联络通道冷冻法加固施工信息化施工监测

侯鹰鹏，王 敏，宋生阳

（中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710000）

1 工程概况

1.1 设计内容

佛山地铁2号线登花区间1#联络通道及泵房左、右行线位置里程分别为ZDK40+444.514、YDK40+457.5，隧道中线间距13.051m。联络通道所在位置的拱顶平均埋深21.539m。联络通道已进行过水泥系加固，设计采用水平冻结法辅助加固地层，用暗挖法施工。

1.2 工程环境

1#联络通道及泵房位于佛陈公路与新村西路交叉口下方，西侧靠近文登河公路，与联络通道中心水平距离约11.5m，北侧为文登河，河岸与联络通道中心水平距离约37m，周围为小区及商业建构筑物。

1.3 工程地质及水文地质

登花1#联络通道及泵房施工影响范围内的土层主要为<3-1>粉细砂、<7-1>强风化泥岩、<8-1>中风化泥岩，根据地质柱状图，1#联络通道及泵房处地层起伏较大。

拟建区间地表水有一条文登河，其宽约7m，深度约2m，流向为自西往东，在ZCK40+240m和YCK40+180m处与隧道相交。

根据其赋存介质的类型，场地地下水主要有两种类型：（1）第四系地层中的松散岩类孔隙水。孔隙水主要赋存于第四系全新统海陆交互相层淤泥质粉细砂<2-2>和淤泥质中粗砂<2-3>以及第四系上更新统和全新统冲积-洪积层粉细砂（地层代号3-1）、中粗砂（地层代号3-2）中，水量丰富，为区间主要地下含水层，局部地段因受上下相对隔水层的阻隔，略具承压性。（2）基岩裂隙水。主要赋存于强、中等风化带中，具有微承压性，但由于基岩裂隙发育无规律且不均匀，且岩石裂隙多不贯通，相比砂层含水量小得多。

2 冻结帷幕监测

2.1 钻孔施工监测

钻孔深度和钻孔偏斜度是钻孔施工的重点检测项目。

（1）监测目的：加快冻结壁形成速度，从而缩短工期。

（2）监测方法：钻进施工过程中严格控制垂直、水平冻结孔的深度、偏斜。对于垂直冻结孔，应保持高度警惕，具体要求如下：①钻孔过程中，应每10m对钻杆进行测量纠偏，确保垂直度。②位于隧道顶部及周围的孔位，钻进至距孔底2m时应先停止钻进并进行测斜，确定实际的孔位即按该轨迹的最终孔位后方可继续钻进，测量队、工程部对该过程进行监控。③在钻进至最后2m时应控制减慢钻进速度（尤其是最后1m需特别注意），以防破坏管片，碰到异物、硬物时应立即停钻，分析是否触碰到管片，若无触碰异物、硬物，最终按照设计到达隧道顶5cm处停止钻进，最后“理论上的5cm”依靠下方冻结管顶进。若在左线隧道上方钻孔，应有人员在隧道内进行盯守，与地面保持联系。④钻孔偏斜控制。开孔时，确保开孔方位；钻孔时，每10m测量钻杆偏斜1次，对偏斜较大的孔进行重钻，确保终孔最大偏斜≤0.5%。打孔完成后，对所有孔位进行测斜，测量队使用测斜管进行测斜复核，最后将核对的最终数据报至工程部进行分析，确定孔位成孔偏差，偏差较大时需进行补孔。

（3）监测成果：整理数据后，按实际孔位绘出冻结壁交圈图，并分析是否需要补孔。

2.2 冻结系统监测

施工现场通过冻结施工过程中反馈的信息，完善设计和指导施工，并判断冻结壁的厚度是否达到设计标准。因地质条件的不可预测性及施工的过程的可变性，设计过程中未全面考虑到，应通过现场实时监测完善施工技术措施。施工现场以监测数据为参考点调整冻结施工参数，保证冻结壁的形成质量。检测内容包括如下四个方面。

（1）测温孔温度及地下水水位、水温监测。①测温孔温度监测。在开机冻结前，通过测温孔测量原始地温数据，并每天对测温孔温度变化进行监测，为开机后测温孔数据提供比较参数，把控地层冻结温度变化规律。②水位、水温监测。开机冻结前测量原始水位、水温，把控地下水静止水位标高及水温，为冻结过程中的水位、水温变化提供比较依据。

（2）冻结系统运转参数监测。①监测目的：通过对冻结系统中的制冷剂、盐水以及冷却水系统中的温度、压力等进行监测，分析运转指标的适用性，以确保制冷效率。②监测方法：通过安设压力计、测温元件等于循环管路中，实现运转过程中各指标的监测。③监测频次：从冻结运转的全过程，对3大循环系统及运转设备进行连续监测。④监测结果：技术人员利用各项运转参数记录冷冻设备运转记录表，积极冻结加固测温、测压记录表等。

（3）盐水温度、流量、冻结器回路监测。①监测目的：及时了解冻结器运转工作情况，监测冻结器堵塞情况保证供给冻结器足够的制冷量，确保冻结壁的形成。通过对盐水箱水位和温度变化的分析和监测，及时掌握和控制盐水系统运转的情况，避免发生盐水漏失现象。②监测方法及频次。盐水温度监测：在去回路盐水干管上，配集液圈头、尾部安设测温点，在冻结器上的去回路安设温度计，测量盐水去回路总温差和各冻结器去回路温差，反映冻结器运转情况。监测频次为盐水干管温度、支管温度、各冻结器温度每日监测一次。盐水流量监测：安装流量检测系统，随时对每个冻结器盐水流量进行监测，且每个冻结器均设置流量阀门，保证冻结器畅通并保持流量基本均匀。盐水箱水位监测：在盐水箱安装液位显示器，随时观察液位变化，监测并分析盐水漏失情况。③监测结果：技术人员对各项监测数据进行整理分析，并绘制盐水温度变化曲线图，分析制冷效果的影响因素。

（4）冻结温度场监测。①监测目的：随时掌握冻结壁的发展状况，了解其厚度、平均温度、强度及冻结壁形成规律，判断通道是否满足开挖条件和正确指导开挖及支护施工。②监测方法：设置测温孔，孔内布温度传感器，采用单总线温度集成系统对温度场自动检测，实现自动测温数据采集、储存。③传感器布置：测温孔内传感器布置原则为对各阶段根据设计要求布置的测温点和结合现场成孔情况补设的测温孔内布置测温传感器，需着重在管片与冻土帷幕交界面设置相应的温度传感器。传感器的布置应具有代表性、可参考性，可以用于判断帷幕发展的厚度。④监测频次：从积极冻结开始直到冻结施工完毕。在积极冻结过程中，每24h监测1次；在维护冻结开挖过程中，每12h监测1次。⑤监测结果：通过温度数据与地层冻结温度对比，利用三维模拟软件模拟冻结壁形成情况。

2.3 冻结壁监测

（1）冻结帷幕内外侧测温孔温度，每个深测温孔设2～6个测点，分别布置在靠近隧道管片处、测温管中部和测温管头部；每个浅测温孔设2～3个测点，分别布置在靠近隧道管片处、测温管头部。测量频度为1次/d。

（2）设置泄压管，并在管口安装压力表用以监测未冻土空隙水压力变化。测量频度为1次/d，可根据实际情况加测。

（3）开挖后冻结帷幕温度，开挖时使用点温计测量开挖工作面冻土或未冻土的表面温度，1次/d，或每一个开挖循环1次。

2.4 自动化测温系统

目前，项目可配备自动化测温系统，将各种温度传感器的信息集成后，可以综合反映监测信息，具有方便、准确、高效的优点，实现“测温孔、盐水进回水温度、清水进回路温度、环境温度”等内容的集成。

3 隧道、联络通道、地面及建构筑物变形监测

3.1 监测内容

监测内容包括以下五方面：（1）盾构隧道垂直位移监测；（2）盾构隧道的水平收敛变形监测；（3）地表沉降监测；（4）地面管线的变形监测；（5）邻近建构筑物垂直位移监测。

3.2 监测点埋设与监测方法

（1）沉降监测。建立水准测量监测网，按《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308—2017）Ⅱ级要求用精密水准仪配合钢尺测量[1]。地表沉降监测点可根据不同地表结构类型与结构进行材料选择。如混凝土地面一般采用地表钻孔式，钻孔至原状土后植入钢筋，回填土压实，确保钢筋头与地面低2～5cm，防止机械碾压破坏；对于土质地面，则直接打入钢筋，钢筋头露出地表2～5cm，做好标志。周边构筑物河堤沉降监测，监测点直接用电锤在构筑物墙顶上打孔并将观测标志用植筋胶固定牢固。测试方法按《城市轨道交通工程测量规范》Ⅱ级要求施测，每次测量时直接用基准水准点引测，采用二等水准加中间点测量，确保精度。

（2）管片结构净空收敛和竖向位移。采用收敛计进行隧道净空收敛监测，通过监测布设于隧道周边上的两个监测点之间的距离，求出与上次收敛计量测值之间的净空变化量，该数据即为此处两监测点方向的净空变化值。每个监测断面在拱顶、拱底、两侧拱腰处布设监测点，水平竖向布设两条收敛线，拱顶、拱底的净空收敛监测点可兼作竖向位移监测点。监测点安装后进行3次独立观测，且3次独立观测较差应小于标称精度的2倍，观测结果应取3次独立观测读数的平均值。管片结构竖向位移采用电子水准仪加正尺和倒尺测量。

（3）管线监测。管线的竖向位移监测点应布设在地下管线的节点、转角点、位移变化敏感或预测变形较大的部位。由于施工场地周边道路下的管线均需随施工布局进行改迁改排，管线监测点也需根据管线具体改迁情况布设。该部位全部采用间接点法，在地下管线相应上方钻孔取混凝土芯，埋入直径25mm的钢筋固定，通过测试钢筋顶的变形情况确定管线所在位置土体变形，进而确定管线的变形情况。联络通道开挖过程中，隧道管片变形监测范围为联络通道两侧隧道管片各50m。

4 结束语

通过对联络通道冷冻法施工进行信息化施工监测，对监测数据收集及整理分析，判断冷冻冻结施工过程中影响冻结的因素。同时指导现场施工并及时调整施工指标，提前采取对应的工程措施，优化施工方案，进行信息化施工，保证施工的安全性及可控性，防止事故的发生，保证工程顺利进行。