软土地层地铁旁通道冻结法设计与施工技术

侯庆学 刘杨

摘要：软土地区地下水位高，地层工程条件差，因此地铁多采用盾构法施工，其旁通道需采用冻结法施工。依托常州轨道交通2号线工程，介绍了冻结帷幕的设计要点，讨论了施工技术中人员，设备，材料的配置，分析了施工重难点。为软土地区类似施工条件项目提供借鉴。

关键词：软土；地铁；旁通道；冻结法；施工技术

软土地区地下水位高，地层工程条件差，因此地铁多采用盾构法施工，其旁通道需采用冻结法施工。目前，冻结法设计主要参考《旁通道冻结法技术规程》（DG/TJ08-902-2006），施工除按设计要求外还需将监控量测纳入工序管理并结合以往施工经验。

1.工程概况

常州市轨道交通2号线某站间设置一座联络通道及泵房。隧道中心標高-26.67m，联络通道线间距11.69m。联络通道采用水平冻结法加固地层，矿山暗挖法施工。根据相关规范判定本工程风险等级为一级。

联络通道及泵站所在地层为：⑧1黏质粉土夹粉质黏土层、⑧2粉砂、⑨2（粉质）黏土层。联络通道所处地层与横断面如图1所示。

2.横通道设计要点

2.1土层加固及支护设计

（1）土层加固

根据前期的地质勘察报告，-10℃冻土强度指标为：抗压4.98MPa，抗折3.95MPa，抗剪2.14MPa。

为保证联络通道、排水泵房施工的安全、迅捷，减少对区间隧道的影响，经加固后的土体要有良好的自立性，密封性及必要的强度，冻结壁厚度不小于2.4m（喇叭口处2.1m），冻结壁平均温度不大于-10℃。

（2）支护

横通道与泵站均采用复合衬砌支护。其中，初期支护为220mm厚C25喷射混凝土；二次衬砌采用550mm厚C35模筑防水混凝土，抗渗等级P12。

2.2结构防水设计

联络通道采用矿山法施工，结构为复合式衬砌。联络通道的防水原则是“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”，关键是处理好接缝的防水。二次衬砌结构采用C35防水混凝土，抗渗等级P12。初期支护与二衬之间设柔性全包防水层，联络通道与区间的接口防水是防水重点。

2.3冻结加固设计

（1）制冷量计算：

冻结管吸热能力计算公式：Qg=qA（式1）

式中：Qg-冻结管总吸热能力（KJ/h）

q-冻结管吸热系数（KJ/㎡h），20号低碳钢取1047KJ/KJ/㎡h

A-冻结管总表面积（㎡）

冷冻站所需制冷能力应按Qz=mQg（式2）

式中：Qz-需要制冷能力（KJ/h）

m-冷量损失系数，可取m=1.2-1.25

根据设计提供冻结管规格计算的总需冷量为7.426×104kcal/h。

（2）主要冻结设计参数（表1）

（3）冻结管路设计

冻结管路设计如图2所示

3.横通道施工技术

3.1施工步骤

（1）联络通道施工前，采用冷冻法加固周围地层。冻结加固达到设计要求并验收通过后，经试挖判定具备开挖条件后方可进行正式开挖。（2）联络通道施工前，先在特殊衬砌环中不开口部位安装临时预应力支撑，以控制施工时衬砌环变形，并在联络通道左线开口位置安装应急防护门。（3）拆除特殊衬砌环管片中的开口部分钢管片。（4）分段、分区开挖并施工初期支护（由钢拱架和钢筋网、喷射砼构成）。（5）先施工联络通道，待联络通道二衬强度达到设计要求的80%时，再开挖集水池。（6）待通道及泵房砼达到设计强度后解除冻结，按照图纸要求进行冻结孔封孔。（7）衬砌后充填注浆，地层融沉注浆。

3.2施工技术要求

（1）冻结孔施工技术要求：

正常冻结孔开孔位置误差不大于50mm，冻结孔最大偏斜不应超过130mm。冻结管下入地层后必须进行试压。试验压力应为冻结工作面盐水压力的2倍，且不宜低于0.80MPa。经试压30min压力下降不应超过0.05MPa，再延续15min压力保持不变为合格。联络通道及泵站设6个透孔，用于冷冻站对侧隧道内冻结管供冷，应根据冻结管串联分组情况复核单管盐水流量，流量不满足要求时应采取针对性措施（添加管道盐水泵、增大透孔直径或增加透孔数量等）。

（2）冻结壁施工技术要求

联络通道及泵站冻结壁厚度：喇叭口处≥2.1m、通道正常段≥2.4m；冻土平均温度≤-10℃；冻结壁交圈后的温度分布可简化为稳态温度场计算。在冻结壁附近隧道管片内侧敷设保温层，敷设范围不得小于设计冻结壁边界外1m。冻结孔单孔流量不小于5m3/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℃。

3.3监控量测

必须将监控量测纳入工序管理，以确保冻结施工的安全。

（1）复测联络通道位置隧道里程、高程、轴线偏差，同时，打透孔复核两隧道预留口位置，根据两隧道预留口的相对位置误差进行调整。根据轴线偏差量，相应调整冻结孔长度；如果里程、高程相对误差大于100mm，则应按保证冻结壁设计厚度原则对冻结管布置进行调整。

（2）以联络通道为中心，正上方地面投影两侧30m内共布置11条横断面，断面间距为5环，每个断面13个监测点，测点间距同区间隧道地表监测点。

3.4人员，机具，材料分配

人员上应针对各个分部工程进行动态调整。分部工程包括钻孔，冻结，开挖与支护，融沉注浆。涉及到的工种包括，钻机工，制冷工，掘进工，机修工，电工，电焊工，钢筋工，起重工，驾驶员，普工。在此基础上配置安全监督员2人。机械设备投入方面需确保冻结系统可靠与维护方便，进行用一备一。冷冻机组，盐水泵，清水泵，均安装2台。材料包括管路材料，阀门材料，保温材料，钢筋，混凝土，防水板，土工布和木材等。所有材料均进行抽检并通过委外测试。

4.施工重难点

由于所处地层为软土层，其中夹粉细砂，因而钻孔过程中可能出现涌水涌砂冒泥量大。应对的方案包括（1）冻结孔施工期间采用保持压力钻进的方式进行施工；（2）采用严密性较好的孔口压紧装置；（3）根据涌砂量大小及时进行地层补偿注浆，加密监测，防止隧道发生沉降；（4）如涌水涌砂冒泥发展迅速，立即停止钻进，关闭孔口防喷装置，调整或优化冻结孔设计，必要时重新补勘。

冻结在不同土层交界处冻结管易断裂。应对的方案包括：

（1）按设计要求采取低温快速冻结的方式，减小冻胀。

（2）及时释放泄压孔的压力。

（3）当联络通道或泵站处于砂性土与粘性土两种或多种土层内时，钻孔前分析冻结孔三维空间位置关系，由设计单位对原冻结孔进行微调，尽量避开砂性土与粘性土交界面。

参考文献：

[1]上海市住房和城乡建设管理委员会，旁通道冻结法技术规程（DG/TJ 08-902-2006）[S].上海：同济大学出版社， 2006.

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