某地铁联络通道采用“冷冻法”施工方案优化成本的比较与探讨

0 引言

地铁项目在施工过程中，除工程自身结构的安全风险外，外部环境风险的管理也是工程建设的重要内容，由于西安历史环境较为特殊，在建设规划、可研、初步设计等项目前期阶段建设外部环境是一个不得不谨慎考虑的问题，一旦发生问题将会造成非常严重的社会影响，因此这已引起社会各界的广泛关注。

目前，西安地区范围内城市地铁施工工法及经验丰富，区间主要采用盾构法施工，其联络通道一般采用传统浅埋暗挖法，但由于历史文化古迹和征地拆迁等外部建设环境的影响导致对联络通道的原设计方案进行优化调整。

鉴于此，以在建某地铁项目联络通道工程为背景，通过技术和费用对比分析，由冷冻法替代传统浅埋暗挖法可为后续类似工程提供技术可行性和费用对比的支撑。

1 工程概况

项目2#联络通道兼废水泵房位于小镇站~旺站盾构区间K25+148.351处，采用浅埋暗挖法施工。该联络通道长6.8m，宽3.7m，高4.82m，废水泵房处高7.065m。初支设计参数采用“超前小导管＋格栅钢架＋钢筋网片＋锁脚锚管＋喷砼C25”，设计参数如图1所示。

图1 联络通道兼废水泵设计参数图

2 水文地质概况

2#联络通道兼泵房中心里程为K25+148.500（联络通道底板埋深30.22m、废水泵房底板埋深33.26m，洞身范围地层主要为2-5-3中砂、3-4-2粉质粘土，地下水位于联络通道拱顶以上10.7m。场地内地层为：地表分布有厚薄不均的全新统人工填土、黄土状土、粉质黏土及砂土层，再下为上更新统冲积粉质黏土、砂土层。含水层主要为第四系全新统及上更新统砂土，地区潜水补给来源主要来大气降水入渗、地下水侧向径流补给。本地区潜水的排泄方式主要为径流排泄、人工开采、蒸发等，地下水年水位变幅2～3m。

3 技术方案对比分析

3.1 原设计方案

本项目联络通道兼废水泵房，位于旺村下方，原设计采用浅埋暗挖法施工；地下水位处于拱顶以上10.7m，加固方式采用洞内全断面注浆法加固并辅以降水施工。

3.2 技术方案更改原因

由于旺村有历史遗留古迹无法按期迁移，导致此处联络通道降水井无法按原设计施做，严重制约施工工期。

3.3 现条件下原技术方案的劣势分析

如采用原设计洞内全断面注浆法加固并辅以降水施工的方案，在无降水工况下，一是无法创建无水作业环境；二是加固效果难以保障，可能产生漏水、漏沙；三是地面历史古迹对沉降量要求较高，有破坏建筑结构的风险；四是在洞内有水条件下施工，有效工期无法保障。

3.4 “冷冻法”的技术优势分析

该联络通道地层设计开挖后有效冻土厚度大于2.6m，符合“冷冻法”地层厚度要求，通过利用水文地质检测手段分析，相关水体流速等参数均适合冷冻法施工。其优点为：①冷冻法能够创造在无水条件施工，确保洞内安全可控。②加工效果明显，利用冻结温度传感器可检测可观测，冷冻技术成熟稳定。③冷冻法施做只从洞内着手，影响范围小，对地面无显著影响，符合现阶段保护要求。④冷冻法施工冻结时间有明确的规范要求，施工工期可控。

冻结范围如图2所示。

图2 冷冻法冻结范围图

采用全断面注浆加固辅以降水措施施工比冷冻法施工，由于降水井抽取地下水降水，地下水位较高，要达到降水效果，势必采取大功率，多布置降水井措施降水，可能造成地面沉降，甚至塌陷。如降水效果不好，在联络通道开挖过程中，也可能造成涌水、涌泥的事故，而采用冷冻法施工，将通道周围土体冷冻成一个硬壳，起到隔水，且保护左右，开挖风险大大降低，由此看出，采用冷冻法施工风险低，整体可控。

4 工期对比

变更前根据下发的节点倒排工期8月25日开始地面降水井施工，该联络通道区间盾构8月14日已贯通，由于地面民房未拆，导致联络通道施工目前已滞后43天，已无法按照节点工期完成。

变更后冷冻法施工10月15日开始施工，历时132天完成联络通道施工，2022年2月23日完成，能够满足全线轨道铺设完成节点。

冷冻法施工联络通道132天完成，按照原设计方案施工联络通道127天完成，工期仅增加5天，但冷冻法施工工期较为稳定，工期可控，洞内深孔注浆施工，施工风险不可预见性强，工期不可控。

4.1 变更前工期计划

全断面注浆加固辅以降水措施：降水井打设15天，开挖前60天开始降水施工，注浆加固需要12天，开挖及初支施工需要20天，二衬防水及二衬施工需要20天，工期总计127天。具体见表1。

表1 全断面注浆加固法区间联络通道施工工期计划

4.2 变更后工期计划

冷冻法施工：单线钻孔25天，同时安装冷冻站，钻孔完调试冷冻站7天，积极冷冻天数一般45天，开挖带泵房45天；冷冻站退场和封孔10天，融沉注浆看地层和沉降监测数据，工期共计132天。具体见表2。

表2 冷冻法施工区间联络通道施工工期计划

由工期计划对比可以看出，在风险可控的条件下，采用全断面注浆加固辅以降水措施施工比冷冻法施工提前5天，工期时间基本持平。

5 变更工程量、预估投资费用增减

①原设计采用井点降水合同费用41.5万元，全断面注浆加固合同费用153万元，超前支护及注浆费用3万元，取费取税后合计费用216万元，详见表3。

表3 区间联络通道井点降水注浆加固合同费用计算表

②采用冷冻法加固变更设计，采用浙江省城市轨道交通预算定额（2018版），城市轨道交通冻结法设计施工技术规程（城市轨道交通冻结法设计施工技术规程）及施工图中采用的相关施工规范及规定，并根据联络通道采用冷冻法施工具体变更设计图纸，按照冻结平台制作、安装与拆除；冷冻固结土体；融沉注浆钻孔；融沉注浆冻结监测系统安装、监控与拆除等分部分项预算，取费取税后费用合计196万元，详见表4。

表4 联络通道采用冷冻法固结费用计算表

③相比全断面注浆加固施工冷冻法施工工程费用较原合同减少费用约20万。

由此看出，采用全断面注浆加固辅以降水措施施工比冷冻法施工经济上更具有优势。

6 结语

综上所述，通过施工工艺对比、施工风险分析、工期对比、经济技术比较，在富水地段的砂层条件下采用“全断面注浆法加固”并辅以降水施工联络通道，不如“冷冻法”施工具有优势。冷冻法施工工艺成熟且较简单、风险可控、工期可控，具有经济效益明显，同时采用冻结法对环境不造成影响，是一种“绿色”工法，对于这类地层具有不可替代的效果，有着巨大的经济效益和社会效益。