冻结法地铁联络通道施工风险事故原因分析

侯献语 赵芳芳

摘 要：本文根据冻结法不同施工阶段的主要风险，从风险事故发生机理的角度，分析风险发生的原因，为风险控制措施的制定提供一定的依据。

关键词：联络通道；冻结法；风险原因

1 概述

地铁联络通道一般位于地铁上、下行隧道的中间，常常和集水井、排水泵设置在一起，具有疏散乘客的作用。联络通道施工是地铁施工过程中必不可少的一道工序，施工难度非常大，尤其是在富水的软土地层中，施工中还存在着坍塌、透水的施工危险。施工风险一旦发生，必会造成一定的材料、工期和质量方面的损失，甚至人员伤亡的严重后果。本文主要对冻结法地铁联络通道施工过程中的主要风险的发生原因进行详细的分析。

2 冻结法不同施工阶段风险原因分析

2.1 冻结管施工阶段风险原因分析

（1）涌水 涌砂风险原因。冻结管钻孔时，如土层中的承压水隔水层被击穿， 由于地层压力大，容易引起涌水喷砂；由于孔口密封装量失效，钻孔结束后，未对冻结管与孔口管之间的环形间隙进行双液注浆封堵，或者拆除密封装置前未对冻结管与孔口管之间的环形间隙进行密封焊接，均会引起涌水涌砂；发现涌水喷砂时，如处理不及时，会构成风险很高的施工险情。

（2）管片损伤风险原因。冻结管施工中，在管片上钻孔时由于设计或工人操作不当，对管片造成一定损伤，特别是混凝土管片，会切断管片内的主筋，导致混凝土开裂，甚至围护结构破坏。

（3）冻结管偏斜风险原因。冻结管在施工过程中不可避免会引起偏斜或钻孔精度不够，易造成冻结帷幕交圈延误。

（4）孔口密封装置脱落风险原因。当孔口管缺少植筋、膨胀螺栓与管片连接，或连接数目太少，或锚固深度不够，孔口管鱼鳞扣没有缠绕麻丝并挤紧，孔口装置脱落一般都会引起涌水、涌沙。

2.2 积极冻结施工风险原因分析

（1）冷冻机故障风险原因。冻结期间由于冷冻机故障，没有及时发现和采取相应措施，会造成冻结帷幕薄弱，影响冻结效果甚至发生险情。

（2）冻结管断裂风险原因。冻结管螺纹接头壁厚厚薄不一，接头焊缝质量缺陷和冻结管弯曲，导致冻结管开裂；由于地层复杂，冻胀率不同产生冻胀引起冻结管断裂；冻胀过度，泄压孔失效，冻结帷幕变形过大导致冻结管断裂；冻结管在冻结应力作用下会产生过大蠕变，引起冻结管断裂。冻结管断裂后，盐水流失到地层，会照成局部冻结壁化冻，严重时构成冻结失败。

（3）冻结区域隧道收敛变形大风险原因。冻结过程中随着低温盐水的循环，土体温度下降，将产生一定的冻胀。当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，冻胀力的作用容易引起隧道管片变形。

（4）冻结壁不均匀，冻结效果不好风险原因。由于冻结管存在气堵等原因导致循环不畅，各部分冻结发展速度不平衡、造成局部的凍土帷幕强度不够、冻结壁不均匀；冻结管冷冻液的串联太多或太长，会造成端点的冷量不够而形成局部冻结土的失效；冻结土体周围有暗流水流过，或抽水现象，因水的流动造成冻结冷量的损失，引起冻结帷幕出现薄弱点；主体隧道内空气流动大，温度相对冻土较高，管片表面散热较快，冻土帷幕与管片界面之间由于冻土强度不足造成薄弱点。由于以上原因导致冻结帷幕存在薄弱点，可能会发生流水、流泥砂现象，构成工程风险。

2.3 开挖构筑施工风险原因分析

（1）冻结帷幕收敛变形大风险原因。由于在积极冻结期间，冻结时间过长，使通道完全冻实，或卸压孔失去作用，当通道部分开挖后应力释放，引起冻结帷幕变形；冻结帷幕本身厚度或者强度不足，开挖引起变形；开挖过程中， 存在超挖现象严重， 削弱了冻结帷幕厚度；开挖中线偏离严重；开挖步距太长， 并未进行及时支护。以上原因导致开挖通道收敛变形大或失稳风险。

（2）冻结帷幕透水风险原因。冻结帷幕由于存在薄弱部分，一旦发生透水，将会导致涌水喷砂现象，如处理不及时造成渗漏发展，从而影响冻结壁的稳定性，或直接构成工程事故。

（3）拆模过早风险。联络通道衬砌施工时，如混凝土拆模过早，会导致混凝土衬砌产生裂缝，从而渗漏水，轻则影响下一步施工，严重将影响在运营阶段联络通道和主体隧道的稳定和安全。

（4）开挖时停止冻结较长风险。开挖期间停止冻结24小时内一般无太大问题，超过24小时，会导致冻土帷幕恶化，需采取进一步措施对开挖面进行保护，或采取其他措施保持冻土的温度避免冻土体化冻变形。

（5）地层缺陷风险。该风险是指土层中可能存在沼气包和水窝等地层缺陷，会导致冻土帷幕中形成空洞或冰体，造成冻土帷幕的局部缺陷，开挖时由于冻土帷幕“天窗”导致透水事故的发生，从而引起开挖施工困难，开挖时间延长，施工工序复杂。

（6）管片失稳风险原因。由于开挖前拆除部分管片，使管片环丧失完整性，造成主体隧道开口处出现较大应力集中，导致管片的变形过大甚至失稳。

2.4 融沉注浆施工风险原因分析

（1）冻胀原因。水结冰后体积增大 9%，冻结土体产生冻胀现象，对周围土体产生压力，即为冻胀力。土层冻结时会引起水分向冻结面迁移，随着水分不断迁移，冰的体积会不断增加，冻胀量也会不断增加，当然冻胀力也会不断增加，由于冻胀力会导致地面隆起。

（2）融沉原因。冻土融沉的一个原因是冻结施工完成后，冻结土体温度升高，冻土融化，冰融化成水，体积缩小，构成了融化沉降。另一个原因是由于冻土中低温盐水产生冰晶时的劈裂作用，以及冻结过程中发生的复杂物理化学过程，使土体的渗透性显著增加，在融解过程中容易造成水分流失，故土体在重力和上覆荷载压力的作用下要产生排水固结沉降，由于这两个原因将导致地面及地上建筑物的沉降，导致地下管线发生断裂。

（3）涌砂冒泥风险原因。在粉砂地层中，如联络通道开挖构筑完成后，各个冻结管同时停冻，并未及时割除冻结管，由于冻土的融化，将会导致割除冻结管时出现涌砂冒泥风险。

3 结论

本文分别针对地铁联络通道冻结法施工过程中的冻结管施工、积极冻结、开挖构筑和融沉注浆四个阶段的各种易发风险，从风险事故发生机理的角度，分析了各种风险发生的原因，为风险控制措施的制定提供了一定的工程依据，进而达到降低风险的目的，对工程的顺利进行具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]张一宁.地铁旁通道（泵站）和冻结法施工风险分析与建议[D].上海：城市道桥与防洪，2010.

[2]刘训华.复杂地层越江隧道联络通道冻结施工风险分析[D].北京：现代城市轨道交通，2011.