地铁联络通道的冻结施工

来勇峰

【摘要】结合某城市地铁区间冻结法施工的联络通道，对联络通道及泵站施工工艺流程、冻结设计等方面进行了介绍。通过对盐水温度、盐水去回路温差、盐水流量等的监测数据，对监测成果进行了分析研究，同时对冻结壁平均温度进行了计算，得出冻结设计满足施工要求的结论，本工程可为今后联通通道的设计与施工提供一定的参考。

【关键词】地铁 联络通道 冻结

0 前言

冻结法施工是岩土工程中的一种辅助手段，1883年首次在凿井工程中应用并获成功，之后便在世界各国市政工程中都有广泛应用。水平冻结方法是在含水不稳定的地层中打设冻结管，利用低温盐水的循环，降低地层中的温度，将天然岩土变为冻土，形成完整性好、强度高、封水效果好、整体支护性能强的临时冻结加固体，从而在其保护下进行开挖和衬砌[1-3]。我国于1997年第一次将冻结该技术应用于北京地铁隧道施工中[4，5]，随后在上海、天津、南京等地铁施工中也成功的应用水平冻结法加固地层[6-8]。随着今后我国地铁建设的大规模展开，人工冻结加固地层方法将会有广泛的应用前景。

1、工程概况

某城市地铁区间联络通道及泵房工程。联络通道处地面标高为+2.30m，中心标高分别为-17.178m（左线），-17.262m（右线），联络通道结构覆土为18.063m，属于深埋联络通道。左、右线隧道中心距20.382m。联络通道兼泵站采用洞内水平冻结加固。联络通道为直墙圆拱型结构，泵房为矩形结构。联络通道设计净宽为2.5米，净高为2.75米，泵房深度2.64米，长4.5米。采用二次支护方式，初期支护采用300mm厚C25喷射混凝土，二次衬砌采用厚度400mmC35模筑防水混凝土，抗渗等级为P10。通道结构层底部埋设两根直径200mm球墨铸铁管连接左右线隧道与泵房。

2、水文、地质情况

根据勘探资料显示，本区间联络通道自上而下左线位于⑧1层粉质粘土、⑨1层粉质粘土；右线位于⑧1层粉质粘土、⑧2-1砂质粉土、⑧2-2层粉砂、⑨1层粉质粘土。

3、联络通道及泵站施工工艺流程

4、冻结设计

区间联络通道采用“隧道内钻孔，冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方法。

冻结壁设计

（1） 冻土强度的设计指标为：单轴抗压3.6Mpa，抗折2.0Mpa，抗剪1.5Mpa（-10℃）；

（2）设计的冻结壁的有效厚度为2.0m，喇叭口处为1.5m，平均温度为-10℃。

冻结孔及冷冻排管布置

（1） 冻结孔数共計66个（左线隧道51个包括4个透孔、右线隧道15个）。

（2） 冻结站对侧隧道沿通道外围冻结壁敷设5排冷冻排管，排管间距为500mm。

测温孔、泄压孔布置

（1）为了准确掌握冻结温度场变化情况，设置9个测温孔监测冻结壁厚度、冻结壁平均温度、冻结壁与隧道管片界面温度和开挖区附近地层冻结情况。

（2）为准确判断冻结壁是否交圈，并释放减少土层水土冻胀压力，在联络通道非冻结处各布置2个泄压孔，共计4个。

联络通道兼泵房冻结孔立面透视图

冻结施工主要施工参数

序号 参数名称 单 位 数量 备注

1 冻结壁设计厚度 m 2.0 喇叭口处1.5m

2 冻结壁平均温度 ℃ ≤-10 冻结壁与管片交界面≤-5℃

3 最低盐水温度 ℃ -28～-30 冻结7天达-18℃以下

4 单孔盐水流量 m3/h 5

5 积极冻结时间 天 ≥50

6 冻结孔个数 个 66

7 冻结孔开孔误差 mm ≤100

8 冻结孔允许偏斜 mm ≤150

9 冻结管总长度 m 787.9

10 冷冻排管总长度 m 140

11 测温孔 个 9

12 泄压孔 个 4

13 注浆孔 个 73

5、冻结效果分析

（1）盐水温度

设计7天盐水温度降至-18℃以下，15天盐水温度降至-24℃以下，开挖时盐水温度降至-28℃以下。实际7天盐水温度降至-19℃，15天盐水温度降至-28℃，25天盐水温度降至-30℃，冻结50天的盐水温度保持在-30℃左右。详见冻结监测数据总表及盐水温度变化曲线图。

（2）盐水去回路温差

设计冻结开挖时去回路盐水温差不大于2℃。实测盐水去回路温差在1℃左右。

（3）盐水流量

盐水系统66个冻结孔共分19组盐水进出回路，实测总流量为100m3/h，单孔盐水流量达到5.3m3/h，充分保证冻结器的冻结效果。

表1 冻结孔发展速度一览便（最慢计）

孔号 与最近冻结管的距离（mm） 降到0°天数（d） 发展速度（mm/d）

C1 340 11 31

C2 1130 30 38

C3 1139 19 71

C4 661 17 39

C5 663 13 51

C6 1034 39 27

C7 790 19 42

C8 991 20 50

C9 593 20 30

1）根据以上资料，得出冻土发展速度为约27mm/d，按此发展速度计算48天的冻结圆柱发展半径为r2=27mm×48=1.3m，可以得出通道已交圈，冻结壁厚度为2.6米。

2）冻结壁平均温度计算

取冻土的最慢发展速度为保守取值，冻土最慢发展速度为27mm/d（C6测温孔）计算。

（3） tc=toc+0.25 tn

式中： toc 按零度边界线计算的冻结壁平均温度℃ tc-冻结壁平均温度 ℃

tb-盐水温度，-30℃ l-冻结孔间距 1.292m

E-冻结壁厚度，2.39m tn-井帮冻结帷幕温度， -3.3℃。

经计算：冻结壁平均温度为-10.04℃。

由以上分析可知，冻结48天后，联络通道冻结壁厚度达到设计要求，冻结壁平均温度达到设计要求。

参考文献：

[1] 陈瑞杰， 程国栋， 李述训. 人工地层冻结应用研究进展和展望[J]. 岩土工程学报， 2000， 22（1）： 40-44.

[2] 陈明雄， 郭荣根， 刘霆. 冻结技术在地铁及隧道工程中的应用[J] . 解放军理工大学学报， 2003， 4（6）：9-72.

[3] 耿 萍， 晏启祥， 何川，等. 隧道水平冻结施工过程的数值模拟[J]. 工程力学，2010，27（5）：122-126.

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

[5] 周晓敏， 王梦恕， 陶龙光，等. 北京地铁隧道水平冻结和暗挖施工模型试验与实测研究[J]. 岩土工程学报， 2003， 11（6）： 676-679.

[6] 岳丰田， 张水宾， 仇培云，等. 地铁联络通道冻结加固技术研究[J]. 地下空间与工程学报， 2006， 2（8）： 1341-1345.