澳門橫琴線地鐵聯絡通道水平冷凍加固方案實測分析

摘要：含水地層條件下地鐵聯絡通道施工，采用人工凍結法具有很好的加固效果，以澳門輕軌延伸橫琴線地鐵聯絡通道項目為依托，對其冷凍加固設計方案進行現場監控量測，并對相應數據進分析，得到如下結論：不同路徑凍結自7d左右開始，而7～20d時間段內溫度下降更快，20～40d溫度變化又漸趨平緩，凍結管分布密集部位溫度變化更明顯；各個路徑上觀測點降溫變化相似，大致可分為3個階段，即開始凍結階段、積極凍結階段和維護凍結階段；鹽水回路溫度在凍結的前10d略大于設計值，對此施工過程中應重點關注，以保證工程的順利進行。

關鍵詞：臨水環境；地鐵聯絡通道；水平冷凍加固；實測分析

0 " 引言

城市軌道交通的高速發展，有效緩解了人口涌入城市所帶來的交通擁擠、用地緊張等問題，而地鐵以其運量大、速度快、低碳環保等優勢，成為城市軌道交通發展的主要方式。聯絡通道作為聯通地鐵兩隧道間的臨時通道，兼具疏散人群、排水防火的安全儲備功能，其重要性不言而喻[1]。

目前，聯絡通道常用的施工工法有明挖法、暗挖法和頂管法[2-3]。為了確保聯絡通道施工的順利進行，須對于一些不良地質體進行預加固處理。國內學者對此進行了大量研究。翟志國等[4]采用MJS水平旋噴樁地面加固方式，對微承壓性的富水軟弱地層進行加固，取得了良好的成樁和止水效果，有效提高了土體自穩能力、隔斷了承壓水，最大程度減少聯絡通道地層加固和開挖對地面房屋的沉降影響。李丹等[5]提出洞內WSS注漿加固的方法，并結合西安地鐵聯絡通道進行了研究，優化了注漿孔位的布置，并調整了注漿配比和注漿參數等。針對地下水豐富和地層軟弱的地層時，凍結法相比傳統工法，具有有效阻擋地下水滲流、施工環境友好、復雜地層所耗成本較低等特點，因而被廣泛應用。基于以上研究，本文依托澳門輕軌延伸橫琴線地鐵聯絡通道項目，對其冷凍方案設計進行現場實測數據進分析，確定凍土帷幕的形成效果，從而保證工程的順利實施。

1 " 工程概況

澳門輕軌延伸橫琴線為單洞單線雙向運營，在里程0+707.227處設置聯絡通道，聯通疏散井和區間隧道。通道開挖寬5.1m，高6.45m，凈長3.0m，凈埋深為23.017m。通道采用半圓拱加直墻段結構，采用水平冷凍法對地層進行加固，之后采用礦山法開挖施工。

該區間隧道埋深約21.1m，聯絡通道所在地層構造自上而下依次為人工填土、粉砂、淤泥、淤泥質黏土、粉質黏土、細砂、粗砂、生物碎屑、礫砂。聯絡通道主要穿越淤泥、淤泥質黏土、粉質黏土和細砂。

根據地下水的分布特征、埋藏條件分析，場區范圍內地下水為第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于場區淺部人工填土及其下部砂性土地層中，水量豐富，富水性好。勘察期間，測得淺部地下水深介于1.93～4.96m，水位標高介于0.16～1.72m。下部砂層透水性強，地下水多具有承壓性。

2 " 水平凍結設計及監測孔位布置

2.1 " 水平凍結設計

本工程采用鹽水凍結，聯絡通道凍結時間設計為40～45d，單孔凍結流量≥5m3/h，積極凍結7d鹽水溫度降至-18℃以下，積極凍結15d鹽水溫度降至-24℃以下。鹽水溫度降至-28℃以下方可進行開挖，開挖時鹽水去、回路溫差≤2℃。設計凍結壁厚度2.5m，凍土平均溫度均小于-13℃。凍結過程中應采取相應措施，保障相關參數達到以上設計要求。鹽水降溫計劃如表1所示。

2.2 " 測溫孔點位布設

聯絡通道共設凍結孔79個，測溫孔9個分別編號為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8和C9。其中C1、C2、C3測溫孔孔深為4m，分別每隔1m設置一處測溫點，共4個點；C6、C7、C8、C9測溫孔孔深為2m，分別每隔0.5m設置一處測溫點，共4個點；C5測溫孔孔深為2.5m，每隔0.5m設置一個測溫點，共5個點；C4測溫孔孔深為6m，均勻設置6個測點。測點編號從里到外，具體詳見表2。

測溫孔布置情況如圖1、圖2所示。測溫孔布置原則如下：根據相關工程經驗，選取凍結壁厚度較大位置周邊布置測溫點為宜，并盡量保證其與附近凍結管距離在0.5～1m之間，所有凍結孔深度、偏斜、耐壓經檢測，均符合設計要求。溫度實測主要通過電子溫度計測量，將溫度計布置在相應深度圖層中，做好防水等保護措施，然后每天固定時間記錄溫度計顯示溫度，直至凍結結束。

2.3 " 實測目的

現場實測作為本文研究重要部分，主要目的有四點：一是研究聯絡通道在凍結加固前后地溫情況；二是通過實測鹽水去、回路溫度，能夠及時發現鹽水在凍結管內循環是否受阻，以保證鹽水降溫，滿足設計溫度；三是溫度實測可以反映出凍結壁溫度是否達到設計值，以確定是否需要增加凍結時間；四是滲流實測可以觀察聯絡通道附近土體地下水滲流速度、滲流量和滲流方向，以便及時采取相應措施，保證凍結工程順利進行。

3 " 溫度場實測分析

3.1 " 鹽水去、回路溫度

鹽水的實測去、回溫度情況如圖3所示，由圖3可知，凍結前6d，鹽水溫度下降迅速，6d之后其變化較緩。凍結的前10d，鹽水去、回路溫差平均在3℃，后20d鹽水去、回路溫差降至平均2℃以下，說明此時土體與鹽水凍結管之間熱交換量變低，凍土帷幕發展良好。在凍結第7d溫度降至-18.2℃，凍結第15d溫度降至-24.2℃，符合設計要求。

需要注意的是，凍結期間應積極改善機組運行工況，并輔以加強保溫措施、加強清水系統降溫、增大鹽水流量等措施，來保障凍結效果。

3.2 " 測溫管溫度

測溫孔溫度實測結果如圖4所示，由圖4分析可知：

凍結開始到25d左右，凍結管內凍結液溫度急劇下降，這一時間段溫度曲線下降速度較快，之后進入維護凍結階段。此時的測溫孔溫度實測曲線變化相對較緩。

所有測溫孔所測溫度下降最快的持續時間都在7d左右，然后逐漸變緩。其中各測溫點變化較大的測溫孔如C5、C7、C8。分析其原因，可能是開孔位置或者角度不同，導致各其孔內測溫點與最近測溫管距離差別較大，其中C6與最近測溫管相聚最遠，直到凍結30d后其溫度才下降到0℃。

C1測溫管上，凍結開始的6d左右，溫度沒有明顯變化。這是由于C1測溫管與最近凍結管距離相對較遠，冷量傳遞需要一定時間；第7d到第13d溫度下降最快，然后下降趨勢逐漸減緩，到第22天左右達到0℃；測溫管內4個測溫點溫度變化趨勢基本一致。

C2、C3、C8和C9測溫管內測溫點最開始6d左右，發展趨勢與C1類似，其中C3的整個凍結過程發展趨勢接近C1，從凍結孔開孔位置可以看出，C1、C3位置相近，且開孔角度一樣，這也就解釋了降溫發展趨勢為何近似。C2位于整個凍結管群右側，根據開孔角度知其靠近孔最深處，與最近凍結管距離越遠，測溫點溫度更高也體現出這一點。

4 " 結論

本文依托澳門輕軌延伸橫琴線地鐵聯絡通道項目，對其冷凍方案設計進行現場監控量測，并對相應數據進分析，得到如下結論：凍結前10d，鹽水去、回路溫差平均在3℃，略大于設計值，對此施工過程中應重點關注；后20d鹽水去、回路溫差降至平均2℃以下，說明此時土體與鹽水凍結管之間熱交換量變低，凍土帷幕發展良好，可以保證工程的順利進行。整體上不同路徑凍結自7d左右開始，而7～20d時間段內溫度下降更快，20～40d溫度變化又漸趨平緩；C1和C3路徑變化趨勢相近，C4、C5變化趨勢相近，但C4、C5所在位置附近凍結管分布更密集，故C4、C5觀測點最終凍結溫度較C1、C3更低。各個路徑上觀測點降溫變化相似，大致可分為3個階段，即開始凍結階段、積極凍結階段和維護凍結階段。鹽水凍結的冷量在傳遞的過程中需要一定的時間，因此距離凍結管越近的測溫管其溫度變化越大。施工過程中，要時刻關注遠端測溫管的溫度變化，以此為依據來調整冷凍參數，保證開挖過程中帷幕凍結壁厚度在可控范圍內。

參考文獻

[1] 趙璞琪.淺埋盾構隧道聯絡通道明挖施工[J].隧道建設，2012，

32（S1）：50-54.

[2] 鄭智鵬.富水砂層地鐵聯絡通道施工安全風險管控與應用研究

[D].武漢：華中科技大學，2020.

[3] 衛佳鶯，馬永政，莫振澤等.機械法聯絡通道T接施工地層隆

沉變化特征研究：以無錫地鐵3號線頂管法聯絡通道T接施工

示范工程為例[J].隧道建設（中英文），2020，40（S2）：136-143.

[4] 翟志國，花楠，劉柳.MJS水平旋噴樁在京沈高鐵盾構隧道聯

絡通道中的應用[J].隧道建設（中英文），2021，41（S2）：512-519.

[5] 王書磊，丁國勝，吳強.復雜工況下超長聯絡通道凍結法設計

與施工[J].地下空間與工程學報，2021，17（6）：1894-1905.