暗挖隧道拱顶冻结加固施工技术探讨

暗挖隧道拱顶冻结加固施工技术探讨

李宝宝

中铁一局集团有限公司广州分公司广东广州510000

摘要：本文主要以暗挖隧道的拱顶加固技术为对象，以标华林寺站南端暗挖站台隧道冻结加固工程为例介绍了拱顶冻结加固的施工技术要点，以期对未来行业发展有一定借鉴。

关键词：暗挖隧道；拱顶冻结加固；施工技术；

引言

暗挖隧道修建时经常会经过砂土地层，但由于砂土地层颗粒松散，受动荷载影响液化明显以及自稳能力几乎为零的特点，隧道开挖时大变形以及坍塌等流动特征显著的施工施工极易出现，严重影响隧道的修建，因此修建隧道需要选择有效科学的土层加固方法，这里以广州市轨道交通八号线北延段施工一标华林寺站南端暗挖站台隧道冻结加固工程为例，介绍拱顶冻结加固的施工技术要点。

1工程概况

广州市轨道交通八号线北延段施工一标华林寺站南端暗挖站台隧道采用矿山暗挖法进行施工。经详勘，华林寺站至南端活塞风井段隧道施工区域顶部部分地层为砂层、粘土层，小导管注浆加固后难以满足开挖要求，因此决定对于开挖区域上部软弱土层采用冻结法加固，冻结壁与中下部岩层形成有效的封闭支护体系。图1为施工总体流程图。

图1施工总体流程图

左线隧道拟加固区域从华林寺站至活塞风井，右线隧道拟加固区域从华林寺站至1#横通道。左线拟加固段隧道主要土层为淤泥层、泥岩强风化带、泥质粉砂岩强风化带以及泥质粉砂岩层，其中淤泥层为软弱土层，需要冻结加固，侵入开挖面约1.68m。右线拟加固段主要土层为中粗砂层、粉质粘土层、泥岩强风化带、泥质粉砂岩强风化带以及泥质粉砂岩层，其中中粗砂层、粉质粘土层为软弱土层，需要冻结加固，软土侵入开挖面约4.6m。在拟建隧道上方，有多种管线，管线有延隧道方向及横跨隧道方向布置。加固位置上方管线较多，施工中做好监测及保护。

2冻结加固施工方案

2.1施工技术要求

本工程总体方案采用：开挖区域上部软弱土层冻结法加固，冻结壁与中下部岩层形成有效的维护结构，在维护结构的保护下，进行开挖构筑的方案，二衬结构施工完成后才可停止冻结，停止冻结后，冻土体进行融沉补偿注浆。拱顶冻结加固在实际施工时应按照预先制定的施工技术方案进行，若出现特殊情况应及时与设计单位联系修改技术方案设计，保证施工顺利进行。以下是预先制定的施工技术方案。

2.1.1冻结孔

遇特殊结构需调整开孔位置时，开孔位置调整不大于300mm，且需相应调节冻结管角度与长度，保证终孔位置与原设计一致。冻结管用低碳钢无缝钢管，接头采用内接丝箍+对焊连接，冻结管接头的抗拉强度不应低于母管的75%。冻结管有效深度不小于设计深度，管头不能循环盐水的长度不超过200mm。施工冻结孔时砂性土或有喷涌可能的土层应安装有效的防喷装置，以免发生施工施工，影响工程进度。冻结管数量多，长度大，钻孔施工时应尽量加长每根冻结管的长度、减小接头个数以避免冻结管断裂、盐水漏失的风险。冻结管下入地层后必须进行试压。

2.1.2冻结壁

积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施；在冻结区内土层中不得有集中水流。在冻结壁附近地连墙内侧敷设保温层，敷设范围不得小于设计冻结壁边界外2m。冻结孔单孔流量不小于5m3//h，冻结管盐水循环允许串联，但每组串联冻结管个数不得超过3个；管路连接应充分考虑可能的“气堵”现象，并采取针对性措施。如盐水温度或流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。左右线暂定积极冻结60天（不少于60天）。

2.1.3冻结

在开挖期间不得擅自停止或减少冻结孔供冷。如确因施工需要停止个别冻结孔供冷时，应分析对冻结壁整体稳定性的影响，并制定相应技术措施，确保开挖和结构施工安全。

2.1.4停止冻结

暗挖隧道主体结构施工结束后方可停止冻结。

2.1.5解冻

停冻后采用自然解冻。

2.1.6冻结孔封孔及钢管片处理

停冻后应尽快割除地连墙上的孔口管和冻结管，防止孔口管和冻结管周围冻结壁解冻漏水。割除深度应进入管片不小于60mm。对遗弃在地层中的冻结管进行充填。充填冻结管材料应采用M10以上水泥砂浆或C15以上混凝土，充填管长度应不小于管口以内1.5m。冻结孔封堵应按以下步骤进行：冻结管内壁涂刷界面处理剂→充填聚合物水泥防水砂浆→充填150mm厚硫铝酸盐微膨胀水泥→内侧贴300×300×12钢板，并通过4根植入管片内的M12锚栓固定。

2.1.7开挖条件

冻结壁厚度、平均温度等参数满足设计值；冻结设备运转正常，备用设备状态良好；完成冻结效果评估相关程序；开挖应急方案手续齐全，应急设备及物资准备就位，由开挖单位完成相关准备。

2.1.8充填及融沉注浆

停止冻结并完成冻结孔封孔工序后，应进行衬砌后充填注浆和地层融沉补偿注浆，充填注浆由开挖构筑单位完成。融沉注浆管应在暗挖隧道结构施工时预埋。充填注浆宜采用0.8：1~1：1单液水泥浆。充填注浆结束后，应根据地层沉降监测情况进行冻结壁融沉补偿注浆。融沉补偿注浆浆液以水泥-水玻璃双液浆为主，单浆液水泥浆为辅。注浆设备宜采用双液注浆泵，注浆泵应配备压力表、流量计等量测仪表；地层沉降大于0.5mm/d或累计地层沉降大于3mm时，应进行融沉补偿注浆；地层隆起达到3mm时应暂停注浆。冻结壁已全部融化，且实测地表沉降速率连续2次小于0.5mm/15d，可停止融沉补偿注浆。注浆孔末次封孔注浆采用水泥水玻璃双浆液，逐孔依次注浆，不得遗漏。注浆过程中应填写各项注浆记录表与质量抽检报告，作为注浆加固质量验收依据。

2.2冻结施工

2.2.1施工准备

按照施工要求在施工场区具备四通一平条件。例如配电，架设水管水泵等供水设备用于供水及排污，平整场地。图2为冻结施工流程。

图2冻结施工流程

打钻施工平台搭设四座，分别设于四个工作面，左线负三层工作面、左线负四层工作面、右线负三层工作面、右线负四层工作面。

搭设钻机升降平台为施工不同高度以及不同径向范围的冻结孔提供便利条件，其设置以手拉葫芦为作用点实现钻机平台在水平滑道以及竖直立柱上平移，满足冻结孔施工位置要求。施工工艺流程：测量划线→钢滑道安装施工→横向型钢安装施工→立柱安装及附属滑轮等配件安装→斜撑及剪刀撑焊接施工→升降平台安装→加固及护栏安装。并准备相应机械设备与人员配置等。图3为钻孔升降平台平面示意图。

图3钻孔升降平台平面示意图

搭建或租借施工冷冻站房等临时施工用房。办公及工人住宿等临建从总包单位处或周边租借。冷冻站围闭采用阻燃夹芯板搭设。为各用电设备接电，保证一机一闸，做好用电安全保障。施工设备以及施工材料进场。

2.2.2钻孔施工

钻孔施工总体钻孔方案为在地层中打入套管，进入岩层50cm，在套管保护下，采用潜孔锤进行岩层钻孔施工，成孔后下放无缝管作为冻结管。采用潜孔锤工艺提高穿岩效率，配合套管提高成孔质量，辅以高效泥浆护壁减少原状砂层的流失，控制地面沉降。其施工流程为安装调试钻机→Φ168一次开孔安装孔口管→Φ150钻头二次开孔→φ146*8套管跟管钻进入岩→取出单向阀并注浆→Φ123潜孔锤锤击岩层至设计深度→成孔退钻→下放冻结管。

2.2.3开挖与维护冻结

隧道开挖时应该具备以下条件：积极冻结时间达到设计值60天，并要求盐水温度达到设计最低盐水温度-28℃以下。根据测温孔测温结果计算，冻土帷幕平均温度和厚度达到设计值并写出分析报告。打探孔检查。开挖准备工作齐备。相关安全技术措施及开挖报告已履行审批手续。

维护冻结过程中，要与积极冻结时一样进行冻结施工监测，确保冻结系统运转正常，及时分析冻结壁的温度变化。在开挖过程中，每天监测暴露冻结壁的表面温度和位移量，如发现局部冻结壁温度较高、变形较大，可用串接管道泵的方法加大对应位置的冻结孔流量。开挖期间，不允许提高盐水温度和减小盐水流量。

2.3冻结监测

为了能够实时了解冻结壁发展状况及冻结站运行状态，保障施工安全，我们采用信息化施工技术对冻结壁及冻结站三大系统参数进行实时监测。

2.3.1温度监测

采用基于组态软件的一线总线式测温系统对系统的各个参数进行监测。

2.3.2盐水压力、流量监测

2.3.3冷冻机组参数监测

对冷冻机电流、油温、吸气压力、排气压力等参数进行监测，及时发现问题并预警，保障现场施工安全。

2.3.4水位监测

对盐水箱水位进行监测，发生盐水泄露能及时发现并报警。

2.3.5变形监测

2.4冻结孔封堵

隧道开挖构筑完成后，停止冻结后需尽快对冻结孔进行封堵，以防止冻结壁融化导致地层中的水砂涌出引发次生事故

2.5充填注浆

注浆顺序为注浆方式为自下而上。先打开所有阀门，注底层注浆孔，待上一层注浆孔返浓浆时，停止本层注浆，进行上一层的注浆，以此类推。

3结束语

关于暗挖隧道拱顶冻结加固施工，在施工之前做好勘查工作并制定严谨合理的施工方案，同时对特殊情况的出现做好应对预案。遇到小导管注浆加固无法满足开挖要求的困难时选择冻结加固的施工技术，不仅有效解决了隧道工程遇到的难点问题，同时也给未来的暗挖隧道提供一个工程实例。

参考文献：

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[2]李铮.汪波.骆耀文.2015.城市隧道下穿密集建筑区静动力响应特征分析[J].铁道科学与工程学报.2012（12）：222-236.