地铁隧道联络通道工程地层冻结法施工技术

地铁隧道联络通道工程地层冻结法施工技术

张松

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司  江苏省无锡市锡  214000

摘要：目前，我国的地铁工程已经进入了加速阶段，许多线路正在施工，一些大的工程正在进行，已经有30多个城市已经建成。跨线隧道施工是地铁隧道建设中的一个关键环节，也是一个危险累积期。合理的冻结方案对确保项目的安全运行至关重要，通过实际应用，证明了冻结法是一种有效、安全可靠的方法。传统的跨槽孔冻结技术在设计、施工方面较为成熟，但在特殊环境、承压含水层、特殊环境等条件下，仍然存在一些技术问题。因此，本文就地铁隧道联络通道工程地层冻结法施工技术展开了详细的论述。

关键词：地铁隧道；联络通道；冻结法

1.冻结法施工技术的原理

冻结技术在地层加固中得到了广泛的应用。以人工制冷技术为主，建立了低温管路系统。利用低温制冷剂的循环系统，将制冷能力持续传输至地表，从而将土壤含水量降至零点以下，从而实现冻结。在此基础上，通过冰的黏结作用，将土壤固化为不渗透的整体结构，从而提高土壤的强度、稳定性和不渗透性，从而在地下排水中起到防护的作用，并能有效地抵御岩土的压力，保证施工和支护的安全。按照制冷方式的不同，冷冻方式可以分为两种：循环制冷和直接制冷。循环制冷系统的核心理念是：以氨、氟利昂为制冷剂，以盐水为制冷剂。这种方法具有成本低廉、应用范围广等特点。低温液态氮及其他有关物质是直接制冷的制冷剂。利用水泵装置，将低温流体经冷却管道送入地层，冻结地层。鉴于循环制冷方式和直接制冷方式的特性，本工程选择了循环制冷方式。

2.冻结加固方案的设计要点

(1)根据现场条件，横穿隧道应按水平或斜向设置，并在各孔内设置有孔板。针对钻机施工中，泥浆水易于涌出，在钻孔入口处设有专用的封堵装置。同时，加强钻孔渗滤液的监测，并根据地面沉降监测资料，制定合理的注浆方案。

(2)工程施工中，冻土帷幕的厚度、强度是工程施工质量的重要控制指标。所以，必须重视冻结与开挖之间的关系，密切注意冻结幕墙的变形，及时调整施工工艺。

(3)针对容易发生冻胀而导致隧道不稳定的问题，采取冷管和保温措施可有效地防止。冻结孔洞与另一侧的隧道段之间要有一个很短的间距。为保证冷冻的品质，采用了适当的方法，如增加盐水的温度等。另外，为了减小土体冻胀对隧道的破坏作用，还可以设置排水孔。

(4)设置温度测量孔、压力孔，对其影响下的冻结帷幕进行实时监控，为工程动态调整提供依据。

3.地层冻结法施工技术

3.1冻结帷幕

主要技术指标：冷冻幕的平均温度为-10℃；其力学性能表现为：单轴压缩强度3.6MPa、1.6MPa、1.8MPa；无侧限压缩强度为3.0MPa。

3.2管孔设置

3.2.1冻结孔的设置

在上下线的隧道内，冻结孔可分为三个方向：向上、水平、向下。冻结孔78个，上行隧道64个，下行隧道14个。另外，在上、下线隧道中，按施工要求分别设4个贯通孔，形成适当数目、部位的冻结孔。

3.2.2测温孔的设置

上、下线隧道内共有8个温度测量口，各4个。采用8个测温口，对冻结幕温进行了测量。深度从2至6米不等，这样可以了解冰幕的各个部位的温度。针对具体情况，采用合适的温度控制措施，使其能够完全冻结，保证施工的安全。

3.2.3排气孔的设置

上下线隧道内各设四个压力出口，各设两个。当泄压孔设置完毕，尺寸达到要求时，用压力计对冻结幕压值进行测量，从而可以通过实测资料对冻结幕的形成进行精确的判定。可以利用泄压孔来减轻冻胀压力，提高冻结幕的稳定性。

4.冻结法施工技术的应用

4.1冻结孔施工

(1)孔口装置安装：按需要选用孔板装置，固定于闸阀，并配有适当的垫片。(2)钻探：MD-80钻机是钻探工作的主要设备。在施工时，要对钻机的定位进行合理的调整，并采取相应的紧固措施，以保证钻头能顺利地钻入孔内。如无差错，把填充物塞进填料盒。(3)封口底部：将孔底封住（螺钉可以用伸长棒插入孔内）。(4)测量：对冻管进行彻底的检测，测定其长度，并安排测斜仪进行工作，保证偏差<1%。在水压持续增大的情况下，在水压超过0.8MPa的情况下，可以暂时停止加压。然后，检测压力的影响，关闭阀门，并在30分钟内保持观察，以确定在这段时间内，压力下降小于0.05MPa。

4.2钻孔偏斜

要求孔位偏差≤100mm，孔位的选取不能选在节段接头等薄弱处。

4.3冻结孔钻进与冻结管的设置

(1)利用跟管有序钻孔。该技术的优势在于能够有效地降低地层排出量，同时地面上的干扰也比较小。(2)利用套筒将冷冻管拧紧。在对角线固定好后，要进行紧固。接着，采用手工焊接对封头进行封口。(3)在钻井期间，要加强对钻井的监测，对井下的倾斜情况进行监测，一旦出现异常，立即进行修正。冻结管在安装完毕后，要用经纬仪对其进行全方位的测量，并对其进行完整的数据记录，并根据实际情况绘出相应的变形曲线。(4)留意冷凝管与管节之处。若二者间有空隙，应采用密封材料，以保证其密封。(5)将供液管安装就位，并且将冷冻管的末端和排水管的夹板进行焊接。(6)在冻结工作结束后，对侧孔连通通道附近的冻结壁进行处理。

4.4冻结站的设置与设备安装

冻结平台设于海县段左线隧道联络中心，按顺序施工，长度为24米，宽度为4.5米。结构上，16号工字钢和50毫米厚的木板。在隧道区内，横铺型钢。冷藏站得正门设于一段站台，二段平台上装有盐水槽、盐水泵；冰箱、控制柜、配电箱均设于三层工作台。四段式站台上装有各类电气箱、轴流风机、清洗槽（水泵）。另外，为满足消防要求，在制冷设备安装完毕后，必须在制冷机组的另一侧放置4个箱式灭火器。

4.5管道连接保温和试验装置

将隧道断面的坡度确定为适当的稳定，并在此放置盐水管。为了强化管路与冷却水循环管的连接部，可在此安装伸缩接头等附件。在盐水管线附近进行渗漏试验和清洗，再用耐火材料绝缘，形成大约50毫米厚的隔热层。外层采用防火布包覆，全面防护。在集液管和冷冻管的连接处可设有一根高压橡胶软管，并在其进口、出口上安装一个阀门，方便以后根据实际需求进行调节。局部冻结管线围绕着连通通道，并可串联成4个管路/组。每个机组的剩余冰管数应该是5~6个。每个组配有一根集液管，并按顺序编号。

4.6积极冻结

根据测量到的盐水的温度，如果不能满足要求，就必须进行降温。在常规工况下，冻结孔的流量应该为5-7立方米/小时，-18℃以下7天，-24℃15天。在挖掘过程中，气温要在-28摄氏度以下。另外，为了保证进、出之间的盐水温度差不超过2摄氏度，在施工期间，若有一项指标不符合要求，应适当延长有效冻结期。

4.7维护冻结

在开始的支撑工作结束后，可以对相关的冻结工作进行组织和保养。在此工艺中，必须保证最大的温度在-25摄氏度。另外，在隧道的开挖和主体工程中，要采取合适的冻结措施。

5结语

总之，冻结技术已被广泛用于地下隧道的建设。在采用冻结法时，其设计和施工的着眼点主要集中在冻结法的施工上，主要集中在冻结装置的配置、安装、温度控制、检测等方面，从而使隧道的施工更加顺利。

参考文献：

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[3]张凯.盾构隧道联络通道冻结法施工的地层变形规律研究——以深州市地铁12号线科技馆站——海上田园东站区间为例[J].工程技术研究,2022,7(02):21-22.