地铁联络通道冻结法施工的风险点及应急措施研究

刘小鹏

摘 要 本文在广泛阅读相关文献的基础上，理论结合工程实际，从冻结法的工法原理入手，对冻结法地铁隧道联络通道施工关键工序的风险点进行了分析，并针对施工过程中的风险管控及应急处置进行了阐述。

关键词 冻结法;联络通道;风险;应急措施

1工法原理

1.1 冻结法工法原理

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。冻结壁是一种临时支护结构，永久支护形成后，停止冻结，冻结壁融化。

冷冻系统分为三大循环系统，由冷媒剂循环、制冷循环和冷却水循环组成。

1.2 地铁联络通道冻结法施工的基本工序

本文以“隧道内冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的地铁盾构区间联络通道施工方案为例来说明其施工工序：施工准备→冻结孔施工（同时安装冻结制冷系统，盐水系统和监测系统）→进行隧道支撑→积极冻结→探孔试挖→联络通道掘进与初期支护→联络通道永久支护结构充填注浆→进行自然解冻融沉注浆充填→撤场[1]。

2关键工序施工的风险分析

2.1 钻孔施工

钻孔过程中应充分考虑工程的地质情况及施工环境，冻结孔施工工艺不严格，易造成孔口涌水、涌沙，进而引起地面的沉降;冻结孔施工质量同时也直接影响到冻土帷幕质量，进而成为开挖施工安全风险控制的关键因素。

2.2 冻结施工

冻结过程中产生冻胀，进而对隧道结构的产生影响。所谓冻胀是由于冻结过程中土中原有的水结冰体积膨胀，未冻结的水分迁移向冻结面富集，水分相对集中，最终使土体积膨胀。根据国内冻结法的实测资料统计，含蒙脱土、高岭土等膨胀性土层，受冻结压力影响较大。由于冻结工法特点，冻胀会对隧道结构造成一定的影响，使隧道产生冻胀变形，较大的冻胀变形，还可能会造成联络通道结构的渗漏;冻土结构和隧道两侧管片胶结强度不够造成接触面漏水。

2.3 开挖施工

施工过程中的停电、机器发生故障使冻结机组停止运转超过规定时限，冻结过程中断;开挖过程由于冻结帷幕局部薄弱漏水、漏砂等情况。

3风险管控及应急处置

3.1 风险管控的技术措施

（1）根据以往联络通道冻结孔施工的成功经验，用金刚石取芯钻在管片上开孔，在未开透管片的情况下安装孔口密封装置，并采取跟管钻进法下放冻结管，以防钻进时大量涌水、涌砂。

（2） 由于管片容易散热，会影响隧道管片附近土层的冻结效果，从而影响冻结帷幕的整体稳定性和封水性。在开冻前管片外敷保温层，以减少冷量损失。

（3）在联络通道两端布设卸压孔，冻胀压力过大时，及时释放压力，以减小土层冻胀对隧道的影响。

（4）加强对冻结帷幕的检测。在冻结帷幕内布置测温孔，以便正确判断冻结帷幕是否交圈和测定冻结帷幕厚度。冻结管末端近隧道管片附近土层的冻结情况为控制整个联络通道冻结帷幕安全的关键。需在沿冻结帷幕四周布置测温孔，以全面监测冻结帷幕的形成过程。

（5）冻结交圈前在隧道内安装预应力支架，以防打开预留管片时隧道变形和破坏。

（6）在开挖过程中及时监测冻结帷幕变形和开挖面温度，如遇冻结帷幕有明显变形，立即用钢支架支撑，调整开挖构筑工艺，并同时加强冻结。

（7）在联络通道衬砌中预埋压浆管，采用注浆方式以补偿土层融沉，注浆应配合冻结帷幕融化过程进行[2]。

3.2 应急处置

（1）钻孔施工过程中涌水涌砂应急措施。正式开孔前，施工现场准备足够的水泥等注浆材料和注浆设备。应急材料准备好后再用小孔径钻孔检查地层稳定性，如有严重涌砂冒水现象，采取注浆堵漏措施;在取芯开孔后，安装带填料密封盒的孔口管，通过管侧的旁路阀门，防止孔口喷砂。若出现大量涌砂，也可通过此旁路阀门对地层注浆，必要时用木塞封堵钻杆管口;为防止开孔及钻进期间涌水、涌砂现象的发生，采取加大钻机推力，强行顶入套管等措施，必要时采取压紧孔口管密封装置，封闭该孔。

（2）冻结施工施工过程中冷冻机停机预案。机器本身故障引起的停机：由于冷冻机具有自动保护装置，当机组运行参数超出规定范围时，自动保护装置动作，引起停机，这种情况在故障排除之后可继续运转;但如果因停电、停水等外界因素引起的停机，立即与供电方联系、协调，同时起用备用电源。

无论何种原因引起的停机情况发生，在开挖时应停止掘进，并及时对暴露的冻土进行保温支护，同时加强冻土的量测。密切观察冻土的变形、温度的变化，万一发生流砂、流水或位移变形超值现象，要封闭工作面直至关闭安全应急门。可分两步考虑，第一步如果流砂、流水现象不连续，具有间断性或帷幕位移不超值，可以采取堆土法或加强支架加背板，调整开挖步距来处理;第二步如果流砂，流水或位移变形超值现象特别严重，以上处理方式已无法处置现场情况，安全风险持续加剧，那么就要封闭工作面，其主要措施就是采用堆土法或关闭安全应急门，然后进行注浆处理。

（3）开挖施工过程中突发涌水、涌砂应急措施。开挖时，隧道内配备黏土袋和砂袋，当出现涌水、砂等情况时，用砂袋和黏土袋压住出水点，封闭通道，并分析原因，制订针对性措施;开挖面有水渗出时，立即停止施工，同时对渗水点进行处理。如果出水量小，利用快干水泥或注入聚氨酯封堵;当出现无法控制的突发局面时，关闭防护门。

（4）停水、停电应急措施。在积极冻结期间突然停电，冻结帷幕不会很快融化，对冻结效果影响也不大;如停电时间较长，应增加积极冻结时间，直到冻结帷幕完全交圈为止。如在开挖期间突然停电，立即停止掘进，启用备用电源，并把暴露的土体用保温材料完全覆盖，进行保温，检查停电原因。

冻结补充水每天补充一次，断水24小时一般不影响冻结;冻结时保证清水箱充满水，另外在停水后，可以从别处运水补充至清水箱或应提前考虑相应的蓄水设施，紧急时抽水至清水箱，保证冻结系统的正常运转。

（5）跟踪注浆应急措施。充填注浆一方面是控制地层和隧道沉降，另一方面可弥补融沉的重要措施，利用隧道既有的注浆孔对管片顶部、底口和喇叭口部位进行注浆，同时在结构层施工过程中，按设计预埋注浆管。结构层施工完毕并达到一定强度，进行充填注浆，注浆控制至地层或隧道不出现沉降或沉降量符合有关规定为止。后期还应根据检测反馈的信息进行跟踪注浆[3]。

4结束语

地铁隧道联络通道多位于市区，交通繁忙、人口密集，地上建筑、地下管线众多，施工条件复杂，环境要求严格，如果不能保证冻结施工的质量，不能控制地层的变形，将会造成工期延长、费用增加，甚至成型隧道、地表建筑物和地下管线损坏的后果，危害施工安全，影响城市运行，导致人员伤亡和经济损失。本文从冻结法原理入手，分析关键工序的风险点，并对施工过程中的风险管控及应急处置进行了阐述，为后续类似工程的项目管理提供参考。

参考文献

[1] 张潮潮.人工凍土冻胀特性及冻结法施工关键技术研究[D].合肥：安徽理工大学，2017.

[2] 陈湘生.地层冻结法[M].北京：人民交通出版社，2013：51.

[3] 汪涛.地铁联络通道水平冻结法施工技术[J].四川建材，2016，42（2）：232-236.