地铁联络通道冻结法施工技术

地铁联络通道冻结法施工技术（精选5篇）

1.地铁联络通道冻结法施工技术 篇一

地铁施工旁通道冻结法施工工艺

一 前言

作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。

二、特点

冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：

1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；

2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；

3、冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；

4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。

三、使用范围

冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。

四、工艺原理

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。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，又可采取强制解冻技术使其融化。

五、工艺流程冻结法

六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。

1、冻结孔施工

1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔位，以提高定位精度。

1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。

1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。

2、冻结管试漏与安装

2.1选择φ63×4mm无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。

2.2冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进行水压试漏，初压力0.8MPa，经30分钟观察，降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。

2.3冷冻站安装完成后要按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求进行试漏和抽真空，确保安装质量符合设计要求。

3、冻结系统安装与调试

3.1按1.5倍制冷系数选配制冷设备。

3.2为确保冻结施工顺利进行，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。

3.3管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。

3.4冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。

3.5机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。

3.6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。

4、积极冻结阶段在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。

积极冻结，就是充分利用设备的全部能力，尽快加速冻土发展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。旁通道积极冻结盐水温度一般控制在-25～-28℃之间。

积极冻结的时间主要由设备能力、土质、环境等决定的，上海地区旁通道施工积极冻结时间基本在35天左右。

5、维护冻结阶段在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行探孔试 挖，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，提高盐水温度，从而进入维护冻结阶段。

维护冻结，就是通过对冻结系统运行参数的调整，提高或保持盐水温度，降低或停止冻土的继续发展，维持结构施工的要求。旁通道维持冻结盐水温度一般控制在-22～-25℃之间。维护冻结时间由结构施工的时间决定。

6、工程监测6.1工程监测的目的工程量测作为该工法的一项重要施工内容。其目的就是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处，为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，甚至严重破坏。对施工过程必须有完善的监测。

6.2工程监测的内容工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。

6.1.1冻结孔施工监测内容为：冻结管钻进深度；冻结管偏斜率；冻结耐压度；供液管铺设长度。

6.1.2冻结系统监测内容为：冻结孔去回路温度；冷却循环水进出水温度；盐水泵工作压力；冷冻机吸排气温度；制冷系统冷凝压力；冷冻机吸排气压力；制冷系统汽化压力。

6.1.3冻结帷幕监测内容为：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结；开挖后冻结壁暴露时间内冻结壁表面位移；开挖后冻结壁表面温度。

6.1.4周围环境和隧道土体进行变行监测内容为：地表沉降监测；隧道的沉降位移监测；隧道的水平及垂直方向的收敛变形监测；地面建筑物沉降监测。

七、机具设备

1、冻结法施工旁通道所用设备见表1表1

旁通道冻结施工主要机械设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 额定功率 能力 螺杆冷冻机组 JYSGF300II 2台 110KW 87500Kcal/h 盐水泵 IS125-100-200 2台 45KW 200m3/h

冷却水泵 IS125-100-200C 4台 15KW 120m3/h

冷却塔 NBL-50 4台 15m3/h 钻机 MK-50 1台

电焊机 BS-40 2台

抽氟机 1台

说明：以上1-4项冻结设备均备用一台。冻结设备详见附图

2、冻结法施工旁通道所用量测设备见表2表2

旁通道冻结施工主要量测设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 备注 经纬仪 J2 1台

测温仪 GDM8145 1台 测量冻土温度 3 精密水准仪 1台 打压机 20MPa 1台 冻结器打压试漏 5 收敛仪 1台 冻土帷幕收敛 6 钢卷尺 20m 1把

八、质量标准

由于冻结法施工工程技术难度高，施工风险大，工程中不可预测因素多，故此对质量要求极高。目前主要参照煤炭行业《煤矿井巷工程施工及验收规范•GBJ213-90》、《煤矿井巷工程质量检验评定标准•MT5009-94》标准要求进行施工。除了参照国家有关标准外，还应着重注意以下几点：

1、冻结帷幕设计时应选择比较安全的计算模型，要有足够的安全系数；

2、冷冻机组制冷量在设计时，取较大的备用系数；

3、钻孔的偏斜应控制在1%以内；

4、终孔间距不大于1.0m；

5、在冻土帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。

九、劳动力组织

冻结法施工技术要求高，专业性强，且由于其特殊性，现场需配备土建工程师、机械工程师、电气工程师和测量工程师。

作业人员配备人员见表3：

表3 作业人员配备人员

工 作 项 目 工 种 人 数 备 注

冻结孔施工 打钻工 15人 进入冻结阶段可转为普通工冻结管安装

冻安工 9人 进入冻结阶段可转为普通工机械维修

机修工 3人电气维修

电工 2人（包括设备数据采集）

电焊 电焊工 2人

冻结管焊接工程监测 测量工 3人

环境变化监测测温

技术员 1人 测温孔测温辅助施工 普通工 4人 当班负责 施工员 2人 总计 41人

十、安全环境保护

1、设计要考虑各种最不利条件，保证方案安全可靠：

2、设计计算的各种最不利条件，在施工组织设计及施工中，做到重点防范，采取切实可行、有效的措施加以控制。

3、选用无污染、效率高、体积小、重量轻、制冷量大、安装运输方便的螺杆冷冻机组作为制冷系统的主机。以适应地铁施工场地小、工期紧的需要。

4、采用通讯系统和视频系统有效的监控施工现场，对施工中发现的问题及时汇报处理，杜绝一切不安全的施工现象和违章的操作，把事故制止在萌芽状态。

5、旁通道设安全防水门，以备发现险情关闭防水门，保护隧道之用。

6、在对面隧道内，增设冷冻板，冷冻板排管外设置泡沫保温材料，以确保对面隧道交接处的完好冻结状态；在旁通道的左右侧各钻一个Φ89的冻结孔，作为冷冻板盐水循环的进回液管。

7、在管线交底后也可对地下管线和隧道进行必要的支撑。对离冻结区较近的管线与建筑物进行暴露或保温，防止冻坏。

8、旁通道开挖期间项目管理人员采用二十四小时值班制，对施工的各个环节要起到及时的检查和督促作用，在施工现场准备足够的备用设备和物资，以备应急之用。

9、为预防开挖中停电等导致停工，甚至出现冒顶、涌砂事故，采取以下预案：在旁通道开挖期间，通道内准备3米长16#槽钢（或钢管）6根，粘土2.0t和足够的砂袋，以在必要时堆粘土和砂袋封闭通道，预防淹隧道。

10、冻结加固中打设的冻结孔将穿越④、⑤号土层，该土层局部夹有粉砂薄层，有钻孔突水、涌砂的可能。A、加大钻具推力，强行顶入套管B、利用原钻具系统注浆，浆液选用水泥—水玻璃或丙烯酸盐类浆液。C、必要时压紧孔口管密封装置，封闭该孔。

11、采取必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测，发现跑泥漏沙水土流失严重引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应立即停止施工，立即注浆，防止沉降影响周围建筑物和地下管线，到没有沉降为止，待地层较稳定后再施工钻孔。

12、加大盐水在冻结管内的流量，采用串并联循环方式，加快冻结管的热交换。

13、用逐步降温的过程，防止冻结管由温度应力造成的开裂。冻结孔每三个串联供液，并根据流量及去回路温差监控冻结器的盐水流量及均匀性，确保冻结帷幕支护可靠。

14、根据监测的测温孔温度计算的各个剖面冻结壁的平均温度，对温度偏高的部位，调整盐水流量予以调控。实现信息化施工，加强冻结壁的监测监控。根据监测情况调控冻结壁强度和变形。

15、加强冻胀与融沉监测，发现冻胀影响到建筑物和地下管线，通过打的卸压孔减小冻胀或打冻结孔加热循环，进行解冻；预留注浆孔，进行跟踪注浆，防止融沉影响周围建筑物和地下管线。

十一、效益分析

自我国采用冻结法施工技术以来，作为一种特殊的施工方法，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的。近年来，城市地下工程施工进入了高峰，复杂的施工环境使一些大型的设备往往束手无测，而冻结法这种仅在施工范围内钻孔就可解决问题简易手段正好有了用武之地，本文归纳其有以下优势：

1、可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，可在地下施工，不占用地面土地，虽加固的费用高出水泥搅拌桩约1/3，但远远低于节省交通组织费用。

2、冻结土体强度高，并可根据施工要求调节不同部位的强度，安全性好。

3、阻水效果较其他方法更有效。

4、是一种环保型工法，对周围环境无任何污染。

2.地铁联络通道冻结法施工技术 篇二

1 工程概况

广州地铁二、八号线延长线工程南浦站—洛溪站区间隧道长920 m,联络通道设置在里程YDK6+829.561处(中心上方为花坛)。联络通道顶部埋深为15.7 m,底部埋深为19.8 m;穿越地层主要为粉细砂层。联络通道上方是粉细砂层、淤泥及杂填土等地层;下方是淤泥质土、硬塑黏土、全风化红岩、强风化红岩等。

洞身上覆土层为粉细砂层,下卧土层为淤泥质土、粉细砂层。联络通道所处地层及隧道上覆地层均为透水地层。由于土层渗透性强,又距离江边较近,故联络通道位置的地下水与三枝香水道有直接水力联系。

联络通道结构如图1所示。

联络通道采用矿山法施工,结构形式为初期支护+二次衬砌。根据施工条件,结合地铁联络通道施工经验,经技术经济比较,拟采用水平孔冻结加固土体、隧道内开挖构筑的施工方案。

2 联络通道施工顺序

考虑到加固地层地下水流动性较强且位于砂层,如果加固效果不理想,在矿山法施工过程中,一旦出现漏水涌砂通道,则有可能淹没隧道。为了保险起见,采取先开挖联络通道、后切割隧道管片的方法,即在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固土层,使联络通道的外围土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土帷幕。地层加固后,在两隧道之间,从地面先施工1个竖井(即准2.5 m的钢护筒)至联络通道位置,然后,使用矿山法开挖联络通道,在联络通道初衬完成后,再切割管片,连通隧道,并施工永久支护。

主要施工顺序为:施工准备→冻结孔钻孔施工(同时安装冻结制冷系统)→安装冻结盐水系统和监测系统→积极冻结(在冻结前进行隧道内壁支撑,即在隧道内联络通道洞口附近进行支撑,其目的是防止在冻结过程中因隧道受冻土力的作用而发生的隧道横向断面变形,从而影响隧道的椭圆度)→探孔试挖→竖井施工→联络通道掘进与临时支护→拆钢管片→联络通道永久支护→必要时进行土层注浆充填。

3 水平冻结设计与施工

3.1 冻结孔布置

根据冻结帷幕设计及联络通道的结构,冻结孔的布置采取从两侧隧道打孔方式进行。冻结孔按上仰、水平、下俯3种角度布置,共布置冻结孔64个,其中设置4个穿透孔。冻结孔施工前,适当调整冻结孔的布置位置,以避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。冻结孔布置展开图及冻结孔剖面布置见图2。

3.2 冻结参数

要求积极冻结盐水温度(-28~-30)℃,冻结孔单孔流量>5 m3/h。冻结帷幕交圈时间43 d,达到设计厚度的时间51 d,积极冻结时间51 d。维护冻结盐水温度为(-25~-28)℃,维护冻结时间为34 d。

3.3 测孔布置

在上、下行线共布置了7个测温孔(其中上行线为C1~C5,下行线为C6~C7,主要位于冻结壁薄弱部位附近),孔深0.75~2.2 m,每个测温孔内布置4~8个测点,各测点均采用数字式温度传感器。在上、下行线各布置冻胀压力测孔1个,压力传感器采用YL-50型振弦式土压力盒;使用时固定在测压管上,测压管下放时打入土体,信号通过屏蔽电缆连出,用CTY-202型频率测试仪采集信号数据。

3.4 制冷设备

选择1台W-YSLGF300Ⅱ型螺杆压缩机组为制冷设备,设计制冷量为102 kW;电动机功率110 kW。选用CaCl2盐水溶液为冷媒剂、氟利昂F-22为制冷剂。

冻结系统辅助设备:1台IS150-125-315型盐水循环泵,流量200 m3/h,电动机功率30 kW。1台IS150-125-315型冷却水循环泵,流量200 m3/h,电动机功率30 kW。2台KST-80型冷却塔,补充新鲜水10 m3/h。

3.5 冻胀控制

为减小冻结施工对主隧道和周围环境的影响,在上、下行线布置4个卸压孔(见图2中X1、X2、X3、X4),采取冻结释压方法控制冻结过程中的冻胀。

3.6 冻结过程

2009年9月21日开机冻结,至2009年11月11日为积极冻结期,共51 d,11月12日~12月15日为维护冻结期,共34 d。

4 监测成果分析

在冻结施工过程中,对冻结盐水温度、冻土温度、隧道变形等方面进行了跟踪监测。

4.1 盐水温度

10月1日盐水温度降至-20℃以下,10月7日降至-25℃以下,10月23日~12月9日,盐水温度基本维持在-28℃以下(见图3)。

4.2 土层温度

1)C5测孔位于隧道钢管片与冻土的交界面位置,2号测点深400 mm,3号测点深700 mm。

2)图4为C5测孔2、3号测点温度随时间变化图。

3)从图4中的C5-3曲线可以看出,在初始冻结期,冻结土体的温度呈线性下降,并处于正温状态。当土体的温度降到(0~-3)℃时,曲线趋于平缓,这是交圈期温度变化的最显著特点。在10月16日(冻结21 d)前后,内部土体冻结壁开始交圈。此后土体进入负降温期,土中仍含有一部分未冻水。随着冻结的继续进行,温度继续下降,土中未冻水含量减少。这段时间内,温度下降梯度变小,特别是土体温度接近供液盐水温度时,温度曲线又开始变平缓。

4)从C5-2曲线可以看出,11月3日(冻结43 d)前后,钢管片与冻土交界面处土体冻结壁才开始交圈。

5)由于混凝土管片和钢管片表面空气对流散热剧烈,故影响了管片附近冻土的发展。这是造成两测点温度变化情况差异的主要原因。

4.3 土体冻胀压力

1)冻胀压力监测结果如图5所示。可以看出,10月31日前后,压力发生突变,迅速增加;11月2日压力达到最大值。主要原因是,突变期内大量的未冻水发生相变,引起土体体积的急剧增长,但土体的变形受到限制,从而引起应力的剧增。

2)10月31日(冻结40 d)前后冻结土体开始交圈,与测温孔监测结果比较接近。在交圈完成后,冻胀压力有所减少。

4.4 隧道变形

为在冻结过程中监测隧道变形,在联络通道两侧25 m范围内布置测点;测点间距为:1~2、11~12为10 m,2~3、10~11为5 m,3~4、4~5、8~9、9~10为3 m,其余为2 m;在隧道顶部与底部布置沉降测点,在圆形横向半圆直径两端布置收敛测点(见图6)。

图7 为隧道沉降随时间变化图,图中正值表示抬升,负则相反;图8为隧道收敛随时间变化图,图中负值表示缩小,正则相反。

隧道变形在冻结初期缓慢发展,且有波动,在交圈期开始迅速发展,在完全交圈前后变形达到最大值,随后开始回落。

5 联络通道施工

2009年11月11日,根据对系统运转、温度场和冻胀压力等因素的综合分析,认为冻结帷幕已经达到设计要求,具备开挖条件;同时观察到隧道内部管片上的结霜情况正常,结霜的范围和轮廓比较均匀,反映出冻结过程正常。11月12日,开始在钢护筒内进行土体开挖。11月25日~12月9日开挖联络通道土体(需用风镐掘进),并及时进行初次衬砌。12月10日,开始打开管片。

6 结语

广州地铁二、八号线延长线工程中,南浦站—洛溪站区间隧道联络通道施工,成功采用了冻结加固技术。与工程同步进行了冻结温度、冻土压力、隧道变形的监测,得到了土体冻结的一些规律,指导了工程施工,证明工程设计及所采取的各种技术措施是可行有效的,保证了冻结工程安全顺利施工。这为水平冻结施工的成功应用积累了宝贵的经验。

针对广州炎热的气候情况,加大保温板厚度,在适当位置布设冷排管,可增强冻结区域管片保温的效果。

参考文献

[1]周晓敏,苏立凡,贺长俊,等.北京地铁隧道冻结法施工[J].岩土工程学报,1999,21(3):319-322.

[2]张水宾,李文勇,朱学银,等.冻结加固技术在上海地铁联络通道施工中的应用[J].岩土工程界,2006,10(2):51-53.

3.地铁联络通道冻结法施工技术 篇三

关键词：冷冻法；联络通道；流速；富水砂层；冻结帷幕

1 工程概况

北京地铁6号线二期玉带河大街站至郝家府站区间，区间于右线K39+50.000设置2#联络通道兼泵站，距离玉带河大街站约790.8m，距离后加会展中心站约500m。2#联络通道中心标高约为

-4.98m，地面标高约为+20.45m，隧道中心间距为15.0m。2#联络通道及泵站正上方为杨坨村前银杏树林。联络通道冻结加固如图1-1所示。

2号联络通道覆土主要为：粉土粘土填土①1层、粉土②层、细中砂②3层、中粗砂⑤1层、细中砂⑦层，围岩稳定性较差，较难形成自然应力拱，施工过程中容易形成坍塌，存在一定的施工安全隐患。开挖范围内为细中砂⑦层：灰黄～灰色，密实，饱和，标贯技术平均值为75，属低压缩性土，局部含粉细砂夹层；联络通道位于现状潜水（二）水位线以下，侧壁围岩土体的再自稳能力差，加上潜水（二）的影响，容易发生涌水涌砂和流土等不良现象，极易发生隧道坍塌。（表1）

2 冻结施工情况

2#联络通道及泵站冻结工程，共布设4个泄压孔，左线X1、X2，右线X3、X4，泄压孔原始压力分别为0.1MPa、0.09MPa、0.1MPa和0.1MPa。到2014年2月9日，积极冻结26天，压力升到0.15MPa、0.14MPa、0.15MPa和0.14MPa。到2014年2月24日，积极冻结41天，压力未发生变化，期间也进行泄压，有持续清水流出，阀门关闭后，压力迅速回升到0.15MPa。

根据冻结壁厚度测算出通道未冻区域方量约133方，由于加强孔距离侧墙冻结约4m，加强孔未能将通道和集水井完全隔开，集水井与通道连通，集水井未冻结区域约20方，推算得到总未冻区约153方。根据地勘资料，该⑦号土层孔隙率约为0.39，活水方量约59.67方。同时参考1#联络通道，泄压孔压力最高也为0.15MPa。并持续泄压，对泄压量及水温进行测量记录。

3月2日开始敞开泄压孔泄压，3月3日左线底部泄压孔X2冻住，同时X1泄压孔流量明显减小，清水带有气体。从3月3日到3月12日一直持续泄压，每天泄压8小时，水流未见减小，泄水总量约30方。由于工期原因，拟增大放水量，故在左右线腰线往下30cm开泄压孔，加大放水。3月13日到3月14日，大量泄压，出水量约为38方，共计泄压量约68方，后停止泄压。2#联络通道及泵站冻结壁基本未交圈，可能有薄弱位置。

3 影响冻结帷幕闭合的原因排查及分析

地铁联络通道冻结法施工过程中，影响冻结帷幕闭合的原因有：

①水文地质资料不准确，冻结加固不稳定含水层时，冻结深度冻结范围不够；

②所冻地层含盐量高，较高的含盐量将使得土层冰点降低、冻土帷幕厚度减小、冻土力学性能降低；

③冻结地层范围内水的流速过大，将地层中冻结管的冷量带走；

④外界因素影响冻土温度升高，使得冻土强度迅速降低，可能导致冻结帷幕部分位置形成漏洞；

⑤外部压力大于冻结帷幕的支护力等。

2#联络通道右线施工探孔6个，对集水井三角区域进行探测，集水井三角区域是否冻实，如集水井冻实，可确定通道某部位薄弱，再对通道可能薄弱区域进行探测，逐步缩小范围。先施工T8探孔，发现集水井处未冻实，随后施工探孔T11，探测冻结壁，发现东侧墙冻结壁在D29处薄弱且涌砂，有明显与外界沟通迹象。

利用钻机打深探孔测温及相关冻结管纵向测温进行分析。此外并对薄弱位置冻结孔D29、D31、D33及右线底部孔D56进行密封性试验检测，检测合格。盐水箱盐水液面稳定，无盐水漏失迹象。2014年3月25日，对西侧墙D29、D31、D33及右线底部D56进行纵向测温，温度随位置变化如图3-1所示。

从温度曲线图可以推断，D29、D31处冻结壁薄弱，薄弱的范围大约沿冻结管方向5-7m，竖向约2-3m。D33、D56处冻结壁基本完好。

根据上海市工程建设规范《圆隧道旁通道冻结法技术规程》（2005），在地层冻结区域内有地下水流速大于5m/d、有集中水流或地下水水位有明显（≥2m/d）波动的情况时，设计中应进行深入分析并采取针对性措施。通过对玉带河大街站～郝家府站区间联络通道地下水流速检测发现，2号联络通道地下水流速远远大于设计的5m/d。

4 针对地下水流速快采取的具体措施

4.1 延长冻结时间

根据理论计算，2号联络通道冻土发展速度平均按20mm/d计算，交圈时间约为20～23天。在45天左右冻结壁厚度发展到2米以上。冻结壁发展示意图如下。（图4-1，4-2）

在45天的基础上，继续进行积极冻结，增加冻结壁发展厚度。

4.2 增加备用冷冻结机组

2号联络通道及泵站冻结总需冷量为7.4×104kcal/h，配备JYSLGF16型冷冻机组一套作为主运转机，7.4×104kcal/h<8.60×104 kcal/h。选择一台套YSLGF16型或相当制冷能力的冷冻机组作为1#联络通道和2#联络通道及泵站共用备用机。将备用机和主运转机同时开启，加大制冷量。

4.3 增加冻结孔

为确保安全及争取工期，主要采取在冻结壁薄弱部位外侧增加冻结孔为主。图4-3中阴影部分为冻结薄弱区，位于联络通道的西北侧，也是水流方向的迎水侧，一共补打8个冻结孔，加快薄弱区域的冻结交圈速度。具体位置如图4-3～图4-6所示。

4.4 辅以在联络通道冻结壁范围内注水化热较小的浆液，降低地下水流速。

在联络通道冻结范围内，局部地下水流速较大，实测达到15m/d，对冻结效果影响较大。为了加速薄弱环节冻结，确保冻结参数达到设计要求，本工程采用了注膨润土措施，并有效地解决了地下水流速过大问题，使地下水流速降到8 m/d。施工过程中调配好膨润土泥浆的稠度，在冻结区域地下水的上游，采用后退式注浆技术，使膨润土尽可能渗入到冻结区域地层中，封堵地层中的孔隙，从而降低地下水在地层中的通过系数，保证了地层冻结效果达到设计要求。

5 结论

①根据冻结帷幕形成机理，结合工程实际出现问题，分析了高水头高流速下富水砂层地质下影响冻结帷幕形成因素以及进行原因排查采用的措施，为今后出现类似工程问题提供依据。

②在高水头高流速富水砂层中，在钻孔时采取二次开孔工艺有效地防止了涌水涌砂风险的发生，为今后富水砂层钻孔施工提供了很好的指导意义。

③探孔是直接观察冻结效果的有效手段，探孔测温是检验冻结帷幕形成效果的重要方法，对工程实践有着重要意义。

④冻结帷幕薄弱区域采用补孔和注膨润土进行冻结加固是修复冻结帷幕的重要方法。

⑤本工程的施工技术研究通过相关控制措施总结出了相关工法施工的重要参数，为北京地区今后采用类似工法施工提供了宝贵的经验。

参考文献：

[1]北京地铁6号线二期玉带河大街站～郝家府站区间1#联络通道施工图[R].2013.7.

[2]王鹏.地铁施工中冻结法地基加固可行性研究[J].城市轨道交通研究，2007.

[3]曾丰姿，李兆平.区间盾构隧道联络通道施工对隧道结构和周围地层安全性影响的研究[J].中国安全科学学报，2006.

[4]陈朝晖，李方政.地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析[J].施工技术，2007，1.

4.冻结施工在地铁中的应用 篇四

闫 磊

关键词：在地下工程施工中，面对软土和含水率高的土质，土体冻结加固技术作为一种封水性好、强度高、复原性好的环保型施工技术在工程中的应用逐渐增加，特别是在煤矿矿井建设中大量应用。目前，在地铁施工领域也大量应用了冻结加固技术。

摘 要：冻结技术 地铁施工 应用

一 技术现状

地层冻结加固技术是一种封水性好、强度高、复原性好的环保型施工技术，在我国矿山凿井领域得到广泛应用。近几年也因为其加固效果好、对地面影响小被城市地下工程广泛接受。随着冻结技术工艺的改进，地层冻结工法在地下工程中逐渐显现竞争力，是解决城市水资源浪费、环境污染和交通干扰的一种新技术，它将对城市地下工程设计和施工带来进步。

盾构法施工已经成为地铁隧道施工的主要工法，盾构法适合长距离、单一断面结构的隧道施工，对地面交通和环境影响小。但盾构法也离不开其他工法的辅助。例如盾构进出洞的工作井、区间联络通道等都需要研究配套的辅助工法施工。

上海地铁2号线的4个旁通道均采用地层水平冻结和暗挖施工，解决了重要建筑物、交通要道和黄浦江下连通道暗挖施工的技术难题。2001年广州地铁纪越区间隧道采用水平冻结施工通过断层带，冻结长度61ｍ也相继成功。目前正在建设中的上海地铁2 号线西延伸段，绝大多数的旁通道地层加固均采用冻结法。地层冻结加固技术为我国的城市隧道施工开创了新的途径。下面分析一下地层冻结应用的技术形式。

二 地层冻结的几种运用形式

2.1工作井垂直孔冻结

垂直孔冻结在矿山竖井施工中是相当成熟的特殊施工技术，既能适合松软流动表土的封水和加固，又能用于风化含水岩层的封水，国内最深的表土冻结深度达到383ｍ。垂直孔地层冻结施工可移植到城市工作竖井施工中，该技术在日本和西欧等发达国家的市政工程应用得较为广泛。其特点是加固强度高，能适应各种复杂的和大直径的竖井或深基坑维护，占用场地小，而且能恢复地层结构。图1是日本某工程的盾构工作井的冻结施工，采用垂直孔冻结施工工作井。在中粉细砂等流动较多地层中，降水、注浆的难度大，采用冻结法较为可靠。工作井采用垂直孔冻结值得推广应用。

图1 日本东京某供水隧道工作井、盾构进出洞垂直孔及水平孔冻结加固

2.2 重要地段和建筑下的水平孔冻结

由于城市交通的繁忙，建筑的拥挤，在地面对隧道采用垂直孔冻结行不通，为此需要在隧道内沿隧道纵向在隧道四周布设近似水平的冻结器。例如1998年在北京地铁“复八线”国贸桥下开展了暗挖隧道水平孔冻结施工技术研究，解决了国贸桥下南隧道拱顶粉细砂层冒顶的技术难题，有效保护了地面国贸立交桥的安全，在隧道一端一次冻结水平长度45ｍ，见照片1和图2。

照片1 北京地铁“复八线”国贸桥下隧道拱顶水平冻结

图2 北京地铁“复八线”国贸桥下隧道拱顶水平冻结 图3是瑞士苏黎世在建筑群下施工隧道，覆盖土层厚度小至6ｍ，在拱顶采用分段的地层冻结加固，确保了在隧道施工期间地面建筑的安全。

图3瑞士苏黎世Ｍｉｌｃｈｂｕｃｋ隧道在建筑群区下隧道拱顶冻结加固

2.3 隧道内的局部冻结施工

目前在地下水位较高的地区，有些隧道设计在地下水的水位。暗挖隧道主要涉及滞水和潜水的处理。对于这种条件，可以先对隧道的上半部分采取普通法施工，利用上半部分隧道的空间对下部采取分段分期局部冻结，多工作面施工。具体工法示意图见图4。

图4 隧道内局部冻结示意图

2.4 车站暗作冻土帷幕施工

在我国，该技术主要应用在北京的一些地铁车站施工，例如在王府井车站。在导洞内施工冻结帷幕墙，利用地表下的粘土隔水层，形成封闭隔水机构，在高强度的冻土结构保护下，进行大跨度的地下车站暗挖施工(图5)。在类似的浅表地层中含有多层隔水层的地区，通过技术创新，可充分发挥冻结法施工自身优势来提高施工技术经济效益。2.5 地下环境的保护

一些辅助工法如注浆和地下连续墙等，在城市地下工事的建设中往往会改变了原始地层和水力分布体系，对环境和水资源造成不利影响，例如造成河断流、泉断涌、区域地层不均匀沉降问题等。由于冻结地层具有复原性能，如在特定地段，采用冻土帷幕，能确保工程施工后地层的恢复，有效保护地下环境。图6是德国Ｄｕｉｓｂｅｒｇ市地铁隧道施工采用地层冻结来保护地层生态环境的施工示意图。

图5 车站导洞暗作冻土帷幕施工方案示意图

图6 冻土和连续墙结合确保地层水流通道示意图

三 在上海盾构隧道施工中的应用实例

盾构法施工隧道能减少对地面干扰，保护水资源，是城市隧道施工主体工法之一。但在盾构进出洞时，往往需要特殊的洞口加固，这是因为进出洞处地层受力复杂、扰动大，此时在盾构的进出洞处5～10ｍ范围内采用冻结加固是适宜的，根据具体条件，既可以采取地面垂直孔冻结（上海轨道交通2号线西延伸段与既有线在中山公园连接，此处的盾构进出洞土体加固即采用了冻结法），又可采取在工作井内的水平冻结，见图1。

盾构隧道施工适合长距离施工。通常在隧道之间设置各种用途的联络通道，由于工程量小，只能采取非盾构方式施工。因此从盾构隧道的系统性来考虑，地层冻结是不可缺少的辅助工法。图7是在上海地铁2号线，在隧道内进行地层冻结加固和暗挖施工。这里举出上海轨道交通2号线西延伸工程V标区间隧道旁通道施工的实例进行说明。

图7 上海地铁2号线旁通道冻结施工布置图

3.1 工程概况

间隧道旁通道位于隧道下行线里程XK4+288.933处，上行线里程SK4+288.892处，旁通道及泵站采取合并建造模式，其结构底部埋深约22.6m。其结构由与隧道管片相接的喇叭口、直墙圆弧拱结构的水平通道及中部矩形集水井三个部分组成。

旁通道所处地层均为第④层灰色淤泥质粘土。该土层具有高压缩性、低强度、灵敏度高、透水性强等特点，在动力作用下易产生流变现象，土体内聚力小、承载力低，无法自稳。考虑地面为道路车流量大，无施工场地。而冻结法加固可以在隧道内钻水平冻结孔进行土体加固，且用冻结法加固土体具有强度高，封水性好，安全可靠。因此决定，采用冻结法在隧道内进行土体加固。3.2 冻结施工 3.2.1 冻结孔施工

根据上海市旁通道冻结孔施工的成功经验，用金刚石取芯钻开孔，跟管钻进法下冻结管。冻结孔开孔前，在布孔范围内打小孔径探孔，探测地层稳定情况。如发现有严重漏水冒泥现象，先进行水泥—水玻璃双液壁后注浆，以提高孔口附近地层稳定性，然后再钻进冻结孔。每个钻孔都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，以防钻进时大量出泥、出水。

针对施工冻结孔时容易产生涌砂涌水现象，应当采用强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进。如发现钻孔泥水流失，及时进行补浆。钻进过程中，应当避开管片的钢筋，不损坏管片结构强度。3.2.2 冻结加固

在施工中冻结过程分为积极冻结和维护冻结两个阶段，积极冻结指开挖前对土体进行强力冻结加固的阶段；维护冻结指在开挖过程中对冻土帷幕进行维护的阶段，以保证施工安全。

在冻结设备安装完毕后应进行调试和试运转。检测盐水温度、测温孔温度和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无压力后再进行正式开挖。

由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，会影响隧道管片附近土层的冻结速度，从而影响冻土帷幕的整体稳定性和封水性。特别是要保证旁通道喇叭口部位冻土帷幕的厚度和强度及与管片的完全胶结，在冻结孔施工端喇叭口部位布置三排孔加强冻结,在对侧隧道布置冷冻板。所有的钢管片的格栅要用砼充填密实，同时管片外面采用PEF板隔热保温，以减少冷量损失，在冻土墙与管片胶结处放置测温点，以加强对冻土墙与管片胶结状况的检测。3.3 开挖

经探孔确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后采用矿山法进行暗挖施工。根据工程结构特点，旁通道开挖掘进采取分区分层方式进行，其施工顺序如图8所示。

图8旁通道开挖顺序图

由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，冻结帷幕承载能力大，因而开挖时（除喇叭口处侧墙和拱顶外）可以采用全断面一次开挖，开挖步距为0.3m～0.5m，通道、集水井开挖步距为0.5m。两端喇叭口处断面较大，为减轻开挖对隧道变形的影响，开挖步距控制为0.3m。3.4 冻结效果

冻结41天后进行开挖，由于冻结管布置合理，形成的冻结帷幕将整个施工区域全部包括。在开挖过程中，由于冻结帷幕的保护，施工能够安全的进行。根据土体开挖过程中的实际观测，在距冻结管2.3米处，土体即成胶状，温度4~6℃，自立性很好。在距冻结管1~1.5米处，土体温度即可达到零下，强度很高，需要用风枪开凿。

四 应用前景分析

每一种工法都有其技术优势和局限。地层冻结法也不例外。推广地层冻结施工不仅需要结合具体条件，而且还应有创造性地开发和利用。

4.1 适应性

将地层冻结作为浅埋暗挖施工的辅助工法，和管棚、小导管注浆等其他配套技术相比，它的优点是施工安全，工期可靠、适应性强,加固强度高、封水性能好,地表的位移小。不足之处是需要扩大面，准备期较长，价格相对较高。

盾构法施工也是地铁区间隧道施工的发展趋势。大规模的盾构施工不但不会削弱地层冻结技术应用优势，相反为地层冻结创造更多机会。因为盾构的进出洞以及区间隧道之间的联络通道是地层冻结的用武之地。和降水、连续墙帷幕相比,它的环保性能好，保护水资源和地层结构,成本也相对较低。

随着地下隧道网络的加密，隧道和隧道的立交、隧道和地面重要建筑、交通要道之间的交叉等问题相继会出现，地层冻结将以其高强度、高安全性等优势,赢得市场份额。4.2 技术持续改进

(1)冻结施工有一整套工序，它包括打钻、安装、积极冻结、维护冻结等,这些工序应有机地纳入地下工事系统中，提高平行作业率，增加作业面，有利于发挥地层冻结的技术优势。

(2)开发适合于地下狭小环境下冻结孔快速施工的全方位钻机，能更有效地布置冻结孔。进一步研究长距离水平孔钻进，提高冻结器铺设的精度和施工速度，有利于大规模、高效能地发挥地层冻结的综合优势。

5.地铁联络通道冻结法施工技术 篇五

地铁隧道的联络通道是两条地铁隧道间用于工程维修、紧急避险以及排水的通道。其排水主要有以下两种形式:①通过联络通道预埋的垂直检修管将水排到地面的市政管道;②通过隧道内连接管将隧道内的水抽排到车站内,与车站排水结合在一起。第①种排水方式是在联络通道暗挖前提前钻孔并预埋检修管。但由于钻孔施工工艺、地质条件等的影响,检修管的垂直度往往得不到保证,等到联络通道开挖时,经常发现检修管底偏离出联络通道结构外,需重新钻孔、重新埋管,不但给联络通道施工带来了质量隐患,也影响了施工进度,造成人力、物力的浪费。本文结合工程实例,介绍一种简易可行的联络通道检修管预埋施工垂直度偏差的测量方法,以便在预埋检修管施工时确定其是否垂直,其管底中心坐标是否在联络通道设计位置上。

1 测量原理

测量原理如图1所示,s是对中器的中心,o是检修管管口平面中心,o’是对中器对准检修管管底中心光源a’时与检修管口平面的交点,a是假设检修管无垂直偏差时的管底中心位置。根据相似三角形原理,可计算检修管管底偏移量,其中so和oo’可以由钢尺量得,sa可以根据钢丝下放长度量测。

2 测量准备与测量步骤

1)联络通道预埋检修管通常为DN250左右的钢管。首先加工如图2所示的封底钢管,封底钢管外径略小于预埋检修管直径,中心焊制一个条形槽,槽内放置光源设备。测量时,将这个封底钢管用钢丝吊放进联络通道预埋检修管内。

2)将加工好的管套装置(见图3)安置在管口,用螺栓扭紧固定,在盖板上贴白纸,打开盖板,利用细线根据两直径相交找出检修管口的圆心。,并将其标注在盖板的白纸上,然后架设脚架和对中器,对中o点,整平对中器。

3)打开管套盖板,调整对中器脚螺旋,使对中器对准检修管底部光源a’(此时无需再整平对中器),合上管套盖板,在白纸上标记出对中器s到光源a'连线在盖板上的投影点o’

4)量取sa、so、oo’的长度,依据算式求出检修管管底中心偏移量aa’

5)根据地面控制点,利用全站仪测量出点。和o’的平面坐标,并以此计算出oo’方向上a’的平面坐标,与管底中心设计坐标比较,以检查检修管管底中心a’是否偏离设计位置。

3 工程实例

广州地铁某隧道正线排水沟内的积水都是通过在联络通道集水井预埋DN250的检修排水管排放至地面市政管道。施做时,首先通过钻机在地面与联络通道集水池之间施做直径300 m·mm的钻孔孔,然后将DN250排水管在钻孔内定位埋设。

1)测量预埋检修排水管的管底垂直度偏差

广州地铁某联络通道集水井预埋检修排水管深18.5m,根据上述原理测量计算检修管管底中心的偏移量结果如表1所示。

(单位:m)

从表1可以看出,联络通道预埋检修管钻孔埋管施工时,垂直度偏差不易得到保证,根据测量数据可计算出平均垂直度i=0.364/18.5≈19.7‰,18.5m的预埋管管底中心偏差约36cm。

2)实际管底偏差与预测管底偏差比较

在联络通道暗挖施工开挖露出预埋管的管底时,根据联系测量隧道导线控制测量的成果,在隧道内用全站仪测量出预埋管管底中心A’点的坐标,根据地面的控制点成果,在地面用全站仪测量出预埋检修管管口中心A点的坐标,并计算AA’偏移量。AA’偏移量与通过利用对中器及灯光测量的偏移量aa’比较如表2所示。

从表2可以看出,在钻孔埋管深度18.5m左右的情况下,联络通道开挖之后用全站仪测量的管底偏移量AA’与开挖之前用灯光测量的偏移量aa’,两者的差值约为5cm,方位偏差约1.971。,对其影响可忽略不计。

4 结语

在联络通道检修管的钻孔施工及埋管过程中,限于钻机钻杆垂直度精度及地质条件的影响,预埋管的垂直度往往难以得到保证。施工过程中,应尽量保证钻孔的垂直度。钻孔完成及设下预埋管后,要及时利用上述灯光测量方法进行预埋检修管垂直度的检测,及时发现管底偏差和偏移的方向,并根据联络通道下部结构设计图纸和施工精度要求,确定是否重新修孔或者重新调整预埋管的钻孔位置,以满足设计要求和保证联络通道的施工质量。

本文所介绍的利用对中器结合灯光测量的方法,可以有效应用于类似工程施工过程中的垂直度偏差测量。

摘要：地铁隧道联络通道集水井与地面连接的排水管,通常在联络通道暗挖施工前在地面钻孔预埋。为保证暗挖联络通道的施工质量及管道垂直度,结合工程实例,介绍一种简易可行的预埋排水管垂直度偏差的测量方法,保证预埋管位置的施工质量。