淺議軟土地層聯絡通道凍結法施工技術

孔祥平

摘 要 聯絡通道位于左右線區(qū)間隧道之間，有時兼做排水泵房，是地鐵區(qū)間隧道工程的重要組成部分，聯絡通道和泵站的功能是緊急疏散、匯集和排放區(qū)間積水。隨著我國先進的技術和設備的引入，推動我國地鐵工程行業(yè)的發(fā)展。昆明軌道交通6號線二期工程塘子巷站至岔街站區(qū)間聯絡通道施工，地基采用凍結法加固，凍結法施工技術具有強度高、隔水效果好、安全性能強以及環(huán)保等特點。本文分析軟土地層聯絡通道施工中凍結法施工技術的應用。

關鍵詞 軟土地層;聯絡通道;凍結法;施工技術

引言

凍結法施工在城市軌道交通施工建設中，也扮演著越來越重要的地位，它具有強度高、封水效果好、安全性高、環(huán)保等特點，但一直以來工期長、造價高、凍脹性和融沉性難控制等因素制約了其大范圍推廣使用。采用洞內凍結法加固地層，以此作為基礎開展聯絡通道礦山法開挖施工作業(yè)，選擇和使用合理的凍結法施工技術，可以降低施工中安全風險等級，保證土體加固質量，施工更加的安全，凍結法施工軟土地層聯絡通道取得了較好的效果。

1工程概況

昆明軌道交通6號線二期工程起于東風廣場，至于東部汽車站，與6號線一期工程相接，通往昆明長水機場。聯絡通道處地面交通繁忙，管線眾多且復雜，地層復雜，周邊建筑物密集。

土層由上至依次為：人工填土層（1）1、粉質黏土（黏土）（2）1-3、粉土（2）4-3、黏土（4）1-3、粉土（4）4-4、粉砂（4）5-3。

本區(qū)間距離盤龍江約1000m，本場區(qū)地下水通道與盤龍江連通，存在水位補給關系。此外，拓東體育館站～菊華綜合樞紐站區(qū)間沿線路敷設方向地勢逐漸變底，地下水匯集。擬施工區(qū)間地下水主要賦存于第四系圓礫、礫砂、粉土、粉砂中，地下水以潛水為主。

2軟土地層聯絡通道凍結法施工工藝

2.1 施工準備工作

第一，做好技術準備。在凍結法施工之前，需要做好技術準備工作，根據需冷量設計選擇合適的冷凍設備，結合現場提供的基準坐標、資料和圖紙，對現場的中心軸線進行放樣測量和復核，結合各項設計要求、合同內容以及進度計劃等做好相關準備。在技術措施準備中，重點開展對新結構、新技術、新材料以及新設備等做好技術交底工作。合理安排施工材料的需求計劃、混凝土配合比等工作，滿足各施工環(huán)節(jié)的需求。

第二，做好現場準備。在現場準備工作中，一般從現場供排水系統(tǒng)和臨時供電系統(tǒng)兩個方面入手。在供排水系統(tǒng)準備工作中，需要從施工用水接駁口連接相應的供水路，一直連接到聯絡通道以及泵房位置，為鉆孔和凍結施工用水做好準備，一般來說，水管的規(guī)格為2寸，供水能力應當超過10m?/h。對于現場排水需要經過一定沉淀之后排到指定位置，泥漿禁止排放到排水系統(tǒng)。在臨時供電系統(tǒng)準備工作中，設備供電能力保持在350kW以上，在洞內聯絡通道和泵房旁設變壓器，采取10KV高壓送電到變壓器，將高壓變?yōu)榈蛪汉笤訇P至工作面。對于沿墻敷設的電纜需要保證其可靠性和固定性，對于穿過施工道路的電纜，可以采取埋地或者架空方式，做好用電安全管理和防護工作[1]。

2.2 凍結孔施工控制

在凍結孔施工中，首先確定凍結孔施工順序，孔位選擇以不損害管片主筋、管縫、螺栓及鋼管片肋板等關鍵結構及部件為原則，若孔位與關鍵結構及部件存在沖突，孔位位置可適當調整，但不能偏離原孔位中心位置100mm。在施工過程中可以選中J-200的金剛石鉆機，鉆孔深度控制在300mm左右，防止管片被鉆穿，鉆孔完成后用高壓風槍吹凈孔內石渣，安裝成品孔口管，孔口管口固定在管片外側面并對孔口進行密封處理，同時孔口法蘭與凍結管之間間隙用鋼板焊接密封。開孔示意圖如圖1所示。

鉆孔使用MD-80A鉆機，對鉆機和鉆具進行選擇，保證其相互匹配，考慮地層以軟土為主，凍結管采用套管絲扣方式連接，采用跟管法鉆進來減少對地層擾動。在鉆孔之前，需要根據孔的不同參數優(yōu)化鉆機選擇，做好密封裝置安裝。在正常鉆進環(huán)節(jié)，可以采取簡易鉆頭，通過無水鉆進的方式，盡可能減少水土流失，避免地面和隧道出現沉降問題。在鉆進中，如果出現水土流失導致地面沉降的情況，可以根據每日檢測數據認真分析，采取控制打鉆技術參數或對孔口位置土體進行補壓漿等措施。鉆孔環(huán)節(jié)需要做好孔斜監(jiān)測，及時發(fā)現和糾正，采用燈光測斜儀進行測斜，并且繪制出相應的鉆孔偏斜圖。

2.3 凍結制冷系統(tǒng)安裝

凍結制冷系統(tǒng)由兩部分組成，一是凍結工作面，即對聯絡通道兼泵房地層凍結加固及其使用的冷卻管路;二是凍結站，凍結站應靠近凍結工作面布置，設備安裝作業(yè)中，需要根據設備說明書進行安裝。在管路連接和保溫中，通過干管連接，做好冷凍機組蒸發(fā)器等設施的安裝。由于隧道內兩側管片存在一定散熱現象，在影響范圍內隧道管片內側采取安裝冷凍板措施進行加強凍結;同時在隧道管片表面敷設保溫層，保溫層采取導熱系數不大于0.04w/mk的橡塑保溫材料，在凍結站具體的安裝中，需要嚴格按照標準和程序開展，保證凍結站安裝的質量和水平，為凍結法施工做好充分的準備，單個凍結站系統(tǒng)圖如圖2所示[2]。

2.4 凍結運轉

凍結系統(tǒng)運轉和調試環(huán)節(jié)，根據相關要求對其進行調整，保證凍結單孔流量超過5m?/h，設計凍結時間40～50天;積極凍結7天鹽水溫度降至零下18攝氏度以下，積極凍結15天鹽水溫度降至零下24攝氏度以下，開挖前鹽水的溫度應當控制在零下28攝氏度以下，并且去回路溫差不大于2攝氏度。在積極凍結過程中，根據測溫判斷凍結帷幕交圈并達到設計厚度且與隧道完全膠結后，可進入維護凍結階段。進入凍結期維護之后，凍結帷幕符合設計要求，可以開始相應的開挖和結構施工，凍結時長貫穿整個施工過程。

2.5 開挖和支護施工

（1）開挖施工

在開挖施工作業(yè)前，需要對隧道兩側設置相應的預應力隧道支架，減少通道開挖中對隧道產生不良影響，可以通過型鋼桿件、千斤頂以及固定支撐等做好鋼支架結構，如圖3。同時需要設置相應的安全應急門，防止大量涌泥、水采取其他搶救措施無效情況下，可以借助安全應急門保證隧道安全。根據結構施工圖紙開展應急門設計和施工，保證其安全性和牢固性，安全門需要采取滿焊方式，通過密封實驗合格才能使用[3]。

在具體開挖作業(yè)中，需要結合土體強度設計要求，做好準備工作，通過探孔確保沒有水或者泥沙流出。在土方開挖中，需要考慮施工現場實際情況，采取短段短砌技術，喇叭口處開挖步距控制在0.3m，通道和集水井開挖中，距離應當控制在0.5米，對開挖順序進行優(yōu)化。

（2）支護施工

在結構施工作業(yè)中，需要注重臨時支護方式的優(yōu)化改進，考慮凍結施工的工藝特征，采取有效的支護方式，保證施工工藝的安全可靠，保證其良好的支護作用，同時起到延緩水化熱的傳遞，盡可能減少凍土開挖出現變形情況。支護采用臨時支護加永久二襯的方式。臨時支護采用鋼拱架+鋼筋網片+木背板形式，臨時支護背后是否采用木背板隔離凍土層進行保溫，可根據現場環(huán)境溫度及土體開挖表面情況決定。在噴射混凝土質量控制工作中，考慮到噴射混凝土初噴過程中，溫度上升對凍結壁的破壞，采用快速開挖通道斷面（凍結帷幕足以抵抗地層水土壓力），分二次或一次噴射初支，在噴射混凝土施工采取分段、分片、分層等方式。

臨時支護完成后，進行永久二襯施工，采用模注混凝土，為保證該部位混凝土強度、抗?jié)B等級滿足設計圖紙要求，一次連續(xù)進行澆筑。由于聯絡通道結構澆筑量較大，澆筑時間不可過快，因此澆筑較長;可在混凝土內加入一定量的緩凝劑，砼入模后需振搗，確保施工質量[4]。

2.6 凍脹、融沉控制措施

盡管在地鐵聯絡通道施工中凍結法應用比較成熟，但施工完成后期的凍脹和融沉仍要引起重視，其控制不好容易引起鄰近建構筑物沉降、結構變形甚至破壞。因此加強對聯絡通道積極凍結完成后期融沉注漿控制尤為重要，針對區(qū)間隧道聯絡通道凍結法施工凍脹和融沉階段，采用ANSYS建立三維有限元數值模型分析聯絡通道凍結法在凍脹融沉階段地層變形。

在施工過程中要加強對該部位的監(jiān)控量測，認真分析隧道管邊變形情況，根據監(jiān)控量測結果調整鹽水流量、鹽水溫度等凍結施工參數，保證凍土帷幕厚度。

凍土帷幕解凍時一般采取自然解凍或強制解凍兩種方法，自然解凍缺點是周期相對較長。為了減少地層解凍融沉對通道及鄰近建構筑物產生不利影響，在通道結構上預留注漿管注漿，注漿孔每2米布設一個斷面，每個斷面布設7個注漿點位，在凍土帷幕化凍過程中進行注漿補償凍土帷幕融沉損失[5]。

2.7 施工監(jiān)控

施工監(jiān)控是聯絡通道凍結法施工的重要環(huán)節(jié)，應當遵循穩(wěn)定性和變形控制原則，結合監(jiān)控的流程，保證施工監(jiān)控工作有效開展。施工監(jiān)控的主要目標是保證施工誤差和結構變形在預期范圍內，保證聯絡通道建設符合設計要求。在施工監(jiān)控的過程中，做好水平孔的施工、凍結系統(tǒng)、凍結帷幕、周邊環(huán)境和隧道表型、收斂監(jiān)測工作，保證監(jiān)控任務順利開展。在區(qū)間結構垂直位移的監(jiān)測中，根據聯絡通道的影響范圍，在襯切環(huán)上每四環(huán)設置一個沉降監(jiān)測點，上行線和下行線個設置13個點。區(qū)間結構水平位移監(jiān)測中，根據聯絡通道施工影響范圍，每四個環(huán)設置一個位移監(jiān)測點，上行線和下行線共設置26個監(jiān)測點。隧道收斂監(jiān)測中，在隧道對應的水平位移點，每間隔4到8環(huán)設置一個監(jiān)測界面，按照四點六線的方式開展測量，根據實際情況在上行線和下行線設置合理的監(jiān)測點個數。在地表和管線的位移監(jiān)測中，在地表沉降監(jiān)測中，根據聯絡通道開挖方向設置相應的監(jiān)測斷面，在聯絡通道的中間位置設置監(jiān)測斷面，在距離斷面兩側5.6米的位置，各設置一個沉降觀測斷面，根據通道中軸線布設相應的沉降位移監(jiān)測點[6]。

3凍結法施工中安全措施和環(huán)保措施

3.1 安全措施

聯絡通道凍結法施工前，對施工范圍進行探孔取樣判斷地層穩(wěn)定性，是否存在噴水、涌沙等安全隱患，做好物資搶險準備，有效應對各種類型的突發(fā)事件。在實際的鉆孔中，需要做好泥漿流量的控制工作，采取有效的防火措施，動火前需要做好動火證，加強現場監(jiān)護工作。對于高空作業(yè)人員，需要做好安全帶防護，對于垂直雙層作業(yè)需要采取有效的安全防護措施。其次，做好凍結施工安全措施。在凍結站需要安全兩套凍結機組，正常運行狀態(tài)下，應當保證一臺機組運轉，另外一臺作為備用，以應對緊急情況。同時，需要做好聯絡通道固土區(qū)域管片保溫工作，加強凍結環(huán)節(jié)中鹽水箱液面測量工作，及時發(fā)現鹽水泄露，及時上報。凍結環(huán)節(jié)需要做好卸壓孔內部壓力觀測工作，當壓力增加一定幅度之后，需要及時打開卸壓孔，同時做好預應力支架的安裝工作，做好管片的變形控制，嚴格按方案控制開挖步距，盡量減少臨時支護間距。若發(fā)生噴水、涌沙等事件，及時利用應急砂袋層物資及時填充，避免事故進一步擴大。如果控制沒有效果時，需要關閉應急門，采取打氣或者注水方式，避免土體出現坍塌。采取信息化管理措施，更好地開展監(jiān)控工作，加強不同部門的聯絡，優(yōu)化生產指揮體系，使得工作情況能夠及時傳遞，保證施工中的安全、高效，在現場施工內部可以安裝影響的電話和可視探頭，實現實時性監(jiān)測[7]。

3.2 環(huán)保措施

在環(huán)境保護措施中，減少對地層環(huán)境污染，同時嚴格落實節(jié)能、節(jié)材以及節(jié)水措施，構建節(jié)約型和環(huán)保型工程。在具體工作中，需要及時了解天氣變化情況，根據當地的汛情情況，保證施工現場沒有積水，排水不出現外溢、堵塞等問題，水質符合排放標準。對于冷凍機組的噪音問題，可以將凍結站設備放置在隧道的內部，減少噪聲污染。杜絕使用尾氣排放不符合標準的機械設備，針對一些有毒肥料，不能進行燃燒，廢棄物中不能含有有毒有害物質，防止污染問題發(fā)生。對于工程中的棄土采取集中堆放的方式，及時做好棄土清理工作，避免造成隧道污染[8]。

4結束語

我國城市地下工程建設雖然發(fā)展步伐較快，但是總體來說起步比較晚，凍結法施工技術應用較短，針對地鐵工程聯絡通道處地面交通繁忙，管線眾多且復雜，地層復雜，施工難度大的特點，凍結法施工技術具有非常好的加固效果，有著非常好的優(yōu)勢。因此，在具體的施工中，需要結合聯絡通道實際情況，科學合理利用凍結法施工技術，保證工程施工質量，項目摸索出一套適用于軟土地層的凍結施工工藝，提供成功的借鑒和很好的驗證，積累了寶貴的經驗，對推動凍結法在同類地層的應用將產生重要作用和較大影響，具有極大地推廣價值。

參考文獻

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[3] 王暉，竺維彬.軟土地層地鐵盾構隧道聯絡通道凍結法施工控制技術研究[J].現代隧道技術，2004，（3）：20-24.

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[6] 張海濤，陳龍.盾構區(qū)間聯絡通道凍結法施工技術[J].內蒙古煤炭經濟，2016，（15）：104.

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[8] 楊平，陳瑾，張尚貴，等.軟弱地層聯絡通道凍結法施工溫度及位移場全程實測研究[J].巖土工程學報，2017，317（12）：84-92.