中铁电气化局集团有限公司 100036
【摘 要】近年来，我国的城市轨道交通发展迅速。在富含水的粉砂及软土土质下，两条盾构区间之间的联通通道施工就需要采取加固措施解决水的影响，通常是采取注浆加固及冷冻法施工。在本文中，将以某工程实例对地铁盾构联络通道冷冻法施工技术进行一定的研究。
【关键词】地铁盾构；联络通道；冷冻法；施工技术
1 引言
冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水土壤变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻或自然解冻技术使其融化。
2 工程概况
某市某条地铁线路，其A、B两站盾构联络通道位于两站之间，中心埋深16.53m，联络通道与泵站以合并方式进行建造。该联络通道主要位于富含水的粉砂、粉质黏土与粉土互层中，非常适合冷冻法方式对土体临时加固之后进行施工。
3 冻结施工设计
3.1 冻结帷幕设计
3.1.1 荷载、冻土厚度与断面
联络通道冻结帷幕荷载情况如下图所示，由于该结构为拱形断面，其所具有的受力情况相对良好，而矩形顶部受力情况则相对较差。对此，我们通过矩形钢构法进行受力计算，不仅能够较好的对计算流程进行了简化，对于施工安全来说也是一种积极的保障。我们将冻土帷幕厚度定位1.8m，联络通道开挖宽度3.2m，高度为4.2m，根据静定理论对该结构内部弯矩与轴力进行计算，并对剪力、弯矩与压应力等进行取值，土容量按18KN/m3进行计算。
图1 冻土帷幕受力图
3.1.2 强度与安全系数
冻土强度以平均温度-10℃时粉质粘土所具有的强度为基准，并根据剪应力1.6Mpa，拉应力1.9Mpa、压应力3.9Mpa进行计算。经计算，剪应力系数>1.62，拉应力系数>1.67，压应力系数>1.65。
3.2 冻结设计
3.2.1 冻结参数
第一、设计盐水温度，积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃，维护冻结期温度≤-28℃；第二、积极冻结时间：联络通道为40～45天，维护冻结时间为28天；第三，冻结孔弹孔流量大于5m3/h；第四，冻结孔中孔间距控制在1000mm以内；第五，测温孔设置数量为8个；第六，卸压孔设置数量为4个，并在卸压孔上安装压力表。
3.2.2 冷冻机与制冷量
根据工程规模以及工程量的计算，我们使用TBS1100.ZJ型螺杆机组2台套，其中1台运转，1台备用。单台机组设计工况制冷量为23×104Kcal/h。
4 冻结施工与永久结构施工
4.1 冻结孔施工
在冻结孔施工中，需要我们按照以下方式进行：首先，要对开孔位置做好定位，并安装孔口管；其次，安装孔口装置，并进行钻孔与测量；最后，对孔底进行封闭以及打压。在实际施工中，特别需要对涌砂以及漏水等问题做好解决，以此避免出现水土流失现象。
4.2 冻结管安装
在该施工环节中，通过冻结管为钻杆、以丝扣连接加焊接方式进行，则能够对冻结管的强度起到有效的保证。当冻结管钻进到设计深度之后，则需要做好其头部的密封工作，并对冻结管长度进行再一次的复测。之后，则可以通过灯光经纬仪的应用对钻孔偏斜土进行测量，在保证其偏斜率以及长度都满足要求之后再进行打压试漏，压力需要控制在0.8MPa，并将其测量30分钟没有发生变化后视为合格。
4.3 冷冻站安装
冷冻站位置布置方面，需要将其设在隧道内部。而在设备方面，则主要有盐水箱、清水泵、盐水泵、冷却塔以及冷冻机等。道路连接、测试仪表与保温管路需要以法兰进行连接，盐水管通过管架辐射在斜坡位置，以此避免对隧道实际通行产生影响。在冷却水循环管路以及盐水管路上，需要对伸缩接头、仪表测温、流量计、压力表以及阀门等进行安装。盐水管路在经过试漏、清洗之后通过聚苯乙烯泡沫塑料进行保温，保温层厚度为50mm，并在其外部通过塑料膜进行包扎。冻结管同集配液圈则需要使用高压胶管进行连接，保证每根冻结管进出口位置都需要对阀门进行安装，以此实现对流量的控制。而在联络通道四周主冻结孔位置，也需要以2个串联的方式进行，而其它冻结孔则需要以3个一组进行串联、此外，冷冻机组低温管路与蒸发器需要使用棉絮进行保温，而盐水干管以及盐水箱则需要使用厚聚苯乙烯塑料板进行保温。
4.4 积极冻结与维护冻结
在对设备安装完毕之后，则需要进行调试与试运转工作。在试运转时，需要对温度、压力等参数进行调节，以此保证机组在设备技术参与以及相关工艺流程下运行。在冻结过程中，也需要对流量、冻土帷幕开展情况以及盐水温度等做好定时的检测，在必要情况下也需要做好冻结系统运行参数的调节。在整个冻结系统正常运行之后，则可以进入到积极冻结中，即使冷冻机组能够以满负荷的状态运行。此外，当冻土状态达到设计要求之后，则可以进行开探，并进行试挖以及水文情况的判断。在正式开展挖掘工作之后，则需要在联系冻土帷幕实时稳定性的基础上适当的对盐水浓度进行提升。而当进入到维护冻结阶段后，则应当保证淡盐水温度需要控制在-28℃以内。
4.5 永久结构施工
掘进方面，我们对短段掘砌技术进行应用，且将开挖步距控制在了0.5m左右，以两次支护方式进行：第一次支护使用了型钢支架加木背板，能够对冻土的蠕变与冷量损失进行了有效地控制；第二次支护则以现浇钢筋混凝土的方式进行施工，并在两层支护间对EVA防水层进行了安装。而为了能够进一步对施工安全作出保证，我们以两阶段方式对永久结构进行施工，即首先对通道临时支护、混凝土喷射、防水层、钢筋绑扎以及混凝土浇筑等进行施工，之后再进行泵站的开挖、临时支护、混凝土喷射、钢筋绑扎以及混凝土的浇灌等。
5 冻结工程监测
在冷冻法通道施工中，监测工作是非常重要的一项工作内容，冻结帷幕施工是否能够满足要求以及开挖时间的确定等都需要根据监测数据进行判断：冻结系统监测方面，我们通过热电阻传感器的应用对来去回路的盐水温度进行测量，并在该回路上对流量计进行了设置；冻土帷幕方面，我们通过测温孔热电阻传感器的应用对帷幕温度进行测量，保证每天测量2次，并通过泄压管安装压力表测量未冻土空隙的水压变化；地面隧道变形监测方面，由于本施工环境覆土深度约为15m，对此，就需要在隧道15m附近区域对地面沉降以及建筑物开裂等情况进行监测，同时也需要对隧道的垂直、水平位置进行监测。
根据监测显示，冻结期间冻胀量不大于4mm，隧道拱顶沉降最大值为+2.1mm，管片收敛最大值为-0.25mm，均满足设计及规范要求。
6 结束语
在上文中，我们以某工程实例对地铁盾构联络通道冷冻法施工技术进行了一定的研究，研究表明冻结法施工不仅确保了在软弱地层联络通道施工的安全，而且没有明显的冻胀融沉，也没有对周围环境造成影响；同时冻结施工无噪音、无污染，对地下水位和水质没有影响，因而取得了良好的施工效果。
结合该市地铁的工程现状，在软弱复杂的地层，未来也可能应用冻结法的有盾构进、出洞土体加固，地铁联络通道、泵房等土体加固，短距离特殊地段水平隧道冻结施工等。
参考文献：
[1]吴文涛，张恒，李海清.地铁联络通道施工力学特性分析[J].铁道建筑.2011（11）：55-56.
[2]杨勇勇，石文广，赵宇，尚岳全.采用三轴搅拌桩联合降水施工隧道联络通道的施工工法[J].建筑技术.2012（03）：105-106.
论文作者:夏伟
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第12期
论文发表时间:2016/8/15
标签：冻土论文; 盐水论文; 通道论文; 盾构论文; 帷幕论文; 应力论文; 隧道论文; 《低碳地产》2015年第12期论文;