灰岩区富水砂层联络通道远距离冷冻法加固技术应用

马维亮

中铁济南工程建设监理有限公司 山东济南 250000

1 工程概况

广州市轨道交通八号线北延段工程石井站-亭岗站盾构区间隧道采用盾构法施工，设置两个联络通道，其中2#联络通道位于YDK28+300.000处，左、右线隧道中心线间距13m，隧道埋深为10.65m[1]。其上部地层自上而下分别为<1-1>素填土，<4N-1>粉质粘土、<3-2>中粗砂、<9c-2>微风化灰岩，联络通道开挖范围内地质主要为<3-2>中粗砂，底部少量为<9c-2>微风化灰岩。该联络通道位于交通主干道下方，且上方存在多种市政管线，受限于复杂的地面条件，遂采取水平冻结加固冷冻法施工，同时由于左、右线盾构均处于正常掘进中，为避免影响盾构施工，冻结加固过程中将冷冻站放置于车站中板上，距离联络通道位置约550m。

2 施工流程

2.1 冻结孔施工

本联络通道共施工冻结孔数53个（左线42个，右线11个），钻孔的偏斜均控制在设计范围之内，测温孔9个（右线3个，左线6个），泄压孔上、下行线各2个，深度为2～3米不等。在冻结孔开始施工前，现场就堆放一定数量的应急抢险物资，以应对可能出现的突发状况。由于交叉作业期间电瓶车通行，应急抢险物资应有序至隧道两侧，保障电瓶车行驶通畅。

2.2 冷冻站及管路安装

由于需在左、右线盾构掘进过程中完成联络通道施工，只能将冻结站房设置在始发端车站的中板上，设置两套冷冻机组，约占地120㎡。隧道内采用A133mm＊4.5mm无缝管输送冷媒至联络通道加固区域。管路采用法兰连接，隧道内的盐水干管用管架敷设在隧道走道对侧管片斜坡上，注意不能影响隧道内轨道电瓶车通行，对所有的管路加强保温，以减少热量损失。

2.3 内支撑及安全门安装

在冻结加固前，需在联络通道洞口处隧道管片开口环中不开口部位附近两侧管片上施工内壁支撑，均匀设置8个支撑点隧道支架（支撑点的支撑能力不小于500KN/点）[2]。由于隧道中轨道电瓶车仍在继续运送出渣，因此需特别注意安装内支撑要保留足够的净空，以保证轨道电瓶车安全运行。

2.4 冻结加固

冻结站联机调试合格后并且保温层（包括所有管路、左右线联络通道侧管片）施工完毕，具备开冻条件后，向相关单位提交开冻申请，批准后方可正式开始冻结施工。冻结施工分为两个阶段：积极冻结期和维护冻结期。在本联络通道施工过程中，积极冻结期盐水温度控制在-28--30℃之间，维护冻结期盐水温度控制在-25--28℃之间。

2.5 冻结效果分析

冻结18天后盐水温度达到-28℃以下，至冻结第45天，冻结帷幕最薄有效厚度为2058mm，冻土平均温度-10.2℃，测得去回路温差为1.1℃，在联络通道洞门中心施工探孔，无砂、水涌出现象，组织专家对冷冻效果进行论证，认为冻结效果较好，满足开挖条件。开挖及结构施工与普通冻结法基本一致，本文不再赘述，本联络通道从冻结加固至结构完成合计用时约80天。

2.6 监测

监测贯穿于整个联络通道施工过程中，地表、管线、建构筑物监测数据表现为钻孔施工阶段略有沉降，其中，地表、管线、建构筑物最大沉降值分别为 -8.72mm、-3.61mm、-1.34mm，主要原因分析可能为富水砂层中含水量较大钻孔过程中造成一定水土流失，冻结加固过程中，随着冻结时间的增长，地表及管线呈现一定的隆起现象，冻结体解冻过程中，地表及管线、建构筑物有一定下沉，通过跟踪补充注浆填充，最终保证了监测数据在控制值范围内，整个施工过程中，地表、管线、建构筑物最终最大变化值分别为-13.98mm、-2.84mm、-2.35mm，均在控制值范围内。施工过程中，隧道变形均在控制值范围，左、右线隧道拱顶最大沉降分别为-4.36mm、-3.74mm，左、右线最大收敛分别为 -0.5mm、-1.9mm。

3 远距离冻结法的优劣

参数：将冷冻站放置于始发车站中板上，相关的制冷参数与冷冻站放置于隧道内基本一致，且由于空间场地大，利于设备产生热气的向外界排放，制冷效果较好。

成本：远距离供冷冻结法施工过程中增加了盐水管路的长度，本次约增加了约1100米A133mm＊4.5mm的无缝钢管，该部分钢管、法兰配件及保温材料花费约15万左右，安拆人工费约1万元，合计额外花费16万元，钢管及保温材料后续可以进行转场循环利用，故基本可以考虑只花费了人工安拆费；整个制冷过程中由于盐水管路输送距离长，所需盐水量增加约15m³左右，同时运输过程中冷量损失稍大，造成需多制冷时间为5天，外加开挖及结构施工期间交叉施工影响时间2天，约造成制冷成本增加2万元左右；因此，在不考虑材料循环使用的前提下，远距离供冷冻结法施工较冻结站设置于隧道内，施工成本增加约18万元左右。

工期：远距离供冷冻结法整个施工过程中，对盾构施工基本无影响（本工点因地质原因，单线每天掘进3环），这样较之盾构隧道洞通后进行联络通道施工来说，在不考虑融沉注浆的情况下就可以节约工期约80-5-2=73天左右，可极大的节省工期和管理成本。

安全：由于联络通道与盾构掘进交叉施工，加大了安全管理的难度，需保证各种管路、内支撑不影响电瓶车正常行驶，应急物资、施工材料机具有序堆放在隧道两侧轨道范围之外[3]。本工程在联络通道处安装了联络电话，与盾构施工建立了联动机制，可以直接联系盾构操作室、地面井口、调度室，能准确掌握电瓶车的进出时间，安排专人协调指挥作业人员进行避让，保证了施工安全。

其他：由于冷冻区与冷冻站间距离较远，造成制冷过程中，不利于及时发现问题和解决问题，需要增加额外1名人员定期对管路进行巡查及检修。