地鐵區間聯絡通道凍結法施工技術分析

郭 力

（北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著城市隧道埋深增加、地下水變化等原因，地鐵區間聯絡通道開挖復雜性增加，風險性進一步增大，采用傳統開挖方法難以形成封閉體系，易出現安全事故[1]。在地鐵工程施工中，富水地層區間聯絡通道采用凍結法開挖效果良好[2]。在地鐵盾構區間工程完成后，采用凍結法開挖，通過低溫作用將地層土體變成不透水的整體性穩定結構，與區間盾構管片形成嚴密貼合體，以抵抗土體壓力、隔絕地下水，從而達到提高施工安全可靠性的目的。同時，在對土層變形的監控中，要特別注意凍土的發展，通過信息化的監測手段進行動態指導和調整，采取在凍結加固區進行跟蹤注漿等方法，確保凍結法的應用效果[3-6]。本文將結合實際案例，對凍結法施工技術要點及效果進行分析探討。

1 工程概況

某地鐵盾構區間地處北京市通州區的富水粉細砂地層，該區間位于八通線南延工程里程右K38＋217.021（左K38＋245.382），終點里程右K39＋625.850（左K39＋625.850），區間右線長度1408.829m，左線長度1380.468m。該區間包含2 個聯絡通道，其中1 號聯絡通道與排水泵站合建。本文所研究的聯絡通道位置的地鐵區間管片為加強鋼筋混凝土管片，區間斷面外徑為6m,內徑為5.4m，管片寬度為1.2m，管片厚度為300mm，具體參數見表1。

表1 區間聯絡通道技術參數

2 凍結法加固設計

1 號聯絡通道及泵房土體的加固采用凍結法加固方式，在進行積極凍結時，在凍結區附近200m 范圍內不得采取降水措施，避免含水率、流速發生變化導致凍結時間長或者達不到凍結效果。在凍結區內土層中不得有集中水流，否則會導致凍結冷量被帶走。在聯絡通道凍結壁處的地鐵區間管片內側,凍結壁邊界外1m采用阻燃或難燃的軟質塑料泡沫的保溫層,厚度為5cm，該保溫層的導熱系數不大于0.04W（/m·K）。凍土單軸抗壓強度不小于3.6MPa，抗拉強度不小于1.8MPa，抗剪強度不小于1.6MPa。聯絡通道凍結帷幕結構示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 聯絡通道凍結壁平面圖

圖2 聯絡通道凍結壁剖面圖

3 凍結施工技術要點及控制

3.1 孔位布置

3.1.1 凍結孔布置

施工前要確保施工孔施工的有利條件，在水平凍結孔施工中做好質量控制尤為重要。該聯絡通道凍結孔數量為74 個，其中左線設置15 排共計53 個，右線設置6 排共計21 個，工程總量約760m。在通道中部設置用于為隧道對側凍結管和冷凍排管鹽水供應的4 個穿透孔。在凍結站對側隧道上沿凍結壁敷設6 排間距為450mm 的冷凍排管，排管采用Φ 45mm×3mm 無縫鋼管，或者采用加工完成的槽鋼，以加強對管片處的保溫效果。凍結孔按上仰、水平、下俯3 種角度布置。

施工時，首先進行打透孔，復核兩隧道的預留口位置,如相對位置誤差＞100mm，在調整處理中要把握保證凍結壁設計厚度的原則。凍結管用Φ89mm×8mm的無縫低碳鋼管，凍結管耐壓值不低于1.0MPa，并且大于1.5倍凍結面鹽水壓力。在凍結孔鉆孔前，要確保鉆進精確度，一般由測量人員結合實際情況重新復核聯絡通道中心高程。根據4 處透孔的施工情況計算透孔的實際角度及深度，并與設計值進行比較分析。針對誤差的大小，及時調整糾偏：如果誤差值大于設計值100mm，那么凍結孔角度及長度需調整。如果凍結孔的開孔誤差＜100mm，施工前應注意避開地鐵區間盾構的管片接縫處、螺栓處、主筋處等。還要注意凍結孔的最大允許偏斜不大于150mm。凍結孔成孔后，要控制間距不大于1300mm。要注意施工凍結孔時的土體流失量，若超過了凍結孔體積，需要及時進行注漿，確保地層沉降安全，確保土體穩定。

3.1.2 測溫孔布置

該聯絡通道通過布置8 個測溫孔來測量凍結施工范圍內不同部位的溫度發展變化情況。測溫管長度選用Φ32mm×3.5mm 無縫鋼管。測溫管前端要焊接密封，管內不得有滲水出現，通過布置測溫孔進行觀測分析，進而采用相應控制措施確保施工安全。

3.1.3 泄壓孔布置

在凍結帷幕封閉區域內土層中下部，左右線共計布置4個卸壓孔，一側各2個。通過卸壓孔上安裝的壓力表數值變化，監測凍結帷幕內的壓力變化情況。通過每日觀測到的信息，及時有效地判斷凍結帷幕封閉區域的土體加固情況，并可直接釋放凍脹壓力。

卸壓管選用的是Φ45mm×3mm 無縫鋼管，管前端開口，安裝閥門及壓力表，進入土體段的管壁上鉆呈梅花布置的若干孔,端頭密封,以確保凍結帷幕內的壓力有效傳遞。

3.2 冷凍站安裝及冷凍施工

冷凍站安裝因后期可能涉及與鋪軌交叉作業，冷凍站安裝在地面上，在管片上敷設凍結管路至聯絡通道附近，現場情況見圖3，針對下方2 個透孔專門安裝了Φ108mm×8mm 的無縫鋼管進行鹽水分流以保證對側隧道下部凍結孔鹽水流量，上方2 個透孔則采用高壓膠皮軟管連接。對側隧道按照設計布置了5 排冷凍排管以加強對側隧道管片與凍土交接處的凍結。因考慮聯絡通道附近鹽水壓力可能較大，對于所有連接處全部用鉛絲加固并與孔口管法蘭盤進行連接。

圖3 聯絡通道現場情況

冷凍站開始試運轉3d 后鹽水溫度已達到-10℃以下，7d 已達到-19℃，15d 后降至最低溫度-29.5℃。原土體壓力普遍增至0.3MPa 左右，這表明凍結效果正常，凍結帷幕已膠圈形成封閉體，為防止凍脹力對隧道管片造成影響,開始對卸壓孔進行卸壓，卸壓孔出現壓力增長較快，卸壓有部分泥沙涌出。凍結46d 卸壓孔情況基本穩定，在未凍區域打設探孔無泥沙涌出，布設測溫線對距管片約1m 處測溫為0℃，說明凍土凍結效果良好，達到自立的目的。

3.3 開挖構筑施工

聯絡通道先進行洞門破除，見圖4。開挖上行線喇叭口導洞，再開挖通道。通道開挖完畢后，刷擴上下行線喇叭口，刷擴完畢后，進行錨噴施工。錨噴施工全部結束以后，進行通道及喇叭口部分的防水、鋼筋、混凝土施工。最后再進行集水井施工，集水井施工工序同通道施工工序。由于土體采用凍結法加固，凍土強度較高，凍結帷幕承載能力大，因而開挖時（除喇叭口處側墻和拱頂外）可以采用全斷面一次開挖，開挖步距為0.3～0.5m，通道、集水井開挖步距為0.5m。兩端喇叭口處斷面較大，為減輕開挖對隧道變形的影響，開挖步距控制為0.3m。

圖4 洞門破除

隧道及地面的監測凍結孔施工結束，地面及建筑物最大沉降為-0.7mm，隧道最大沉降為-0.6mm；開挖前報表地面及建筑物最大沉降為5.2mm，隧道最大沉降為3.7mm；結構施工結束后地面及建筑物最大沉降為-5.2mm,隧道最大沉降為-4.4mm。

4 結束語

通過實際工程案例情況分析可知，聯絡通道施工過程中，對土體產生了擾動，凍結帷幕產生了蠕變，造成周邊環境的沉降。但由于凍結法施工措施運用得當，嚴格控制開挖布距，快速開挖，及時支撐；在施工工藝上采取分段開挖的方法，及時加強臨時支護的強度，有效控制了凍土蠕變和周邊環境的沉降量,對聯絡通道周邊環境、地面及隧道沒有造成影響，高質量地完成了該聯絡通道的主體結構施工。

針對凍結法施工存在的凍脹和融沉的2 個問題，采取了凍脹開孔卸壓，安裝預應力支架等技術措施，有效地控制了隧道變形和地表沉降，變形量均低于規定范圍，說明隧道泵站加固采用凍結法施工是合理的，開挖構筑施工是成功的。