联络通道冷冻法施工技术

武 鹏

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100018）

1 工程概况

内蒙古体育馆站至内蒙古体育场站区间属于地下双单线区间，内蒙古体育场站是盾构区间的起点，沿着气象局的西巷完成敷设，再转入成吉思汗大街下方，穿过人防之后进入内蒙古体育馆站。整个区间线路左线的平面经内蒙古体育场站，以半径370m曲线出发，之后转成直线，再通过半径1 500m的曲线段，最后转成直线进入内蒙古体育馆站。右线的平面经内蒙古体育场站，以半径360m曲线出发，之后转成直线，再通过半径1 500m的曲线段，最后转成直线进入内蒙古体育馆站。本区间设置1处联络通道和泵房，位于里程DK17＋724.147（左 DK17＋745.263）处，采用冷冻法加固土体施工。

2 冻结加固方案技术要点

1）在隧道内部钻冻结孔，按照设计要求并考虑联络通道的实际结构确定水平成孔还是斜孔，每个钻孔都要配备相应的孔口管，并将对应的密封装置安装在孔口位置，防止在钻探过程中出现大量泥水。在完成每个钻孔后，要及时计算该孔隙流出物的方量。还要综合监测地表沉降数据，完成注浆和其他项目的及时调整。

2）在挖掘联络通道的过程中，冻土帷幕的强度与厚度既要满足各项要求，又要满足设计标准，最关键的是喇叭口处冻结帷幕的厚度，还要做好冻结帷幕与隧道管片之间的连接工作，确保二者具有高度的胶结能力。在此过程中，应同时进行相关配合工作，对冻结帷幕进行调整，使其满足既定的构筑工艺要求。

3）确保左、右隧道管片无限靠近喇叭口侧敷设的保温层和冷管，一定程度上降低冻胀带给隧道的影响。尽量缩短冻结孔和对侧隧道管片之间的距离，并通过加大盐水流量、降低盐水温度、缩小开孔距等措施，加速冻结，在恰当的位置布置好泄压孔，降低土层冻胀带给隧道的影响和压迫。

4）借助泄压孔和测温孔，完成冻土对帷幕形成过程与实际状况的监测，尤其是其与对面隧道管片之间的交接状况。对冻结地层的温度、隧道的变形状况、地层沉降的变形情况等进行实时监测，确保联络通道施工的顺利进行。

5）将注浆孔预埋在联络通道顶部、两侧和底部的混凝土中，如有必要，可在隧道管片上钻注浆孔便于注浆，防止因冻土融沉引发的隧道、联络通道沉降变形和地面沉降。

6）采用自然解冻融沉注浆的方案，对地面不均匀的沉降进行有效控制，从而降低冻融的不利影响。

7）对地表沉降加大监测，及时掌握地表沉降的变化状况，在最大程度上对施工进行指导。

3 冻结法施工技术

3.1 施工工序

围绕冻结孔施工时，应遵循如下工序:定位、开孔→安装孔口管→安装孔口装置→钻孔→测量→孔底部封闭→打压试验。

1）定位、开孔及安装孔口管 按照设计要求确定隧道内部各孔的位置，再完成混凝土管片上的定位并开孔。

2）围绕孔口装置展开安装作业 此部分结构应安装于球阀上，基于提升稳固性的目的，需要使用螺栓和垫片做进一步处理，如图1所示。

图1 孔口密封装置

3）钻孔 按照相关标准和设计要求完成钻机位置的选定、调整和固定，并在孔口装置中装好钻头，然后将1.5寸的阀门接在孔口装置上，并在盘根盒内压实盘根。选用YJ-120型锚固钻机进行作业，先采用干式钻进，当钻进推动过程比较困难且尺寸不再加深时，便可在钻机上部区域进行注水钻进施工，此过程中还应以手动的方式开启小阀门，以便对工程状况进行观察，通过阀门对出浆量进行控制，最大程度上保证地面的安全，避免沉降现象的发生。

4）封闭孔底部 将孔底部用丝堵进行封闭，将丝堵利用长杆安装到孔底部，然后借助反扣的卸扣操作拧紧丝堵。

5）打压试验 当确保孔口封闭无误后，便可向孔内打水，此过程需使用手压泵设备，当压力上升到0.8MPa时停止打压，之后对压力进行记录，当0.5h内不发生改变时便达到了工程要求。

3.2 冻结孔钻进与冻结管设置

1）采用跟管法钻进技术进行冻结管的钻进，能有效减少地层流出物的容量，还能在一定程度上实现对地面沉降的控制。

2）通过丝扣将冻结管进行连接，如有必要可直接焊接，最大程度保证焊接强度和同心度，当冻结管到达设计要求和深度后，需对其端部进行密封处理。

3）在整个钻进过程中，需对孔口倾斜状况进行严密监测，若发现偏斜，要及时采取措施纠正。当冻结管下放到位后，需复测冻结管的长度，最后再借助经纬仪对钻孔的偏斜程度进行测量和绘制。

4）安装冻结管后，需将堵漏材料填充在冻结管与管片之间的缝隙中。

5）施工过程中必须确保冻结孔的体积始终大于土体流失量，否则应及时注浆以控制地层的沉降。

6）将孔两隧道预留口的位置打通，当两隧道预留口之间相对位置的误差＞规定100mm时，需要在确保冻结壁厚度满足要求的前提下调整冻结孔的位置。

7）在完成冻结孔的施工后，要沿着冻结站将5排 45mm无缝钢管制成的冷冻排管敷设在对侧联络通道外围的冻结壁上，各排管间距保证在500mm以上，且按照相关要求密贴在隧道管片上。

4 积极冻结

预计盐水降温曲线如图2所示。按照预计的降温曲线完成盐水降温，禁止以任何规定之外的方式降低盐水温度。就设计要求而言，其积极冻结时间应达到40d，对应的单孔流量至少应达到5m3/h。当时间达到7d后，盐水温度发生了急剧变化，骤降至-18℃；若经过15d，其温度会在该基础上下降6℃；若盐水流量、温度不满足设计要求和相关标准，应按照实际情况对积极冻结的时间进行适当延长。

图2 预计盐水降温曲线

5 维护冻结

在“等到冻结帷幕交圈、与隧道完全胶结、厚度达到设计要求”这3项内容均满足标准要求后，才能进入维护冻结阶段。在维护冻结期间，温度应低于-28℃，而且冻结时间需贯穿整个联络通道挖掘和主体结构施工过程。

6 融沉控制

6.1 原则

当冻结完成3～7d且主体结构中混凝土凝固程度达到设计强度的70%以上时，才能进行充填注浆和融沉注浆作业。需要在施工过程中实时监控土体温度、沉降变化等，以求达到对融沉的最大控制。

6.2 充填注浆

充填注浆最主要的目的是修补和加强衬砌，减少甚至避免衬砌透水的可能性，尽量减少解冻过程中出现冻结壁变形的现象。一般情况下，注浆材料中水泥成分最为重要，水与水泥的配合比控制在1∶（0.8～1.0）范围内。压浆作业需借助结构中预埋管片上原有的注浆孔共同完成，但需确保注浆压力始终小于静水压力。集水井部位的压力≤0.1MPa，同时需严格遵循由上至下的施工顺序。

6.3 融沉注浆

充填注浆完成后才能进行融沉注浆，综合监测反馈的信息后，迅速组织注浆，完成对注浆量的有效控制。双液浆是融沉注浆最主要的浆液，包括水玻璃溶液和水泥浆，水泥浆中水与水泥的混合配比均为1∶1。控制好冻结帷幕两侧的施工时间，二者的注浆作业应同时进行，但注浆压力应控制在0.5MPa以下，且要按照多次少量的原则和自下而上的顺序进行反复注浆并确认，直到达到相关的控制要求，满足设计标准。当地面变形稳定后，融沉注浆才能结束。

7 结语

综上所述，冷冻法是对联络通道土体进行有效加固的最可靠的临时方法，尤其是当空间和场地对施工影响较大时，其能表现出极大的优越性。要在最大程度上保证冷冻法施工的可靠性和安全性，除严格落实施工措施外，还要对整个工程加强监测，对监测到的信息进行综合整理后再判断冻结壁的强度、厚度及冻土帷幕的闭合程度。但融沉问题会在一定程度上受到冻土解冻的影响，所以在使用冷冻法施工后，要加强监测并对发现的各类问题及时解决。总之，冷冻法的工艺具有良好的发展前景，值得推广。