為準，按照自上而下的順序有序進行鉆孔施工。此方法可高效完成鉆孔作業，且下層鉆孔施工不會對其上部地層帶來擾動。

3.5.3" "鉆孔參數的控制

管孔偏斜量需控制在150mm內，單排管孔的最大間距不宜超過1.4m，多排管孔的最大間距不宜超過1.68m。若管孔間距過大，則需及時補孔。在鉆進時嚴格控制鉆孔深度，不可小于設計值。

3.5.4" "鉆孔施工和質量檢測

鉆孔采用MD-50型鉆機，配備BW250型泥漿泵，利用Φ89×8mm無縫鋼管制作的凍結管作鉆桿。凍結管（包括測溫管和卸壓管）采取絲扣加焊接的連接方法。待接頭螺紋緊固后，再使用手工電弧焊接方法將接頭處焊接牢固，以增強凍結管連接的穩固性。

鉆孔時安裝簡易鉆頭，全程均在無水條件下鉆進。因某些特殊原因而導致鉆進難度較大時，可在鉆頭處安裝單向閥門，采取帶水鉆進方式，保證鉆進作業的順暢性。當凍結管到達設計深度后，清理安裝在鉆頭處的單向閥，并對凍結管端部做密封處理。

鉆孔時存在較多干擾因素，需監測孔位的偏斜情況，若出現偏斜應及時糾正。凍結管深度滿足要求且偏斜量得到有效控制后，則以0.8MPa壓力進行打壓試漏，并維持該壓力15min。期間若無壓力異常波動的情況，則凍結管安裝完成。此后，向凍結管內置入供液管，再以焊接方式設置端蓋和出入回路接頭。

3.6" "冷凍站安裝

3.6.1" "布設位置和配套設備

在上行線隧道內臨近聯絡通道的位置布設冷凍站。該冷凍站主要配套設備包括冷凍機、清水泵、鹽水泵、冷卻塔、配電控制柜等。

3.6.2" "管路的連接和保溫

管路采用法蘭連接，以保證連接的嚴密性與穩定性。鹽水管路和冷卻水循環管路上均安裝測試元件，包括閥門、測溫儀、壓力表等。

鹽水管路保溫層的厚度為50mm，在其外側包扎塑料薄膜。每組凍結管的出口部位均設置1個閥門，以便在使用過程中根據需要靈活調節閥門開度，實現流量控制。蒸發器和低溫管路采用包裹棉絮構成的保溫層進行保溫;鹽水箱和鹽水干管采用厚度為50mm的保溫板進行保溫（也可采用棉絮包裹）。

此外，還要對聯絡通道兩側管片的表面進行保溫，盡可能減少其溫度損失。使用適量的素混凝土，將其填充至鋼管片格柵內;在凍結帷幕發展區域的管片處設置PEF板，以起到隔熱保溫作用。對設置在冷凍站對側隧道的凍結管，應注重對其端部進行處理。先在該處設置冷凍排管，再進一步設置PEF板，以達到保溫效果。

3.7" "維護凍結

試運轉的目的在于檢驗凍結系統的運行狀態，根據所掌握的實際情況對壓力、溫度等關鍵作業參數做出調整，使其穩定運行。凍結系統進入積極凍結后，鹽水溫度需穩定在-30～-28℃，正常情況下凍結時間需達到40天，凍結時間可根據實際凍結情況以及現場環境適當延長。

以溫度測量結果為主要依據，對凍結帷幕是否交圈及其實際凍結厚度做出判定。同時還判定凍結帷幕與隧道的膠結狀態。若這二者已經交圈、滿足凍結設計厚度且已膠結，則可以進入維護凍結階段。維護凍結過程中的溫度應穩定在-28～-25℃。對于維護凍結時間的控制，則需根據實際施工情況決定，即必須貫穿聯絡通道和泵站的開挖和主體結構施工的始終。

3.8" "融沉監測和收尾工作

3.8.1" "融沉監測

從現場施工條件來看，地面條件較好，未分布重要管線。在采取凍結加固的方法后，可有效控制聯絡通道和泵站施工范圍內土層的融沉，維持地層穩定。如果發生地層融沉現象，可通過聯絡通道結構上預留的注漿孔及時進行跟蹤注漿。

3.8.2" "收尾工作

有序拆除施工設備，將其分類存放至指定位置。統一收集供液管，將供液管中的鹽水清理干凈。對孔口管和凍結管露出隧道管片的部分做切割處理，在管口處以焊接的方法設置12mm厚的封口板，實現對管口的有效封閉處理。

待聯絡通道混凝土結構逐步成型且實測強度滿足設計要求后，可拆除鋼支架。期間需進一步擰緊襯砌環內的連接螺栓，保證其具有足夠的穩定性。在集水井上方，按照設計要求加蓋尺寸合適的鋼蓋板。

制備適量混凝土用于澆筑鋼管片內格柵;外露鋼構件需刷涂環氧瀝青漆形成防護層，避免銹蝕。對施工現場做全面清理，要求聯絡通道內不存在附著泥漿和油污的情況。

參考文獻

[1] 谷丹.地鐵隧道聯絡通道凍結法施工技術[J].工程機械與維修，2021（1）：110-111.