基于凍結法的地鐵聯絡通道施工技術研究

李芳舒

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266100）

隨著城市化進程的不斷加速，地鐵交通作為一種高效、便捷的城市公共交通方式，在現代城市中扮演著越發(fā)重要的角色[1]。然而，隨之而來的是地鐵線路的建設和擴展往往會涉及復雜的地質環(huán)境和城市基礎設施，特別是在需要經過富水砂層[2]、軟弱土層[3]或下穿既有建（構）筑群[4]等交通障礙物時，此時地鐵聯絡通道的施工就顯得極為關鍵而復雜。因此，高效地完成地鐵聯絡通道的施工是地鐵建設中的重點，同時也為保持城市正常交通秩序提供了保障。

凍結法技術作為一種先進的地下工程施工方法，是通過凍結周圍土體，形成臨時性的固體土體，以增強地層穩(wěn)定性和降低施工風險。凍結法不僅可以有效應對地下水位較高、土壤松軟等復雜地質情況，還能夠在施工過程中減少對周圍環(huán)境和結構的影響，從而為地鐵聯絡通道的建設提供了可行的技術途徑。然而，盡管凍結法在地鐵隧道聯絡通道的施工中具有許多優(yōu)勢，但其本身也面臨著一系列的技術挑戰(zhàn)和問題。首先，凍結法施工需要精確控制溫度、濕度等參數，以確保地下凍結體的穩(wěn)定性，這對施工管理提出了更高的要求[5]。其次，凍結體形成后，如何高效地進行開挖和支護，以及如何處理凍結體融化后可能出現的沉降問題，都需要進一步研究和探討。本文重點闡述基于凍結法的地鐵聯絡通道施工要點、總結分析工程重難點并提出合理高效的管控措施。相關研究成果為解決復雜地質條件下的隧道施工難題提供了參考，推進了交通基礎設施建設水平的提高。

1 工程概況

1.1 設計概況

本研究依托于青島地鐵1 號線廟頭站-文陽路站區(qū)間施工工程，區(qū)間為土壓平衡盾構區(qū)間，全長1 100 m，區(qū)間設置1 座聯絡通道兼泵房，聯絡通道總長9 m（線間距15 m），帶泵房總高7.2 m、寬4.3 m，采用暗挖法施工。

1.2 工程水文地質概況

聯絡通道兼泵房處土層自上而下依次為：黏土、含黏性土粗砂、粗砂-礫砂、強風化安山巖。其中通道地層位于黏土、粗砂-礫砂，集水井地層位于強風化安山巖，覆土約16.2 m，洞身主要地層為強透水層，場區(qū)地下水主要類型為第四系孔隙水和基巖裂隙水，地下水位線6～10 m，圍巖級別Ⅵ級。

1.3 工程背景

聯絡通道周邊地層進行過多次加固，各工法先后加固效果不佳，具體情況如下。

1.3.1 旋噴樁加固

原方案設計暗挖施工前采用Φ00@450 旋噴樁對周邊地層進行加固。聯絡通道開挖前進行了水平取芯，芯樣局部不完整，且有水涌出，帶少量泥沙，考慮富水砂層深孔旋噴存在缺陷，止水效果不明顯，為確保安全開挖，再次進行了洞內水平雙液漿加固，加固中管片局部位移，地面裂縫長度達30 m，后停止注漿。

1.3.2 增設降水井

地面增設降水井，仍存在涌水涌沙。為保證聯絡通道開挖安全可控，水平注漿后，地面增設了8 口降水井（直徑297 mm 的橋式濾水管），開挖前井內水位均降至地面以下28 m，洞內打設4 個水平探孔均未見出水（孔深2 m），后進行了上導管片拆除，管片拆除過程中，3 個水平探孔出水，且?guī)沉鞒觯? h 流1 方沙）。

1.3.3 增設泄水孔

洞內增設泄水孔，開挖仍難以保證。為保證上導開挖，分別在聯絡通道下導及兩側打設了10 個泄水孔，深度2 m，效果不理想，僅2 個孔泄水，且?guī)沉鞒?，上導探孔流水流沙無變化。

鑒于聯絡通道周邊地層已多次擾動，地層軟弱不均勻，相應凍結壁強度不均勻，聯絡通道兼泵房擬采用局部加強的水平凍結法加固現狀地層，以確保礦山暗挖法安全施工。

2 凍結法施工要點

2.1 施工方案

為了有效實現地鐵聯絡通道的建設，本研究根據工程地質條件和相關施工要素，制定了一套基于凍結法的施工方案。該方案旨在通過地層凍結加固和礦山法開挖構筑來完成聯絡通道的建設。

在施工方案的第一階段，將在地下隧道內進行鉆鑿作業(yè)。通過布設水平孔和部分傾斜孔，將對周圍土體進行凍結加固。這一步驟將在隧道內形成一個臨時的凍土帷幕，以提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。水平孔和傾斜孔的布設將確保凍結范圍覆蓋到聯絡通道的外圍土體，從而形成高強度和封閉性優(yōu)良的凍土固結體。

在凍結加固的基礎上，第二階段的施工將采用礦山法進行。根據“新奧法”的原理，將在凍結土體內進行聯絡通道的開挖構筑。這一方法將充分利用凍結土體的支撐性能，減少施工過程中的地層變形和沉降風險。礦山法的采用還將有助于保持施工環(huán)境的穩(wěn)定，從而為工程的順利進行提供有力支持。

通過在區(qū)間隧道內分階段進行施工，可以更好地控制施工進度，確保工程的安全性和順利性，總的施工流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

2.2 冷凍帷幕設計

冷凍帷幕是凍結法技術在地下工程中的核心應用之一，其設計對于確保地鐵隧道施工的安全性、穩(wěn)定性及周圍環(huán)境的保護具有重要性。本研究中凍結主要設計參數見表1。

表1 主要參數

2.3 制冷系統(tǒng)設計

凍結站需冷量的計算如公式（1）所示。

式中：Q為需冷量；d為凍結管直徑；H為凍結管總長度；K為散熱系數。

本區(qū)間1 個聯絡通道，機房設置在靠近聯絡通道處文陽路方向，聯絡通道距離機房較近，本研究中機房選用電機功率110 kW 的JYSLGF300III 冷凍機機組2 臺，凍結站單臺機組工況制冷量12.3×104Kcal/h，制冷量滿足施工要求。

與上述凍結系統(tǒng)所匹配的輔助設備具體見表2。

表2 冷凍系統(tǒng)輔助設備表

2.4 凍結施工

凍結施工主要包含了施工準備、凍結孔施工、凍結機房建設、積極凍結和維護凍結等幾部分，其中凍結孔施工對于整個工程的進度和成本控制具有重要影響，其主要施工工序包括了空位標定、鉆孔施工、管道安裝及孔口封堵等內容組成。

在進行鉆孔之前，必須確保孔口裝置的正確可靠安裝。應通過螺絲將球閥固定在孔口管上，并注意正確加裝密封墊片。隨后，通過螺絲將孔口壓緊裝置固定在球閥上，在進行壓緊操作之前，使用牛油盤根充填以確保密實，具體如圖2 所示。

圖2 孔口密封裝置示意圖

此外，鉆孔偏斜在地鐵聯絡通道的施工中具有重要的意義，為了確保施工質量和工程的穩(wěn)定性，鉆孔偏斜需要滿足以下一系列條件。

第一，開孔位置誤差限制。鉆孔開孔位置的誤差是確保施工精度的關鍵因素。在一般情況下，正常凍結孔的開孔位置誤差不得超過50 mm。這確保了凍結孔的實際位置與設計位置之間的偏差在可控范圍內，從而保證后續(xù)的施工步驟的準確性。

第二，特殊結構的開孔位置限制。對于一些特殊結構，如管片螺栓孔等，由于其在工程中的重要性，其開孔位置的誤差限制更為嚴格。在任何情況下，特殊結構的開孔位置誤差不得超過100 mm，以確保這些關鍵位置的精確度。

開孔間距誤差限制。凍結孔的開孔間距是保持施工整體均衡性和穩(wěn)定性的重要因素。開孔間距的誤差不應超過150 mm，以保持孔位分布的均勻性，防止不必要的結構變形。

第三，最大允許偏斜限制。凍結孔的最大允許偏斜是衡量施工精度和穩(wěn)定性的重要標準。在實際成孔軌跡與設計軌跡之間，最大允許偏斜不應超過150 mm。這有助于確保凍結孔的整體位置與設計要求保持在可接受的范圍內。

第四，管片結構加固措施。當開孔位置存在管片結構強度較低的情況時，必須額外采取管片加固措施。這可以包括使用適當的加固材料、結構支撐等方式，以確保開孔位置的穩(wěn)定性和承載能力。

在凍結管長度和偏斜檢查合格后，繼續(xù)進行壓力測試和泄漏檢測，對于試壓不合格的凍結孔，可以采取下套管或進行補孔處理的措施，在保證試壓合格的前提下進行凍結系統(tǒng)的積極運轉及維護。

2.5 聯絡通道開挖構筑

聯絡通道開挖前，根據測溫孔測溫情況分析，推算凍土發(fā)展速度，根據凍土發(fā)展速度計算凍結壁厚度，分析凍結帷幕是否滿足施工要求，結合泄壓孔情況及探孔情況，確定最終開挖時間。

首先，施工準備。包括三通一平、隧道內工作平臺搭建、初期支護金屬支撐架、預應力支架安裝、排水系統(tǒng)、設備材料進場和防護門安裝等。其中，預應力支架及防護門的安裝均在積極凍結時期安裝，其目的是防止土方開挖時出現涌水涌砂等不安全因素。

其次，開挖順序。開挖過程劃分為4 個階段：開挖聯絡通道并完成初期支護→噴砼防水并完成聯絡通道二襯→開挖泵站并完成初期支護→噴砼防水并完成泵站二襯，對應開挖圖示如圖3 所示。

圖3 開挖順序示意圖

最后，施工效果。基于前期施工準備，在正式施工過程中取得了較好的施工效果，包括初期支護、噴射混凝土施工、防水施工、鋼筋施工和澆筑施工等。

3 施工重難點探討

針對工程特點，在此提出施工過程中存在的潛在風險及對應的管控措施，為相關類似工程提供參考，具體見表3。

表3 工程重難點分析與對策表

4 結束語

本文針對青島地鐵1 號線廟文區(qū)間聯絡通道周邊地層存在的涌水涌沙等問題，采用局部加強的水平凍結法達到地層加固的效果，探究基于凍結法的地鐵聯絡通道施工技術要點，總體施工效果良好，提升了工程建設的效率和質量。同時，總結分析了相應的工程重難點，并給出對應的管控措施，為解決復雜地質條件下的地鐵隧道施工難題提供了參考。