冷冻法联络通道地面注浆改良地层施工技术

赵王飞

（中铁十七局集团第六工程有限公司，福建 福州 350014）

1 工程概况

1.1 工程概述

福州地铁6号线梁厝站~下洋站盾构区间上行线长675.845m（SK7+738.622~SK7+062.777），下行线长676.330m（XK7+738.622~XK7+062.574），衬砌采用预制钢筋混凝土管片，管片内径5500mm，管片外径6200mm，管片厚度350mm，管片宽度1200mm。

区间设1座联络通道，联络通道上行线（下行线）隧道里程为SK7+260.000（ XK7+260.282），两隧道中心间距15.000m，上行线/下行线隧道中心标高-7.187m/-7.190m，联络通道所处位置地面标高上、下行线约为5.77m/+5.83m，通道上部覆土厚度约为13m。设计采用水平冻结法加固地层，矿山暗挖法施工。该工程风险等级为二级，见表1。

表1 监测数据

表1 联络通道参数表

1.2 工程地质情况

联络通道处土层自上而下依次为2-4-1淤泥、2-4-6（含泥）中细砂层。

1.3 水文地质情况

根据场地岩性特征、含水层分布特征和赋存条件，地下水类型划分为上层滞水及松散岩孔隙承压水、风化岩层的孔隙裂隙承压水三大类。

根据场地钻孔资料，松散岩孔隙承压水主要赋存于2-4-6（含泥）中细砂层中，其透水性能与颗粒的形状、大小、颗粒级配及黏粒含量等密切关系，水量丰富，透水性中等~强，具承压性，与各相邻含水层及乌龙江水存在相互补给关系，承压水含水层分布不均匀，不连续，部分地段与下部风化岩层的孔隙裂隙承压水相通。

1.4 联络通道冻结帷幕设计

冷冻法联络通道冻土帷幕设计厚度：喇叭口处1.4m，通道段1.7m。开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交接面处平均温度不高于-5℃，其他部位设计冻结壁平均温度为-10℃。

联络通道积极冻结时间设计时间为40天（暂定积极冻结时间可根据实际冻结效果进行调整）。要求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，去、回路盐水温差不大于2℃；开挖时盐水温度降至-28℃以下[1]。

2 冻结孔施工

联络通道冻结孔数72个（冷冻站侧隧道内布置46个冻结孔，冷冻站对侧布置26个冻结孔）。测温孔12个，分别布置在通道内外和两侧隧道内，其中冷冻站侧布置3个，冷冻站对侧隧道布置9个，C5、C6、C7深度为2.6m，C10、C11、C12深度为7m，其余测温孔深度为2m；泄压孔布置4个，布置在冻结帷幕中间，左、右线各2个，深度均为4.5m。

冻结孔打压试验：所有冻结孔都经过打压测试，打压压力均达到0.8MPa以上， 并且30min内压力无变化。从各孔的打压数据看，各冻结孔压力试验均达到设计要求，全部合格。

3 冻结运转情况

冷冻站于2020年6月15号正式开始冻结，至2020年6月19日冻结第5天，盐水温度降至-18.0℃；至6月22日冻结第8天，盐水温度- 24℃；至8月10日积极冻结57天时盐水去路温度已降至-32℃、回路温度已降至-30.4℃，去回路温差在1.6℃（设计要求积极冻结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℃）。从盐水去、回路温度以及温差来看，盐水温度下降趋势符合设计要求，但是去回路温差仍偏高，如图1所示。

图1 盐水去回路温度~时间变化曲线

4 测温孔降温情况

C1孔位于右线隧道内冻结孔布置圈径的内侧，距最近冻结孔距离为800mm，孔深1.98m，共设3个测点。各测点温度均降到-19.5℃以下。C2孔位于右线隧道内冻结孔布置圈径的外侧，距最近冻结孔距离为550mm，孔深2.0m，共设3个测点。各测点均在-12.8℃以下。C6孔位于左线隧道内冻结孔布置圈径的内侧，距最近冻结孔距离为810mm，孔深2.53m，共设3个测点。各测点温度降到-14.2℃以下。C8孔位于左线隧道内冻结孔布置圈径的外侧，距最近冻结孔距离为510mm，孔深2.0m，共设3个测点。目前各测点温度降到-18.9℃以下。

5 采用地面注浆改良地层的原因分析

根据各测温孔温度变化曲线分析，位于冻结孔布置圈径外侧的C3温度下降最慢且其中C3-2和C3-3两个测点温度变化异常，C3-2比C3-测点温度下降慢，比C3-1测点下降更慢。同时，偏向梁厝站方向C3、C4、C9、C12这4个测温孔在冻结期间，降温均比在相似位置偏向下洋方向的C2、C5、C8这3个测温孔各测点降温幅度要小；但梁厝站方向C4、C9、C12这3个测温孔内各测点降温幅度基本一致，偏向下洋方向的C2、C5、C8这3个测温孔各测点降温测温孔内的各测点降温幅度基本一致。

根据各测温孔温度分析，联络通道偏向梁厝站方向受乌龙江地下动水[2]影响比较明显，其中偏向右线隧道侧影响最严重，联络通道在冻结35d后（7月19日），C10测温孔温度还在正2.3℃左右，如图2所示，测温孔内各测点温度降温减缓，设计要求-24℃以下，泄压孔压力未见明显增长，X1泄压孔在0.08MPa左右波动，经验要求为0.3MPa左右，如图3所示。

图2 C10测温孔温度-时间变化曲线

图3 X1泄压孔压力~时间变化曲线

为了减小地层渗透系数，降低地下水流速，同时增加联络通道四周土体强度，须在联络通道冻结施工区域四周注双液浆以改良地层，确保联络通道冻结施工安全顺利进行，保证联络通道开挖和构筑施工的安全[3]。

6 施工方法

6.1 注浆孔布置

钻孔分为深孔及浅孔，如图4所示，深孔为联络通道垂直于盾构推进方向中轴线两侧5.6m外，为保证隔水效果，孔距设为1m，每侧设置两排，按梅花桩布置。

图4 注浆孔布置平面图

6.2 测量放样、钻机就位

在施工前，在地面放出上、下行线隧道及联络通道的具体位置，通过上、下行线隧道和联络通道的位置，在地面把计划注浆孔孔位标注出来，桩位允许偏差小于20mm，孔距偏差小于100mm，钻杆角度与设计偏差不应大于1%。

6.3 注浆参数

冷冻法联络通道地面注浆采用的浆液类型为双液浆，水泥浆︰水玻璃=1︰1，注浆压力初压控制范围为0.5MPa~0.8MPa，稳压1MPa~1.5MPa，一旦达到注浆控制压力，抽提注浆管，每次提升高度20cm。注浆实行跳孔注浆，待单排注浆完成后再注第二排。

6.4 钻孔

采用TXU-75A型钻机（双管单动回转）钻机进行钻孔。

6.5 提升注浆与冲洗管路

严格控制钻杆提升幅度，每步不大于20cm，注意钻机参数变化，当提升到隧道顶2m时进行封孔，由于注浆采用双液浆，因此无须专门封孔，只需使浆液充分渗流入土层即可。

6.6 移位注下一个孔

钻机移到下一孔位，重复上述流程。

6.7 封孔

完成注浆后，观察冻结效果，如效果明显，则可进行封孔，如各边位置冻结效果不佳，可重复钻孔注浆，直至冻结效果明显，方可结束注浆，进行封孔。封孔采用微膨胀水泥砂浆。

6.8 加固效果检测

在加固区取1孔（取芯深度同注浆深度），对比芯样与勘察报告中原状土岩性，以不低于原状土岩性指标为准且大于原状土标贯击数。

6.9 施工监测

6.9.1 施工监测项目

联络通道地面注浆改良地层施工监测主要包括地表沉降、拱底沉降隆起、隧道净空收敛[4]。

6.9.2 监测点概况

监测点概况如下：1）地面沉降测点沿加固区四周布设于隧道轴线上，间距为11.2m，共布设4个，左右线各2个。2）拱底沉降隆起沿隧道轴线布设于隧底，每5环布设1个，共布设6个，左右线各3个，中间测点布设于联络通道中心位置。3）隧道净空收敛沿隧道布设于管片侧面，每5环布设1个，共布设6个，左右线各3个，中间测点布设于联络通道中心位置。

6.9.3 监测数据

注浆完成后，测取施工监测数据，见表2。

7 地面注浆后冻结效果

地面注浆后冻结效果：1）注浆期间，冻结帷幕外侧的测温孔温度均有小幅回升，说明浆液扩散范围较广。但注浆暂停期间，各测温孔温度下降较显著，说明注浆改良地层施工对减小地下水流速起到了很好的效果。2）第5个注浆孔注浆期间，冻胀力大幅下降，说明该区域原来受动水影响较严重。3）注浆后冻胀力很快恢复，冻结注浆后对减小地下水流速起到了很好的作用。4）2020年8月28日注浆完成，共施工注浆孔55个，注浆806m³。8月31日，X1泄压孔压力增长至0.32MPa，C10测温孔温度-5.5℃左右。

8 结语

经过梁厝站~下洋站区间冻结法联络通道施工的实践证明，采用地面注浆改良地层完全可行，梁厝站~下洋站区间冻结法联络通道顺行的进行了冻结开挖构筑，此法可隔离降低地下动水流速，从而使冻结温度迅速降低，施工简便，成本不高，能确保冷冻工期。