探究地铁车站冷冻暗挖隧道防水施工技术

李彦风

摘  要：随着我国地铁事业的发展，地铁工程对隧道施工技术的要求越来越高。基于此，文章分析了冷冻法施工原理，从地质预报及资料核实、冷冻法施工要点、初期防护施工、开挖及支护与防水关系、规避混凝土衬砌裂缝等方面，探析了地铁车站冷冻暗挖隧道防水施工技术。权作引玉之论，为相关研究提供参考。

关键词：地铁车站;冷冻法;隧道施工;防水技术

中图分类号：U231.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）11-0154-02

Abstract： With the development of subway industry in our country， there ishigher and higher requirement for tunnel construction technology in subway engineering. Based on this， this paper analyzes the construction principle of freezing method， from the aspects of geological prediction and data verification， key points of freezing method construction， initial protection construction， relationship between excavation and support and waterproofing， avoidance of concrete lining cracks， etc. This paper probes into the waterproof construction technology of frozen undercut tunnel in subway station， in order to provides a reference for related research.

Keywords： subway station; freezing method; tunnel construction; waterproof technology

在地铁工程中，隧道防水施工直接关系工程成败。在地铁隧道施工中，隧道渗漏水是较为常见的质量通病，也是相关研究者亟待深入解决的问题。在地铁车站隧道施工中，若采用冷冻暗挖隧道防水施工技术，就需要针对工程特点，结合当地水文地质情况，选择适当的防水措施，以规避竣工后隧道内部出现渗漏水问题，促进隧道运营管理及后期维护。

1 冷冻法施工原理

在我国地铁工程中，冷冻法施工技术的应用日益广泛。在该技术应用初期，尚且存在造价较高的情况，然而随着地铁事业的发展，施工过程中所面临的复杂地质情况越来越多，如隧道内含有大量的含水层粘土、卵石、淤泥等，故而冷冻法施工技术得以推广。在此期间，我国科技飞速发展，冷冻法施工技术的造价逐渐降低，相关技术应用日益便利。探析冷冻施工原理，即是在地层中钻孔，其后埋入盐水，并采用人工制冷手段，使不稳定的含水围岩结构，逐渐冻结成刚度性强、封闭性好的冻结壁层。究其原因，就在于冻结壁层可有效保证施工地层的稳定性，并起到隔离水层的作用。在实际施工中，探析冷冻法施工技术应用，一般情况会采用水平冷冻及垂直冷冻方式。在地铁隧道施工中，若地下含水层高于10%，此种情况下就必须应用冷冻法施工技术[1]。同时，在实际施工中，冷冻法施工技术的应用，对施工专业度的要求较高，需要针对周围土体结构，科学设计加固土層。因此，对于施工单位而言，应选择专业的施工团队进行地铁隧道的施工作业。在地铁隧道施工中，探析一般施工流程，即为提出开挖申请、相关部门审核、确定设计位置、冻结孔施工、回流量控制等。此外，在实际施工中，施工人员可在钻孔操作后，采用埋设冻结管方式，促进循环冷媒的快速形成，使周围地层迅速降温并冻结，并形成一个系统的冻结帷幕，保证隧道施工的安全性。

2 地铁车站冷冻暗挖隧道防水施工技术应用

2.1 地质预报及资料核实

在地铁隧道施工中，通常情况下暗挖隧道周围的施工条件较为复杂，即隧道往往处于交通要道或是建筑物之下，同时开挖施工所要求的断面较大，进而增加了工程施工风险。因此，在实际施工中，施工单位应考量实际情况，采用切实可靠的施工技术措施，以保证连接通道的施工安全。在此期间，对于施工单位而言，应明确地质预报及资料核实工作的重要性，并将该工作贯穿于整个隧道施工过程中。经过地铁隧道施工实践，在隧道开挖过程中，相应的围岩条件往往区别于勘探设计资料，若不能有效解决该问题，很有可能诱发突发性灾害，如涌泥、涌水等，使施工人员措手不及，进而影响工程进度、投资及安全。因此，在地铁隧道施工中，相应支护参数的设计，应切实符合实际的围岩条件，有效规避突发性事件的发生。例如，在冷冻法施工中，相关人员应做好地质预报及资料的核实工作，切实保证施工安全。

2.2 冷冻法施工要点

关于科学把控冷冻法施工要点，应从冻结施工条件、冻结壁设计、检测仪表安装、冻结施工检测、冻结孔施工等方面分析，具体可参考以下内容：

第一，冻结施工条件。在实际施工中，部分隧道顶板处于冲击-洪积砂层中，且含水量较大，应进行冻结加固设计。同时，在整条隧道中，探析相应围岩条件，即该隧道处于花岗岩硬塑-竖塑状砾质粘土及花岗岩可塑状砾质黏土中。由此，在隧道开挖施工中，针对该土层的冻涨性能、蠕变、强度、冻结发展等，应增强关注力度，并采取相应的预备措施。

第二，冻结壁设计。在隧道冻结壁设计中，相关设计应考量开挖区形状，并保证两者的相似性，使冻结壁具备承载力，并实现开挖区的均匀进入。此外，在冻结段前部，若冻结时间较长，冻结壁将大量扩入开挖区。由此，针对以上问题，相关人员应做好冻结孔设计，将之布置为放射状结构。

第三，检测仪表安装。在冷冻法施工中，对于冻结要求，应具备可靠性高的特点。同时，在冻结管路系统设计中，应考量便于施工、控制及维护的要求。在冻结管路系统中，应安装检测仪表，对温度、流量、压力等状态参数进行测量，并做好控制阀门设计，对冻结系统的运行实行监控，进而提升该系统的可靠性。

第四，冻结施工检测。在实际施工中，施工人员应依据冻结孔的偏斜情况，选择适当位置，做好测温孔的布设工作。其后，在测量地层温度变化的基础上，有机结合冻结温度场的模拟计算，对冻结壁的扩张情况进行预报及判断。在封闭冻结壁层面，应将水文观测及泄压孔设置其内侧。由此，针对冻结壁内侧地层，就可测量相应的水压变化，进而判断是否存在交圈情况。

第五，冻结孔施工。在冻结孔施工中，施工人员应在开孔前，于布孔范围内打若干小钻孔，以明确地层稳定情况。在此过程中，若出现漏水冒砂问题，应采用化学浆液或是水泥-水玻璃双液壁注浆方式，提升钻孔附近地层的稳定性，随之执行冻结孔钻进操作。在钻孔中都设有孔口管，并做好钻孔密封装置的安装工作，以规避钻进过程中出现大量出水出砂情况。在冻结孔施工完毕后，应将钢板焊接在孔口管管口，以规避钻孔孔口存在漏水问题。

2.3 初期防护施工

在隧道防水施工中，施工人员应注重初期防护施工，提高喷射混凝土的密实度，进而提升其防水能力。在初期支护施工中，若产生渗漏水，不仅会影响防水隔离层的铺设，还会影响二次衬砌混凝土的施工质量，进而导致结构防水施工以失败告终。因此，在初期支护施工中，施工人员应在防水隔离层铺设前，做好渗漏水的仿作施工工序[2]。在实际施工中，探析主要技术措施，应包括受喷面清理、外加剂选择、漏水地段处理等层面的施工技术。具体而言，所谓受喷面清理，即是在喷射混凝土施工前，施工人员应认真清理受喷面，保证围岩与喷射混凝土始终处于密贴状态。所谓外加剂选择，即是施工应选择适当的外加剂，进而增强喷射混凝土的防水能力。所谓漏水地段处理，即是在初期支护施工中，对于支护表面的漏水地段，应采取适当的处理方式，如表面封堵处理、回填注浆处理等，进而规避地下水的渗漏问题。

2.4 开挖及支护与防水关系

关于开挖及支护与防水关系，应从隧道开挖施工、格栅钢架安装、喷射混凝土、仰拱部位施工等方面分析，具体可参考以下内容：

第一，隧道开挖施工。在实际施工中，若隧道拱顶处于软弱地段，应采用小导管注浆方式，做好超前支护、预先加固、防水措施，有效规避围岩坍塌情况。同时，针对小导管的角度、位置、间距、注浆参数等，应进行严格控制，并重视注浆压力及封堵措施。

第二，格栅钢架安装。在初期防护施工中，格栅钢架的安装质量，直接关系支护的形位尺寸及受力条件。因此，对于螺栓连接质量，应进行严格控制，并把握好内净空尺寸、高程、中线等关键问题。

第三，喷射混凝土。在格栅钢架安装前，应进行第一次喷凝土喷射作业，进而封闭围岩表面，保证钢架背后保护层的厚度。在混凝土喷射作业中，应对准格栅钢架的钢筋空间，掌握好喷射方向及喷射点，有效规避混凝土空洞问题，进而提升初期支护的防水性能。

其四，仰拱部位施工。在仰拱部位施工中，该部位较容易出现造泥及积水问题，应在喷射混凝土前，做好泥浆清除及积水疏干操作，坚持自上而下的喷施操作，自觉规避带水喷射作业。

2.5 规避混凝土衬砌裂缝

在隧道防水施工中，防水混凝土受水泥水化熱影响，其体积会产生膨胀或收缩现象，加之二衬混凝土受到初期支护及混凝土内部的约束力，就会导致衬砌裂缝的产生。同时，在实际施工中，若初期支护及围岩并未稳定，在此情况下过早的进行二次衬砌，也会引发衬砌裂缝问题。在隧道防水施工中，探析主要技术措施，应包括监控测量、防水隔离层铺设、采用钢筋混凝土、配套作业等层面的施工技术。所谓监控测量，即是施工人员采用监控测量手段，确认初级支护处于稳定状态，随之执行二次衬砌施工[3]。所谓防水隔离层铺设，即是通过防水隔离层的铺设，有效规避二衬防水混凝土产生裂缝。所谓采用钢筋混凝土，即是在二次衬砌施工中，采用钢筋混凝土，不仅可以增强结构的耐久性，还能有效防止衬砌裂缝的产生。所谓配套作业，即是在隧道拱墙衬砌施工中，施工人员应配备混凝土输送泵及穿行式衬砌钢膜台车，进行全断面配套作业，增强施工的机械化属性，确保二次衬砌混凝土的施工质量。

3 结束语

综上所述，在地铁隧道施工中，施工单位考量当地水文地质条件，并在此基础上进行施工材料、施工管理、施工工艺的科学规划。在冷冻法施工中，引排水标准应参考当地水文地质资料及地面周围环境。在施工条件恶劣区间，冷冻法施工要领，应把握好初期支护作业及二次衬砌施工。同时，施工管理质量关系工程防水质量，驻地监理应加强监理力度，健全管理制度。

参考文献：

[1]彭智勇.运营条件下盾构区间扩建地铁车站关键结构力学状态研究[D].北京交通大学，2016.

[2]李淑.基于变形控制的北京地铁车站深基坑设计方法研究[D].北京交通大学，2013.

[3]吴占瑞.盾构扩挖地铁车站地层与建筑物变形规律及控制研究[D].西南交通大学，2013.

[4]周正宇.地铁邻近既有桥梁施工影响分析及主动防护研究[D].北京交通大学，2012.

[5]郑建国.土岩组合地层大跨度浅埋暗挖车站施工环境效应研究[D].中国海洋大学，2011.

[6]余宏亮.基于工程图纸的地铁车站施工安全风险自动识别研究[D].华中科技大学，2011.