天津地区冷冻法联络通道施工风险识别及应对措施

□文/赵军

天津地区冷冻法联络通道施工风险识别及应对措施

□文/赵军

天津地区联络通道主要采用冷冻法加固，施工期间工程风险较大。施工前应对工程风险等级及风险因素进行解析，提前采取防范措施。通过天津地铁已建2、3号线和在建5、6号线联络通道施工经验并结合联络通道设计施工的特点，对天津地区联络通道施工风险等级划分原则、施工风险因素进行了分析，针对不同阶段的风险因素提出了一些应对措施。

冷冻法；联络通道；风险识别；应对措施

设置于地铁区间隧道中间的联络通道，起到连接两条隧道、集排水、防火及疏散等作用，有时根据工程设计需要同时设置集水井［1］。地铁设计规范中规定两条单线区间隧道应设联络通道，相邻两个联络通道之间的距离不应＞600 m［2］。目前地铁区间隧道长度平均在1 000 m左右，按规范要求均需设置联络通道。

联络通道施工是在两条单线区间隧道完成后进行，需要提前对开挖区域土体进行加固。天津地区属于软土地区，地下水位高，发生渗漏水的风险高，常规搅拌桩、旋喷桩、注浆等加固措施很难达到理想的止水效果，天津地区联络通道主要采用冷冻法加固。冷冻法施工工艺特殊，施工工序复杂，对施工质量要求较高。因此对冷冻法联络通道施工风险进行识别解析，既能在施工过程中对重点环节进行把关，又能提前采取应对措施。

1　冷冻法联络通道施工风险识别

1.1联络通道工程风险等级评估

联络通道工程风险等级评估应综合考虑工程结构特点（结构层数、跨度）、水文地质条件、埋深以及周边环境等因素，根据各因素评估标准分类，采取组合的方法，得出工程风险总体等级，见表1。

表1　天津地区联络通道工程风险等级

1.2联络通道施工风险分解

联络通道施工主要工序包括：冻结孔钻孔、冷冻、开挖及结构浇筑、孔洞封堵、融沉注浆等。各阶段施工工艺不同，却环环相扣，根据各阶段的施工特点，将联络通道施工风险进行分解，见表2。

表2　联络通道施工风险分解

2　冷冻法联络通道施工风险应对措施

总结天津地铁已建2、3号线以及在建5、6号线联络通道施工经验，针对表2中联络通道各阶段施工风险分解情况，分析其产生的主要原因并提出了应对措施。

2.1钻孔阶段

钻孔施工主要包括：测量定位、开孔及安装密封装置、钻机安装并定位、正常钻进、测斜检漏等过程。在富水地层中钻孔时，在地层压力作用下，水砂容易从管片与钻杆间的空隙渗出，造成涌水涌砂事故发生，因此钻孔必须使用二次开孔工艺，见图1。钻进孔和钻出孔施工时孔口必须设置孔口止水装置。首次开孔深（250± 10）mm（管片厚350 mm），孔口管外缠绕麻丝，抹水泥浆。孔口装置安装后，钻孔过程中如果从孔口管与管片外侧涌水涌砂，应立即停止钻进，从旁通管注双液浆封堵。由于钻杆振动容易造成孔口装置松动，甚至脱落，孔口管固定点应不少于5根膨胀螺旋，锚固深度≮60 mm，如钻进过程中仍发生松动，加钢压板用膨胀螺旋固定。

图1　冻结孔开孔及钻孔

2.2冷冻阶段

冷冻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。冷冻阶段主要存在以下风险。

1）盐水渗漏。主要包括主干管渗漏和冷冻管渗漏，主干管渗漏只需暂停盐水循环，待修复后即可重新开始冷冻，而冷冻管发生渗漏使地层含盐量升高，影响冷冻效果。

造成冷冻管渗漏的原因包括冷冻管接缝质量不合格、不同土层冻胀不均使冷冻管断裂。采取的应对措施有冷冻管选用导热和低温性能好的材料，宜采用低碳钢无缝钢管，接头采用螺纹链接和内衬对焊连接，每个冻结孔施工完成后进行打压检漏。冻结过程中，加强盐水液位监测。若发现向土体内渗漏的可能，要迅速查清组号并关闭相应组阀门，向原冷冻管内下套管继续冻结［3］。

2）隧道管片收敛变形过大。随着土体温度的下降，土体将产生冻胀，一旦冻结壁交圈形成一个封闭体后，冻胀将加剧，如果不采取措施，容易引起隧道管片变形。一般采取的措施主要包括设置泄压孔和安装预应力支架。泄压孔设在联络通道中心位置附近，冻结壁交圈后压力上涨，上涨到一定数值后，打开泄压孔，泥水从里面挤出，压力下降，既能观察冻结壁交圈情况，又能起到泄压防止冻胀的作用。预应力支架应在冻结壁交圈前（20 d左右）安装，支点千斤顶应按设计要求施加预应力。

3）冷冻效果未达到设计要求。天津地区联络通道冷冻法设计要求开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交界面处冻结壁平均温度不高于-5℃，其他部位设计冻结壁平均温度≤-10℃。在冻结壁上设测温孔，主要根据测温数据来判断冻结壁效果。

根据现场实际工程经验，冻结孔的施工精度是影响冷冻效果的关键。冻结孔控制因素包括开孔位置、打孔角度、打孔深度、成孔间距等。为了防止打孔误差影响冻结效果，每个冻结孔施工完成后应进行复测，所有冻结孔施工完成后进行成孔间距复核。复核合格后才能进入下一步施工，若复核结果不满足设计要求，应采取补孔等相应措施。

除冻结孔施工精度外，冷冻站的运行情况也直接影响冷冻效果，因此在正式冷冻前，应对主干管路、冷冻站等设备进行检查、调试。

另外对冻结壁与钢管片交接处等薄弱环节应采取保温措施，特别是在夏季施工时，应密贴保温板，防止散热过快。

2.3开挖及结构浇筑阶段

2.3.1冷冻被迫停止

联络通道开挖过程中，可能出现冷冻设备故障、停电等不利情况，一旦冻结停止时间较长，造成冻结壁温度上升，冻土融化，带来很大的工程风险。因此应采取预防措施，开挖之前对冷冻机、电源、管路等进行验收，同时准备好备用设备。

2.3.2开挖通道收敛较大

开挖通道收敛变形较大主要原因是开挖歩距偏大，初期支护不及时造成的。冻结壁交圈后形成冻结帷幕，冻结帷幕具有较好的止水效果，同时承受上部土体的压力，但是上部土压力作用时间较长时，冻土容易产生蠕变，因此开挖后应及时施工初期支护。开挖面从开挖至初喷混凝土不宜超过24 h，开挖面距初期支护断面≯0.8 m。

2.3.3冻结帷幕发生透水事故

联络通道施工过程中以上各个环节没有控制好，都有可能造成冻结帷幕发生透水，一旦发生透水事故，现场应启动应急预案，迅速用备好的砂石料填满已开挖区域，关闭安全防护门。安全门安装时应进行密封打压实验并满足设计要求。安全门关闭后快速拧紧螺旋，然后通过预留阀门向开挖区域充气平衡土水压力，同时对联络通道上部地表及周边环境进行监测，压力达到设计值且监测无异常后，关闭阀门，停止打压。

2.4孔洞封堵阶段

为防止冻结壁融化后地下水从缝隙中渗出，联络通道主体结构浇筑完成后，应对注浆孔、排水管、冻结孔进行有效处置。首先注浆管预埋完毕至注浆前，管口必须处于密封状态；其次排水管应使用不锈钢管，必须与隧道钢管片焊接严密，同时填充对应部位隔仓混凝土；最后冻结孔应先进行填充，填充密实后预留注浆管，然后焊接钢板封堵。

2.5融沉阶段

融沉阶段主要风险是冻结壁融化过程中，联络通道上方土体产生固结引起地表及周边建（构）筑物沉降，而且此阶段持续的时间很长。采取应对措施主要包括融沉注浆和土体加固。

融沉注浆主要是结合地表监测情况，通过预埋注浆管向地层注浆，必要时也可以通过隧道管片吊装孔进行注浆。当联络通道上方环境复杂，对沉降比较敏感时，可以通过地表或隧道内对冻结壁及上方土体进行加固，提高土体强度，降低融沉的影响。

3　结语

冷冻法联络通道施工在天津地区已广泛应用，冷冻形成的冻结帷幕具有较高的强度、良好的止水效果，但是冷冻法施工工艺特殊，工序复杂，对施工精度要求高。从以上分析可以看出，冷冻法联络通道施工各工序环环相扣，钻孔精度影响冷冻效果，冷冻效果影响开挖安全，开挖过程中施工质量直接决定孔洞是否渗漏水。因此，对冷冻法联络通道施工进行全过程风险解析，可以很好地指导施工，大大降低工程风险，减少安全事故的发生。

［1］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，2012，49（3）：161-165.

［2］GB50157—2013，地铁设计规范［S］.

［3］江洪.联络通道冻结法施工风险评估与识别［J］.上海交通大学学报，2011，45（S1）：38-41.

U455.49

C

1008-3197（2016）03-39-03

2016-01-18

赵军/男，1973年出生，高级工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事地铁工程建设管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.013