富水圆砾层联络通道施工冻结技术应用

富水圆砾层联络通道施工冻结技术应用

梁圣亮

梁圣亮

粤水电轨道交通建设有限公司广东省广州市510000

摘要：跨入21世纪后，我国各大中型城市均开始建造地下铁路，城市轨道交通发展日新月异。轨道交通主要由车站、隧道、车辆段组成，联络通道为隧道附属结构，在日常地铁运营中起着至关重要的作用。本文主要讲述富水圆砾层联络通道施工利用冻结工法对地层进行加固，提出相关施工关节措施，确保工程施工的安全、质量。

关键词：联络通道；富水圆砾层；冻结工法

1工程概况及地质条件

本文所介绍的区间两个联络通道，后续内容主要根据1#联络通道施工过程编写。1#联络通道中心里程为ZSK13+215.786（YSK13+212.500），通道处隧道中心线间距13.000m，联络通道所在位置的轨面高程左约+54.018m（右线为+54.017m），联络通道处地面标高约为+76.30m；2#联络通道中心里程为ZSK13+688.321（YSK13+700.000），通道处隧道中心线间距13.750m，联络通道所在位置的轨面高程左约+56.334m（右线为+56.392m），联络通道处地面标高约为+76.30m。联络通道施工深度范围内的土层主要为④4-2砾砂、⑤1-1圆砾，自稳能力差。

联络通道均为直墙圆拱结构，净宽2.5m，净高2.9m，联络通道的衬砌为双层复合衬砌：初衬为：钢筋格珊和C25喷射混凝土结构，厚度250mm;二次衬砌为C50P10钢筋防水混凝土结构。在初衬和二衬之间设一道防水层。本区间1#联络通道兼泵房覆土厚度17.933m，2#联络通道为15.558m。

2联络通道冻结法加固施工方案确立背景

联络通道施工深度范围内的土层主要为④4-2砾砂、⑤1-1圆砾，自稳能力差，易造成涌水冒砂、隧道坍塌变形的风险，原方案为外包“素连墙”内袖阀管注浆，根据注浆后抽芯效果检测，无法满足联络通道“新奥法”施工要求，风险极大。鉴于施工安全及总体工期计划等方面考虑，经专家多次论证，决定采用水平冻结法加固地层，矿山暗挖法施工以确保施工安全，施工过程中做好必要的保护措施，加强监测，以减轻对周围地面环境的影响。

3联络通道冻结工法加固施工技术

3.1冻结工法定义

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，形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土压力，隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程施工的一种岩土特殊施工方法。根据联络通道的施工特点，采用“隧道内钻孔、冻结法临时加固掌子面、矿山法开挖构筑”。（联络通道冻结法施工工艺流程图见图1）

3.2冻结工法施工工艺原理

冻结工法施工前，首先要根据工程具体特点进行设计，包括：冻结帷幕、冻结孔、测温孔、管片保温、盐水温度、积极冻结时间，隧道钢支架、应急门及冻胀与融沉控制等。

3.2.1地层冻结钻孔施工

首先进行冻结孔施工，先施工透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关的钻进参数。然后根据联络通道施工的孔位，采用由下向上的顺序进行施工，这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率，同时在施工通道顶部孔时根据地面打孔数据及通道孔位放样图，在设计许可范围内进行调整孔位放样，避免打到竖向排水管。

联络通道采取从上、下行线隧道两侧布冻结孔。布置冻结孔总数80个，其中左侧隧道布置冻结孔57个，右线隧道布置冻结孔23个。在通道中部设置4个穿透孔，供对侧隧道冻结孔和冷冻排管需冷用。另在冻结站对侧隧道上沿冻结壁敷设5排冷冻排管，以加强对管片处的保温效果。布置8个测温孔，目的主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施，确保施工的安全。在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔。

3.2.2地层冻结制冷系统

冻结制冷系统主要包括两个子系统，一是冻结工作面，即需要冻结加固的联络通道地层及其冻结管路；二是冻结站。这两个子系统通过盐水干管连接，在正式冻结运转施工前完成。

根据现场施工环境，拟将冻结站安装在区间隧道内，靠近联络通道的位置，站内设备主要包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。

3.2.3积极冻结与维护冻结

（1）积极冻结

设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。冻结系统运转正常后进入积极冻结。

此阶段为冻结帷幕的形成阶段，联络通道设计冻结时间为45-50天，要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去回路温差不大于2℃；开挖前盐水温度降至-28℃以下。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。

（2）维护冻结

在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后，可进入维护冻结阶段。

维护冻结期温度为不大于-26℃，冻结时间贯穿联络通道开挖和主体结构施工始终。

3.2.4注浆施工

（1）控制地面和隧道的沉降变形是注浆的目的。因此，在结构施工结束后因及时进行充填注浆。注浆施工过程中，浆液的压力可以通过在相邻注浆孔安装压力表来反映。以上综合监测数据是注浆参数调整的依据。

1.监测地表沉降（包括道路、管线、周边建筑物）。

2.监测管片隆沉和变形。

3.监测联络通道结构变形。

（2）依据初期支护情况，分区域针对注浆，目的是联络通道结构和隧道能够依靠空间整体作用，而不至于土体在还未注浆情况下产生沉降。衬砌壁后充填注浆采用1：0.8～1单液水泥浆，集水井处注浆压力不大于0.1MPa，通道处注浆压力不大于静水压力。融沉补偿注浆浆液以水泥-水玻璃双液浆为主，单液水泥浆为辅。水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆和水玻璃溶液体积比为：1：1，其中水泥浆水灰比为1：1，水玻璃溶液采用B35～B40水玻璃和加1～2倍体积的水稀释。注浆压力不大于0.5MPa。注浆范围为整个冻结区域。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。注浆前，将待注浆的注浆管和其相邻的注浆管阀门全部打开，注浆过程中，当相邻孔连续出浆时关闭邻孔阀门，定量压入单液浆后即可停止本孔注浆，关闭阀门，然后接着对邻孔注浆。遇到注浆管内窜浆固结而引起堵管时，需用加长冲击钻头通管。根据地面变形情况，调整劳动组织，适时进行反复注浆，直至地面变形基本稳定。

3.3联络通道冻结工法施工分析

冻结40天时，在安全门内下侧及右侧各打开一个φ32的探孔（下侧探孔距最近孔距离为1279mm，右探孔距最近孔距离为1997mm，探孔深度为300mm，无水、无沙涌出，实测管片后300mm土层温度分别为-2.4℃、-1.6℃。根据相关监测数据得可知冻土最小发展速率为30.3mm/d，最大发展速度为55.4mm/d。结合上述发展速度，冻土平均发展速度按最低30mm/d考虑，在冻结40天时，做交圈图分析。通道按40天考虑时，冻结壁最薄弱处的平均温度通道处为-10.5℃，满足设计冻结壁平均温度达到-10.0℃。

3.4联络通道开挖

冻结法联络通道打开管片进行开挖之前需结合测温孔资料、卸压孔压力、探孔情况等方面的数据综合考虑，需具备和满足设计要求条件后，才可进行相关施工。施工顺序：联络通道从右线开挖；边开挖边做临时支护、防水层、结构层施工；接下来进行集水井部分的土方开挖、临时支护、防水层、结构层施工。

施工工艺流程：探孔、联络通道开管片、试挖、联络通道挖掘、临时支撑、初支--喷射混凝土、做通道防水层、扎钢筋、立模、浇砼——集水井探孔开挖、临支——防水层、扎钢筋、立模、浇砼——拆模、清理—壁间、壁后充填注浆、融沉注浆、整理收尾。

4结语

通过本案例，总结以下体会：

1、富水圆砾地层中使用冻结法加固是完全可行的，在联络通道开挖过程中未发生任何渗漏水、土体塌方等事故发生；

2、在联络通道开挖过程中，一定要做好维护冻结工作，确保掌子面稳定；

3、在冻结工作过程及后续各项施工中，要加强对成型隧道、地面、周边建构筑物的监测工作，以便于指导注浆施工，确保“冻胀融沉”过程中相关稳定。

参考文献：

[1]郑石.广州富水砂层地区联络通道地层冻结技术[J].广东建材.2013

[2]王晖，竺维彬.软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研究[J].现代隧道技术.2004

[3]孙成伟，仇培云.广州地铁隧道联络通道冻结法施工技术研究[J].现代隧道技术.2012

[4]张志，张勇，陆路，郑彭生.冻结法在强扰动地层地铁联络通道施工中的应用[J].隧道建设.2011

作者简介：

赵凯、广州轨道交通建设监理有限公司、广东省广州市、510000