超长线间距地铁联络通道冻结法施工技术

王晓伟 魏林

摘要：本文针对武汉地铁8号线一期宏塔区间联络通道的特性，阐述了冻结法在超长线间距联络通道的设计施工流程，在武汉地铁有史以来实属首例，结合本工程实例，介绍了冷冻法在在超长线间距联络通道中的具体应用及注意事项，为类似工程施工提供思路。

关键词：超长;线间距;联络通道;冻结法;施工技术

1.工程概况

武汉市轨道交通8号线一期工程宏图大道站～塔子湖站区间出宏图大道站以后，下穿金银潭大道，进入宏图大道，然后沿宏图大道敷设，先后下穿既有轨道交通3号线区间隧道、盘龙立交桥、黄潭湖、张公堤、三环线，沿塔子湖东路进入塔子湖站。区间与盘龙立交桥并行长度约800m。区间设计全长1610.07m。共设置两座联络通道和一座废水泵房，其中1#联络通道与泵房合建，里程为左DK2+460.1（右DK2+469.7），线间距长25.86m，采用冻结法加固。

1#联络通道兼泵房地勘资料，自上至下地层依次为1-1杂填土，1-2素填土，3-1黏土，7-2粉质粘土，7-3粉质粘土夹粉土，8-1粉细砂混砾卵石，15a-1强风化含粉砂泥岩。联络通道主要位于7-3和8-1层，泵房深入15a-1层。联络通道埋深19.5m。拟建场地地下水类型主要可分为上层滞水、碎屑岩裂隙水、岩溶裂隙水和孔隙承压水四种类型。孔隙承压水主要赋存于场地下部（4）、（5）、（8）、（9）单元层砂类土中。地下水对混凝土结构不具腐蚀性。

2.冻结法施工原则及参数

采用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”全隧道内施工方案，即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕。在冻土中采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。

宏塔区间1#联络通道冻结孔的布置采取双面隧道布孔。布置冻结孔总数105个，其中左线54个，右线51个。冻结总长度1219.650m;在通道中部设置6个穿透孔，供对侧隧道冷冻管提供冷量。布置4个卸压孔，14个测温孔，目的主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施。

宏塔区间1#联络通道兼泵房设计积极冻结时间为45～50天。冻结孔单孔盐水流量按冻结孔串联长度确定，采用5～7m³/h;积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下;积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，开挖时盐水温度降至-28℃以下，去、回路盐水温差不大于2℃;如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，延长积极冻结时间，保证达到设计的冻结壁厚度及温度。宏塔区间冻结法设计参数如下表。

3.施工流程及工艺方法

3.1 施工工艺流程

联络通道施工可分为冻结孔施工、冻结施工和开挖构筑施工三个主要部分，主体结构完成后，还要及时地进行壁后充填和融沉控制的注浆工作。具体的施工顺序安排如图3所示。

3.2 施工工艺及方法

3.2.1 冻结孔施工

因宏塔区间线间距长达25.86m，对于冻结孔施工精度控制要求较高，如成孔过程中出现偏孔将影响冻结壁形成，针对冻结孔施工采取以下几点措施：

（1）在钻孔施工期间，必须保证孔口密封装置的有效性，加强对孔口管的固定，至少固定4个点，使孔口管与隧道管片连接在一起，减少在钻进过程中偏差。（见下图）

（2）冻结孔开孔前安装好孔口密封、防喷装置，安装完毕确认无误后，再进行开孔钻进。（见下图）

（3）透孔施工：根据冻结孔的布置，施工穿透孔时，在φ89mm冻结管前配置φ94mm锥体，再配上φ89mm岩心管一段，长度L≥65cm，并配φ91mm金刚石取芯钻头，在下管过程中，一旦钻头触及对面洞壁，马上改用回转钻进工艺钻进，用清水冷却钻头，开始按取芯的有关规定操作钻机。

工艺方法为：先慢速旋转低压钻进，转速控制在100rpm左右，同时钻进压力控制在1.0Mpa左右，防止钻头打滑错位，造成跑位，待进尺5～10cm后，采用正常取芯钻进，直至打穿对面管片。在钻具触及对面管片，提前派人到对面隧道处作好穿透面的封堵准备工作，一旦钻头穿透管片，立刻封孔。

3.2.2 钻孔精度保证措施

（1）准确定出开孔孔位、方向，并在隧道两帮布点，采用拉线方法校验、控制冻结孔方向。

（2）在开始钻进或下入冻结管时，反复检查钻杆或冻结管的方位与倾角，确保孔口段冻结管方位满足设计要求。

（3）对于深度较大的冻结孔，开孔段预设0.5°～1°的上仰角。

（4）在冻结管对接时，保证同心度，减少钻头对土体的扰动，减少钻孔偏差。

3.2.3 冻结施工

宏塔区间1#联络通道冻结站选用LSLGF500型螺杆机组及TBS1100.2JT型螺杆机组各1台套（2套冷冻机组分别为隧道左、右线的冻结孔供冷），备用LSLGF500型螺杆机组1台套。LSLGF500型螺杆机组单台机组设计工况制冷量为8.6×104 Kcal/h，TBS1100.2JT型螺桿机组单台机组设计工况制冷量为23.0×104 Kcal/h满足联络通道的制冷需求。盐水循环泵：IS200-150-315型及TPW125-200A各1台，盐水循环泵的流量为200m3/h，功率30KW/h。冷却水循环：TPW125-160A型离心泵1台，每台泵的额定流量120m3/h，功率22KW/h。冷却系统：采用冷却塔冷却，在隧道内安置4个冷却塔。供液管选用Φ48×3.5钢管，采用焊接连接。盐水干管和集、配液圈选用Φ140×3mm无缝钢管。冷却水管选用Φ140×3mm无缝钢管。

冻结站布置根据现场施工环境，拟将冻结站安装在区间隧道内，靠近联络通道的位置，站内设备主要包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。

盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为20mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用20mm厚的保温板或棉絮保温。联络通道两侧管片保温：由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，为加强冻结帷幕与管片胶结，将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。

3.2.4 积极冻结

设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。冻结系统运转正常后进入积极冻结。宏塔区间1#联络通道积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去回路温差不大于2℃;开挖前盐水温度降至-28℃以下。如盐水温度、盐水流量及土体测温的实际情况达不到设计要求，应延长积极冻结时间。

实际宏塔区间1#联络通道积极冻结第7天，去路盐水-21.2℃，回路盐水-18.6℃，积极冻结第15天，去路盐水-25.8℃，回路盐水-24.4℃，冻结32天（去路盐水-30.3℃，回路盐水-29.2℃），冻结效果良好。

3.2.5 冻结效果分析

根据《旁通道冻结法技术规程》冻结效果的分析主要可以从冻结帷幕厚度的确定及冻土平均温度两个方面来分析。

（1）冻结帷幕厚度

1）测温孔温度分析

1#联络通道兼泵房测温孔共施工15个。测温孔内均设3个测温点，现取C1～C10测温孔资料分析冻结发展速度。

冻结20天左线泄压孔压力上涨到0.18Mpa，进行泄压。至目前左右线泄压孔压力为0Mpa。

2）冻结发展速度和冻结帷幕厚度的確定

通过以上资料分析，1#联络通道兼泵房冻土最慢发展速度为33.7mm/d。以最慢发展速度到冻结45天计算冻土发展半径r=1515.79mm。以最慢发展速度计算冻土发展半径r=1515.79mm，按冻结发展半径1515.79mm作图，得出有效最薄冻结帷幕厚度为2405mm，有效最薄冻结帷幕厚度为2945.62mm，因此冻结帷幕厚度均已满足设计2.0米的要求。

在积极冻结过程中，根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后，可进入维护冻结阶段。维护冻结期温度为不低于-25℃，冻结时间贯穿联络通道及泵房开挖和主体结构施工始终。

3.2.6 开挖施工

联络通道经探孔确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后采用矿山法进行暗挖施工。根据工程结构特点，联络通道开挖掘进采取分区分层方式进行，并在开挖前进行超前探测，如无泥水流出，进行土方开挖施工。土体加固后，具有一定的强度，具有一定的承载能力，因而开挖时可以采用全断面一次开挖，通道开挖步距控制在0.5m～0.8m。开挖断面超挖不大于30mm，开挖中心线偏差不大于20mm。根据工程结构特点开挖采用短段掘砌技术，开挖步距按设计钢支架间距控制，应及时成环减少冻结壁暴露时间。

3.2.7 结构施工

联络通道结构分为初支和二衬结构，初支结构采用钢筋网片加喷射混凝土进行支护。二衬结构施工采用定制钢模板，立模采用16#槽钢制作的碹骨作为模板支撑，碹骨间距900～1200mm，碹骨立设于已浇底板砼面上，碹骨底脚处加型钢横撑，以防浇砼时侧墙内移，碹骨脚底加垫一层厚20mm的木板防止骨腿下沉。碹骨按中腰线安设并做到牢固可靠。通道顶板内的混凝土浇筑采用分段浇筑的施工方式，因隧道内长距离运输和结构浇筑时间长，可在混凝土内加入一定量的缓凝剂。采用小型输送泵浇筑混凝土，采用外部震捣（即用附着式振动器震捣），以提高工作效率，确保砌筑质量。

3.2.8 融沉注浆

充填注浆结束5～7天开始融沉补偿注浆，并结合地层沉降监测情况调整注浆频率，利用结构施工时预埋的注浆管进行融沉补偿注浆，必要时利用联络通道及泵房两侧隧道管片注浆孔进行注浆。融沉补偿注浆遵循少量、多次、均匀的原则。融沉注浆持续时间一般为2个月，实际工期以监测数据稳定性确定是否继续注浆。融沉补偿注浆材料水泥水玻璃双液浆。当一天内联络通道及泵房沉降大于0.5mm，或联络通道及泵房累计沉降大于1.0mm时，进行融沉补偿注浆;当联络通道及泵房隆起2.0mm时暂停注浆。

4.结语

宏塔区间1#联络通道线间距施工时为当地最长一个采用冻结法施工的联络通道，采用冻结法施工工法既保证了安全，进度和质量也得到了保证。

（1）该联络通道冷冻孔成孔施工要求中心轴线和偏斜角度是成孔的重点控制要求，但受区间线间距较长影响，轴线和偏斜角度较难控制，易造成偏孔，影响冻结效果。

（2）在成孔设备定位时采取固定措施，有效提高了成孔质量和完好率。

（3）打钻过程中加强监测，及时对钻孔角度进行校正，使钻孔精度符合设计要求。

（4）冻结法针对地铁联络通道暗挖具有加固体均匀、强度高、封水效果好、地层适应性强、环境污染小等特点，近年来在城市轨道交通联络通道及端头井进出洞加固工程中得到了广泛应用。研究采用冻结法对通道地层进行加固，可避免因管线改迁而导致的工期的延误及对城市居民生活的影响，具有很好的应用价值。

参考文献：

[1]刘万兰，长距离联络通道冻结及开挖构筑施工，《建井技术》2017，38（6）;

[2]钟鹏，地铁隧道联络通道冻结法施工，《城市建设理论研究》2014年第33期。

作者简介：王晓伟，1977年1月出生，身份证号码：610323197701240557，男，汉族，陕西省宝鸡市岐山县，工程硕士，高级工程师，研究方向：土建工程。