摘要：冻结法是一种新型环保型工法，对周围环境无污染、无异物进入土壤、工期短等特性，已经广泛应用于各类工程中。本文以地铁1号线区间联络通道为例，介绍水平冻结法在超长地铁联络通道施工过程中的应用，主要分析和总结冻结孔施工、积极冻结、维护冻结以及融沉注浆等施工技术及控制要点。
关键词：联络通道；冻结法；积极冻结；维护冻结；融沉注浆
1、引言
近年来，随着城市轨道交通建设的发展，越来越多的地下工程采用水平冻结预加固地层并取得了一定的成效。水平冻结法施工已在地铁工程中广泛使用 ，主要用于联络通道、盾构进出洞土体加固等。其中，水平冻结施工加固土体作为联络通道加固的一种工艺得到了广泛且深远的应用。冻结法加固土体作为一种较成熟的工艺已经广泛应用于各类工程中，市场开发前景广阔，在联络通道工程中，冻结法施工所形成的冻结帷幕具有均匀性好、强度高、隔水性好等优点，再结合科学严谨的施工组织以及各项综合辅助措施，可有效地降低开挖构筑的施工风险。
2、工程概况
地铁1号线区间联络通道位于繁忙大道正下方，其线间距长达35.1米，埋深22米，是国内最长冷冻法施工的地铁联络通道，采用水平冻结法预加固+矿山法开挖进行施工。通道位于圆砾层中有承压水且联络通道处于叠线隧道正下方，上部除了另外两条隧道区间，还有DN1500雨污合流管、DN800供水管、强弱电等重要管线，且联络通道泵站集水井处冻结管均处于中风化粉砂质泥岩，地层强度较高，冻结管难以钻进，施工难度及风险极高。
联络通道共布置118个冻结孔，左线及右线隧道各布置59个。为加快施工速度，减少钻孔偏斜量，施工时在联络通道两侧同时向中间进行钻孔施工，根据钻孔角度、位置的不同，钻孔深度在5.4m～18.3m之间不等，中间部分有效搭接长度为2m。
3、冻结法原理
冻结法施工是用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，为构造高承载力和密封防水的冻土体，在土中相应位置布置和施工冻结孔（安设冻结管）， 通过冻结管中循环的低温冷媒剂（通常为低温盐水）将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。在冻结初期，冻土仅在紧靠冻结管周围形成冻土柱，随冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻结时间后，冻土体达到设计厚度从而形成冻土，并用冻土抵抗土体压力、隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。
4、关键施工技术要点
4.1冻结孔施工
①由于隧道管片厚度为300mm，为防止开孔后涌砂涌水现象的发生，第一次开孔厚度为250mm，开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，用钢楔楔断混凝土芯，不开透管片，使管片留有50mm的混凝土厚度，然后安装孔口管及大球阀，安装完成后，第二次开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ108mm金刚石取芯钻头对剩余50mm厚管片进行钻透。开孔完成后及时关闭球阀，防止涌砂涌水。
②为了防止联络通道在施工过程中出现偏差，在联络通道钻孔施工前对左线、右线通道中心线和腰线进行测量校核，确定是否在同一平面上，校核后准确方可进行联络通道钻孔施工。
③钻孔施工时先施工透孔（即穿透两条隧道的管片），用来进一步校核联络通道中心线和腰线，根据透孔的施工经验及对地层的判断，对后续施工的冻结孔进行微量调整（钻孔角度上扬或者下斜），确保冻结孔的终孔偏斜满足设计要求。
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④钻孔施工完成后，对所有冻结孔进行耐压试验、测斜和测深，在全部达到设计要求后方可进行冻结施工，若达不到要求，则需要进行下套管、补孔等方式处理，以防止后期冻结时盐水泄漏而导致冻结失败。
⑤采用密封圈和盘根双重密封装置，最大限度的减少地层泥沙流失；根据流沙情况，及时进行孔口封堵注浆及地层充填注浆，以流失多少注多少为原则，防止出现地表沉降。
⑥针对不同地质条件下选用相应的钻头。在细砂、中粗砂、粘土层时直接使用冻结管钻进，配备一般钻头；在砾砂层、圆砾层施工时，选用合金钻头（在一般钻头的基础上焊接硬质合金，以加强钻头的耐磨性）；在强风化粉砂质泥岩层施工时，钻进难度增大，钻进角度不易控制，一般钻头及合金钻头磨损严重，此时须选用高强度的球齿钻头。
4.2积极冻结
①冻结前对冻结管路进行串联时，通过调节每个串联孔的长度，使每个冻结回路总长度基本一致，以确保各串联支路的供冷平衡，如果冻结帷幕发展速度不均衡，将导致冻结帷幕易出现薄弱环节，出现严重的安全隐患。
②冻结过程中应观察泄压孔的压力变化情况，当压力值在长时间稳定情况下突然上升，则表示冻结帷幕已形成交圈，一般交圈时间在20～25天，此时，应及时释放冻结土体的压力，以防压力过大而破坏隧道管片。
③在积极冻结过程中，由于在冻结期间会产生冻胀力，易对隧道管片产生破坏，联络通道两端均需安装预应力支架，且应在冻结帷幕交圈（即20天）前完成安装。
④在日常冻结施工过程中要加强对盐水温度、土体温度、泄压孔压力、冷冻设备和盐水水位的日常监测工作，并做好记录。通过泄压孔压力和土体温度进行分析判断冻结帷幕厚度是否达到设计要求，是否具备开挖条件。
4.3维护冻结
①维护冻结期盐水温度为不高于-28℃，维护冻结时间为达到设计加固效果后至主体结构施工完成，在结构施工过程中，加强对冻结管冻结去回路的保护，防止冻结去回路的受损而中断冻结。
②在维护冻结期间，须做好应急准备措施，在现场备用两组冷冻机组以及一台满足单组冷冻机组正常工作的发电机，以防止在机械故障或者断电的情况下，能确保持续供冷。
4.4融沉注浆
①主体结构施工完成后，停止冻结，土体自然解冻。自然解冻时间较长，一般为3至4个月，解冻过程中会引起地面沉降，为减少地面沉降带来的影响，须通过联络通道预留的注浆孔，采用跟踪注浆的形式，根据地面沉降监测结果，及时对地层进行补偿注浆。
②浆液为单液浆液，重量配比为：水泥：水=0.8：1，注浆以少量多次为原则。单孔一次注浆量控制在约0.5m3左右。每次实际注入量可根据地表沉降监测和温度场监测反馈进行适当调整。注浆压力也可根据实际情况进行调整，但稳定后压力为设计压力值。注浆压力为0.3～0.5MPa，且不高于联络通道及隧道结构设计要求允许值。
③根据温度场和地表监测，冻结壁已经融化完毕，且实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm，隧道最终沉降小于5mm，停止融沉补偿注浆。
结语
冻结法是一种新型环保型工法，对周围环境无污染、无异物进入土壤、噪音小、工期短、后期施工安全隐患小等特性。采用先进的工艺避免了传统的地面加固所带来的拆迁、管线迁移、交通疏解等困扰，做到了安全、快速而又不影响市民出行，具有广阔的应用前景。
参考文献
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[2]张经双. 人工水平冻结法隧道施工理论与试验研究[D].安徽理工大学,2006.
[3]王国亮.水平冻结暗挖地铁双线隧道受力机理研究[D].安徽理工大学,2009.
论文作者:丁杨龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：通道论文; 钻头论文; 钻孔论文; 冻土论文; 管片论文; 隧道论文; 地层论文; 《基层建设》2017年第16期论文;