凍結(jié)法在地鐵盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用

1、凍結(jié)法在地鐵盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用 李 棟（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 武漢 430074 ）摘要凍凍結(jié)法是是在地層層中按預(yù)預(yù)定間隔隔埋設(shè)凍凍結(jié)管（1000mm的的管徑）冷冷卻液在在凍結(jié)管管上循環(huán)環(huán)，則管管周圍地地層中的的孔隙水水以管為為中心生生成年輪輪形柱狀狀凍土。若若使鄰近近的凍土土柱連結(jié)結(jié)在一起起，即形形成止水水墻或反反力墻。凍凍結(jié)法施施工技術(shù)術(shù)在國際際上被廣廣泛應(yīng)用用于城市市建設(shè)和和煤礦建建設(shè)中，已已有100多年的的歷史，我我國采用用凍結(jié)法法施工技技術(shù)至今今也已有有40多年的的歷史，主主要用于于煤礦井井筒開挖挖施工，自19992年起，凍凍結(jié)法工工藝被廣廣泛應(yīng)用用于上海海、

2、北京京、深圳圳、南京京等城市市地鐵工工程施工工中。公公司在杭杭州地鐵鐵隧道聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道工程施施工中，采采用了凍凍結(jié)法加加固的施施工方法法，本文文通過對對施工工工藝的歸歸納總結(jié)結(jié)，以及及參考有有關(guān)施工工技術(shù)資資料，形形成本工工法。關(guān)鍵詞凍結(jié)法 地鐵 聯(lián)絡(luò)通道 應(yīng)用 1工程概況況杭州地鐵九九堡東站站喬司南南站盾構(gòu)構(gòu)區(qū)間隧隧道聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道及泵泵站位于于區(qū)間隧隧道中部部，聯(lián)絡(luò)通道道及泵站站采取合合并建造造模式，距離聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道上上部地面面正上方方14m處有一居民房，聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道上方無無重要管管線。擬構(gòu)筑聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道所所在位置置的隧片片為鋼管管片，隧隧道內(nèi)徑徑為5.55m，上上、下行行線隧道道中心線線距離11

3、5.446m。聯(lián)絡(luò)通通道結(jié)構(gòu)構(gòu)見圖1。圖1 聯(lián)絡(luò)通通道結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖2工程地質(zhì)質(zhì)及水文文地質(zhì)條條件根據(jù)離聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道最最近的地地質(zhì)勘探探孔提供供的地質(zhì)質(zhì)情況，聯(lián)絡(luò)通道所處地層上部和中部為5砂質(zhì)粉土、下部6粉砂夾砂質(zhì)粉土，見圖1所示。該土層具有高壓縮性、低強度、靈敏度高、透水性強等特點，在動力作用下易產(chǎn)生流變現(xiàn)象。在該地層內(nèi)內(nèi)進行聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道開挖構(gòu)構(gòu)筑，須須對土體體進行穩(wěn)穩(wěn)妥、可可靠的加加固處理理。凍結(jié)結(jié)法加固固土體具具有強度度高，封封水性好好，安全全可靠的的優(yōu)點，極極適于本本工程。3施工工藝藝過程3.1施工工方案選選定根據(jù)上述聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道施工條條件，決定采用“隧道內(nèi)內(nèi)水平凍凍結(jié)加固固土體、隧隧道

4、內(nèi)礦礦山法開開挖構(gòu)筑筑”的全隧隧道內(nèi)施施工方案案。即：在隧道道內(nèi)利用用水平孔孔和部分分傾斜孔孔凍結(jié)加加固地層層，使聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道及泵房房外圍土土體凍結(jié)結(jié)，形成成強度高高，封閉閉性好的的凍結(jié)帷帷幕。在在凍土中中采用礦礦山法進進行聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道及及泵站的的開挖構(gòu)構(gòu)筑施工工，地層層凍結(jié)和和開挖構(gòu)構(gòu)筑施工工均在區(qū)區(qū)間隧道道內(nèi)進行行。3.2凍結(jié)結(jié)法的施施工工藝藝圖2凍結(jié)法法施工流流程圖3.3凍結(jié)結(jié)加固設(shè)計計3.3.11凍結(jié)帷帷幕的加加固范圍圍聯(lián)絡(luò)通道凍凍結(jié)帷幕幕按凍結(jié)加加固設(shè)計計圖的要要求進行行施工。凍結(jié)壁壁平均溫溫度設(shè)計計為-110，相應(yīng)應(yīng)的凍土土強度的的設(shè)計指指標(biāo)為：單軸抗抗壓3.66Mpaa，抗折1.8

5、8Mpaa，抗剪1.66Mpaa，無側(cè)側(cè)限抗壓壓強度qqu3.00Mpaa，土體體滲透系系數(shù)k10-8cmm/seec。3.3.22凍結(jié)孔孔、測溫溫孔與卸卸壓孔的的布置3.3.22.1凍結(jié)結(jié)孔布置置從上、下行行線隧道道兩側(cè)打打孔方式式進行施施工。凍凍結(jié)孔按按上仰、水水平、下下俯三種種角度布布置，共共布置凍凍結(jié)孔778個，其其中上行線64個，下行線14個。設(shè)置置穿透孔孔4個。凍結(jié)結(jié)孔的布布置詳見見圖3、圖4。圖3：凍結(jié)結(jié)孔立面面透視 圖4：凍凍結(jié)孔平平面布置置3.3.22.2 測溫孔孔布置測溫孔共布布置8個，上行行線4個，下行線4個，深深度為226m，主要是是測量凍凍結(jié)帷幕幕范圍不不同部位位的溫

6、度度發(fā)展?fàn)顮顩r，以以便綜合合采用相相應(yīng)控制制措施，確確保施工工的安全全。3.3.22.3 卸壓孔孔布置在凍結(jié)帷幕幕封閉區(qū)區(qū)域內(nèi)布布置4個卸壓壓孔(利用管管片上的的注漿孔孔)，上行行線、下下行線各各2個。在在卸壓孔孔上安裝裝壓力表表，可以以直觀的的監(jiān)測凍凍結(jié)帷幕幕內(nèi)的壓壓力變化化情況，通通過每日日觀測，及及時判斷斷凍結(jié)帷帷幕的形形成，并并可直接接釋放凍凍脹壓力力。3.3.33凍結(jié)參參數(shù)積極凍結(jié)期期鹽水溫溫度為-28-300，維護凍凍結(jié)期溫溫度為-25-288。積極凍結(jié)時時間為440天，維維護凍結(jié)結(jié)時間與與開挖和和結(jié)構(gòu)施施工相同同。凍結(jié)孔單孔孔流量不不小于33m3/h。積極凍結(jié)77天鹽水水溫度降降

7、至18以下，積積極凍結(jié)結(jié)15天鹽水水溫度降降至-224以下，去去、回鹽鹽水溫差差不大于于2，開挖挖時鹽水水溫度降降至-228以下。3.3.44需冷量量計算和和冷凍機機選型凍結(jié)需冷量量計算：Q=11.2dHK式中:H凍結(jié)總總長度，7255m；d凍結(jié)管管直徑；K凍結(jié)管管散熱系系數(shù)；將上述參數(shù)數(shù)代入公公式得出出最大需冷冷量為：Q=6.5104 Kccal/h根據(jù)以上計計算需冷冷量，選選用W-YSLLGF3300型螺桿桿機組二二臺套，并聯(lián)安裝，單臺運行，互為備用。單臺機組設(shè)計工況制冷量為8.7104 Kcal/h，電機功率110KW，完全滿足制冷需求。3.3.55凍結(jié)系系統(tǒng)輔助助設(shè)備（1）鹽水水循環(huán)泵

8、泵選用IIS1550-125315型2臺，流流量2000m33/h，電電機功率率30KKW 。（2）冷卻卻水循環(huán)環(huán)泵選用ISS1500-125315型2臺，流流量2000m33/h，電電機功率率30KKW。冷冷卻塔選選用NBBL-550型2臺，補補充新鮮鮮水155m3/h。3.3.66管路選選擇（1）凍結(jié)結(jié)管選用用898mmm,200#低碳鋼鋼無縫鋼鋼管,絲扣連連接,另加手手工電弧弧焊焊接接。單根根長度111.5mm。（2）供液液管選用用1.55鋼管，采采用焊接接連接。（3）測溫溫管和卸卸壓管選選用323.55mm,無縫鋼鋼管。（4）鹽水水干管和和集配液液圈選用用15996mmm無縫鋼鋼管。（

9、5）冷卻卻水循環(huán)環(huán)管選用用13334.55mm無無縫鋼管管。（6）凍結(jié)結(jié)站對側(cè)側(cè)隧道的的冷凍排排管選用用323.55mm無無縫鋼管管。3.3.77其它冷凍機油選選用N446冷凍凍機油。制冷劑選用用氟立昂昂F-222。冷媒劑選用用氯化鈣鈣溶液?？傆秒婎~定定負(fù)荷約約3888kw/h。3.4凍結(jié)結(jié)孔施工工圖5凍結(jié)孔孔開孔及及密封裝裝置示意意圖3.4.11凍結(jié)孔孔定位與與管片開開孔依據(jù)施工基基準(zhǔn)點，按按凍結(jié)孔孔施工圖圖進行凍凍結(jié)孔孔孔位放線線，孔位位布置首首先要依依據(jù)管片片配筋圖圖和鋼管管片加強強筋的位位置，在在避開主主筋、管管片縫、螺螺栓及鋼鋼管片肋肋板的前前提下可可適當(dāng)調(diào)調(diào)整，不不大于1100mm

10、m。開孔選選用J-2000型金剛剛石鉆機機，配1300mm金金剛石取取芯鉆頭頭進行鉆鉆孔，深深度約22002500mm，控制不不得鉆穿穿管片。用用鋼楔楔楔斷巖心心，取出出后，打打入加工工好的孔孔口管，且用至少有4個固定點將孔口管固定在管片上，然后安裝密封裝置，如圖5所示。3.4.22 凍結(jié)孔孔施工順順序先施工透孔孔，根據(jù)據(jù)穿透孔孔的偏差差，進一一步調(diào)整整有關(guān)鉆鉆進參數(shù)數(shù)。然后后根據(jù)聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道施工的的孔位，采采用由上上向下的的順序進進行施工工，這樣樣可防止止因下層層凍結(jié)孔孔的施工工引起上上部地層層擾動，減減小鉆孔孔施工時時的事故故發(fā)生率率。3.4.33鉆孔偏偏斜和終終孔控制制鉆孔的偏斜斜應(yīng)控制

11、制在1550mmm以內(nèi)，在在確保凍凍結(jié)帷幕幕厚度的的情況下下，單排排凍結(jié)孔孔最大間間距不得得大于11.4m，多排凍凍結(jié)孔最最大間距距不得大大于1.68m，否則則應(yīng)補孔孔。凍結(jié)孔鉆進進深度應(yīng)應(yīng)不小于于設(shè)計深深度。鉆鉆頭碰到到隧道管管片的，不不參與制制冷循環(huán)環(huán)的長度度不大于于1500mm。3.4.44凍結(jié)孔孔鉆進與與凍結(jié)管管設(shè)置（1）鉆孔孔設(shè)備使使用MDD-500鉆機一一臺，配配用BWW2500型泥漿漿泵，鉆鉆具利用用898凍結(jié)結(jié)管作鉆鉆桿；凍凍結(jié)管之之間采用用絲扣連連接，接接頭螺紋紋緊固后后再用手手工電弧弧焊焊接接，確保保其同心心度和焊焊接強度度。（2）正常常情況下下，鉆進進時安裝裝簡易鉆鉆頭，

12、直直接無水水鉆進。如如果鉆進進困難時時，在鉆鉆頭部位位安裝一一個特制制單向閥閥門，采采用帶水水鉆進。凍凍結(jié)管到到達設(shè)計計深度后后沖洗單單向閥，并并密封凍凍結(jié)管端端部。（3）鉆進進過程中中嚴(yán)格監(jiān)監(jiān)測孔偏偏斜情況況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)偏斜要要及時糾糾偏，下下好凍結(jié)結(jié)管后，進進行凍結(jié)結(jié)管長度度的復(fù)測測，然后后再用燈燈光測斜斜儀進行行測斜并并繪制鉆鉆孔偏斜斜圖。凍凍結(jié)管長長度和偏偏斜合格格后再進進行打壓壓試漏，壓壓力控制制在0.8MPPa，穩(wěn)定定15分鐘鐘壓力無無變化者者為試壓壓合格。（4）在凍凍結(jié)管內(nèi)內(nèi)下供液液管,然后焊焊接凍結(jié)結(jié)管端蓋蓋和去、回回路羊角角。生產(chǎn)準(zhǔn)備凍結(jié)孔測量定位鉆機安裝找正正常鉆進單孔完成糾偏

13、測斜測斜、檢漏開孔，安密封裝置鉆孔結(jié)束3.4.生產(chǎn)準(zhǔn)備凍結(jié)孔測量定位鉆機安裝找正正常鉆進單孔完成糾偏測斜測斜、檢漏開孔，安密封裝置鉆孔結(jié)束 圖6：鉆孔質(zhì)質(zhì)量控制制程序圖圖3.5冷凍凍站安裝裝3.5.11凍結(jié)站站布置與與設(shè)備安安裝將凍結(jié)站設(shè)設(shè)置在上上行線隧隧道內(nèi)，靠靠近聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道位位置。站站內(nèi)設(shè)備備主要包包括冷凍凍機、鹽鹽水箱、鹽鹽水泵、清清水泵、冷冷卻塔及及配電控控制柜等等。設(shè)備備安裝按按設(shè)備使使用說明明書的要要求進行行。其布布置參見見(附圖7：凍結(jié)結(jié)站平面面布置圖圖)。圖7：凍結(jié)結(jié)站平面面布置圖圖3.5.22管路連連接、保保溫與測測試儀表表管路用法蘭蘭連接，隧隧道內(nèi)的的鹽水管管用架子敷設(shè)在在

14、隧道管管片斜坡坡上，以以免影響響隧道通通行。在在鹽水管管路和冷冷卻水循循環(huán)管路路上要設(shè)設(shè)置、閥閥門和測測溫儀、壓壓力表等等測試組組件。鹽鹽水管路路經(jīng)試漏漏、清洗洗后用保保溫板或或棉絮保保溫，保保溫厚度度為500mm，保保溫層的的外面用用塑料薄薄膜包扎扎。集配配液圈與與凍結(jié)管管的連接接用高壓壓膠管，每每組凍結(jié)結(jié)管的進進出口各各裝閥門門一個，以以便控制制流量。冷凍機組的的蒸發(fā)器器及低溫溫管路用用棉絮保保溫，鹽鹽水箱和和鹽水干干管用550mmm厚的保保溫板或或棉絮保保溫。聯(lián)絡(luò)通道兩兩側(cè)管片片保溫：由于混混凝土和和鋼管片片相對于于土層要要容易散散熱得多多，為加加強凍結(jié)結(jié)帷幕與與管片膠膠結(jié)，聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道道

15、兩側(cè)管管片表面面采取保保溫措施施，以減減少冷量量損失。將鋼管片格格柵內(nèi)用用素砼填填充密實實，然后后采用PPEF板板保溫板板對凍結(jié)結(jié)帷幕發(fā)發(fā)展區(qū)域域管片進進行隔熱熱保溫。保溫范圍為凍結(jié)帷幕區(qū)域處加向外擴展2m。在凍結(jié)站對對側(cè)隧道道的凍結(jié)結(jié)管的端端部區(qū)域域范圍內(nèi)內(nèi)布置冷冷凍排管管，然后后采用PPEF板板對凍結(jié)結(jié)排管進進行覆蓋蓋隔熱保保溫。3.6積極極凍結(jié)與與維護凍凍結(jié)3.6.11凍結(jié)系系統(tǒng)試運運轉(zhuǎn)與積積極凍結(jié)結(jié)設(shè)備安裝完完畢后進進行調(diào)試試和試運運轉(zhuǎn)。在在試運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，要要隨時調(diào)調(diào)節(jié)壓力力、溫度度等各狀狀態(tài)參數(shù)數(shù)，使機機組在有有關(guān)工藝藝規(guī)程和和設(shè)備要要求的技技術(shù)參數(shù)數(shù)條件下下運行。凍凍結(jié)系統(tǒng)統(tǒng)運轉(zhuǎn)正正

16、常后進進入積極極凍結(jié)。此階段為凍凍結(jié)帷幕幕的形成成階段，積積極凍結(jié)結(jié)期鹽水水溫度為為-288-300，設(shè)計計凍結(jié)時時間40天，視視現(xiàn)場實實際凍結(jié)結(jié)效果，如如不能按按時達到到凍結(jié)壁壁的設(shè)計計要求，可可延長積積極凍結(jié)結(jié)時間。3.6.22 維護凍凍結(jié)在積極凍結(jié)結(jié)過程中中，要根根據(jù)實測測溫度資資料判斷斷凍結(jié)帷帷幕是否否交圈和和達到設(shè)設(shè)計厚度度，同時時要監(jiān)測測凍結(jié)帷帷幕與隧隧道的膠膠結(jié)情況況，測溫溫判斷凍凍結(jié)帷幕幕交圈并并達到設(shè)設(shè)計厚度度且與隧隧道完全全膠結(jié)后后，可進進入維護護凍結(jié)階階段。維護凍結(jié)期期溫度為為-255-288，凍結(jié)結(jié)時間貫貫穿聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道及及泵站開開挖和主主體結(jié)構(gòu)構(gòu)施工始始終。3.6.33

17、凍結(jié)質(zhì)質(zhì)量控制制程序充氟、試運轉(zhuǎn)維護凍結(jié)充氟、試運轉(zhuǎn)維護凍結(jié)凍結(jié)結(jié)束冷卻水供給檢 測生產(chǎn)準(zhǔn)備基礎(chǔ)施工安 裝設(shè)備試壓試壓包扎凍結(jié)孔驗收凍結(jié)器安裝積極凍結(jié)圖8：凍結(jié)結(jié)質(zhì)量控控制程序序3.7具備備開挖凍凍結(jié)技術(shù)術(shù)指標(biāo)要確定打開開管片進進行開挖挖還需結(jié)結(jié)合測溫溫孔資料料、卸壓壓孔壓力力、探孔孔情況等等方面綜綜合考慮慮，需具具備如下下條件，方方可進行行開挖構(gòu)筑筑的施工工。項目數(shù)值備注凍結(jié)帷幕厚厚度達到設(shè)計要要求根據(jù)測溫孔孔推算凍結(jié)帷幕平平均溫度度-10用成冰公式式法計算算鹽水溫度積極期-28-300用測溫儀監(jiān)監(jiān)測維護期-25-28鹽水去、回回路溫差(包包括各支支路)積極期2以內(nèi)凍結(jié)至設(shè)計計溫度時時維護期

18、1.0以以內(nèi)卸壓孔交圈前靜水壓力通過壓力表表觀測交圈后劇增至0.150.33MPaa3.8融沉沉控制及及收尾工工作3.8.11融沉控控制本聯(lián)絡(luò)通道道所處的的地面環(huán)環(huán)境較好好，沒有有重要的的建筑物物及管線線，同時時凍結(jié)加加固的土土層主要要為5砂質(zhì)粉粉土、6粉砂夾夾砂質(zhì)粉粉土，擬擬采用自自然解凍凍結(jié)合跟跟蹤注漿漿的的方方式來控控制融沉沉。并根根據(jù)監(jiān)測測反饋的的信息，進進行動態(tài)態(tài)調(diào)整注注漿參數(shù)數(shù)。3.8.22收尾工工作（1）澆筑筑完集水水井砼結(jié)結(jié)構(gòu)層即即可停凍凍，進行行施工設(shè)設(shè)備的拆拆除工作作，并清清理、整整理現(xiàn)場場，按要要求跟蹤蹤注漿。（2）凍結(jié)結(jié)孔管補補強：凍凍結(jié)站拆拆除，回回收供液液管，放放出

19、CaaCl22鹽水后后，割去去露出隧隧道管片片的孔口口管和凍凍結(jié)管，并并在孔口口管管口口焊接12厚的的封口板板封閉管管口。（3）待通通道混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)達到設(shè)設(shè)計強度度后，拆拆除隧道道內(nèi)的鋼鋼支架，并并再次對對稱擰緊緊特殊襯襯砌環(huán)內(nèi)內(nèi)的所有有連接螺螺栓。（4）按設(shè)設(shè)計在集集水井上上方加裝裝鋼蓋板板。（5）用砼砼澆筑鋼鋼管片內(nèi)內(nèi)格柵，并并將外露露鋼構(gòu)件件表面刷刷涂環(huán)氧氧瀝青漆漆二度。（6）整理理、修整整、清理理聯(lián)絡(luò)通通道施工工現(xiàn)場，并并用清水水進行沖沖洗，通通道內(nèi)不不得有泥泥漿、油油污和上上道工序序留下的的施工設(shè)設(shè)備。4.實踐結(jié)結(jié)論通過凍結(jié)法法在實際際施工中中的應(yīng)用用，我們們可以知知道凍結(jié)結(jié)法在工

20、工程實踐踐中具有有很多的的優(yōu)勢：（1）封水水性好有自由由水(一般情情況下含含水率應(yīng)應(yīng)大于10%,否則要要采取增增加土層層濕度的的輔助工工法)就能凍凍結(jié)成凍凍土,形成凍凍土壁。無無論是透透水層,還是隔隔水層,凍土壁壁可以阻阻隔地下下水侵入入,形成干干燥的施施工環(huán)境境。（2）強度度高一般認(rèn)認(rèn)為凍土土是一種種黏彈塑塑性材料料,其強度度同土質(zhì)質(zhì)、容重重、含水水率、含含鹽量及及溫度等等因素有有關(guān),一般可可達到210 MPaa,遠(yuǎn)大于于融土強強度,從而起起到結(jié)構(gòu)構(gòu)支撐墻墻的作用用。（3）適應(yīng)應(yīng)性強適應(yīng)各各種土層層及多種種地下工工程,尤其適適用于含含水量大大、地層層軟弱、其其他工法法施工困困難或無無法施工工的地下下工程。（4）復(fù)原原性施工結(jié)結(jié)束土層層恢復(fù)原原狀,對土層層破壞性性很小。