轨道交通联络通道冻结法施工冻结管开孔风险分析及建议

薛宏平（上海地铁咨询监理科技有限公司， 上海 200032）

0 引 言

轨道交通联络通道普遍使用冻结法施工，即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及泵房外围土体冻结，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旁通道及泵房的开挖修筑施工，地层冻结和开挖修筑施工均在区间隧道内进行。联络通道的开口施工被《住房城乡建设部办公厅关于加强城市轨道交通工程关键节点风险管控的通知》（建办质［2017］68号）列入了关键节点验收，参建单位尤为重视，但冻结之前的冻结管开孔作业同样均有较高风险。由此作业引起的联络通道安全事故较多，例如2019年1月29日，某市轨道交通的一条站际联络通道在冷冻法加固工程施工中发生涌水涌砂事件，造成较大社会影响。

1 冻结管施工作业风险分析

（1）联络通道埋深处于承压水层或透水性砂层，水压较大，联络通道冻结孔施工前管片壁后预注浆不到位，隧道管片未有效地完成注浆层包裹，当冻结管开孔击钻穿隔水层时，因为地层压力，存在涌水突泥涌砂风险。

（2）孔口管安装时，混凝土管片缺少植筋、膨胀螺栓或锚固深度不够，孔口管鱼鳞扣没有缠绕麻丝并挤紧，导致孔口管在钻进作业过程中，受地层压力松脱，造成涌水涌砂。另外，在钢管片格仓中安装孔口管，由于操作空间受限，孔口管底部不能做到满焊或焊接质量不高等原因，使孔口管和钢管片之间存在涌水涌砂的隐患；一旦地层压力将间隙拉开，孔口管密封会完全失效，进一步造成较大的安全事故。

（3）作业人员违章操作，未按冻结管的作业流程规范安装球阀等关键措施，使得出现突发涌水涌砂现象时，不能在事故险兆的初期进行退杆和有效的关闭球阀等措施。在钻进过程中，压紧装置的规格选用不当，或盘根质量不好，或钻进过程中工人未随着钻进收紧盘根，造成钻孔施工时涌水涌砂。

（4）冻结孔施工是一项风险较高的作业。当不具备管片钻孔作业经验的工人实施钻孔时，不能对风险进行有效预判，不能正确处置作业过程中的各种情况。如Φ110 mm金刚石钻头从球阀内开孔，一直将混凝土管片钻穿，而有经验的工人则能够根据经验保证混凝土钻穿而管片壁后固结的注浆层不被击穿或扰动。在钻进过程中，遇到高压力地层，DN125球阀后端的压紧装置涌水涌砂比较严重，而钻机又无法强力顶进钻杆的情况时，处理不当容易出现风险，或导致影响较大的事故。因此，操作工人的技术水平和带班人员的施工经验非常关键，这也是避免钻孔引起事故的“软件”。

（5）钻进完成后，未对孔口管下方的小闸阀加注水泥浆，取下DN125球阀后，冻结管与孔口管间隙易被地层压力冲开，造成涌水涌砂。

（6）管片隧道属于柔性连接结构，冻结孔的施工由于结构应力的变化，使得管片产生轻微的错动，因此对管片结构进行加固是有必要的，能够在钻孔过程中发生应力变化时降低隧道结构的损害或减轻变形。

2 建议措施

为了应对冻结法联络通道施工阶段的风险，行业主管部门及建设工程的各参建方制定了许多具体要求或管理措施。针对冻结帷幕形成后开口开挖前的条件，推出了关键节点验收条件，但是与前置的冻结管作业风险管控及措施制定的管控要求差异较大。结合冻结管施工的施工管理经验以及对作业过程风险的识别和分析，应采取适当的措施进行处置。

2.1 重视联络通道施工区域管片壁后注浆的工序

盾构推进过程中，由于刀盘开挖直径略大于成型管片隧道的外径，因此应在推进拼装过程中，同步进行注浆，填充间隙。一般土压平衡盾构机盾尾会设置4组同步注浆管，通过注浆泵将注浆料注入管片外层间隙，但是由于注浆点位比较分散，一般不能均匀地包裹整个管片外层，存在固结的注浆层厚薄不均或缺失的风险，也存在承压水层流动性大，将注浆部分带走的可能性。因此，存在二次注浆的工序，以便解决地层损失或管片间渗水的问题。二次注浆的工序也能减少管片打设冻结孔过程中的风险。

在轨道交通联络通道钻孔施工前，施工单位应查阅管片隧道施工过程中管片拼装同步注浆及二次注浆的相关记录，一般建议在联络通道位置前后20环再次进行壁后注浆，注浆可采用间隔梅花型点位，联络通道施工的正线与对侧副线均需二次注浆。注浆的目的是进一步补充并固结管片壁后注浆层，确保开孔时，使用Φ110 mm金刚石钻头磨穿管片在更换Φ89 mm的钻杆（即冻结管）钻进的间隙时间内，壁后注浆层能抵御地层压力，不被地层压力击穿导致涌水涌砂现象。同时，在钻孔施工前，应对施工期地面沉降监测点的监测数据进行分析，如沉降值较大，则应对地层进行针对性的补偿注浆。

2.2 孔口管安装应有针对性措施

（1）孔口管安装在混凝土管片上：使用Φ133 mm金刚石取芯钻头按设计角度开孔，当钻进深度将至预留的50 mm管片保护层厚度时，停止钻进，用钢楔楔断岩心，取出岩心后将预先加工好的孔口管安装到开孔内。

孔口管的加工质量要把关，一般用Φ133 mm×5 mm无缝钢管加工，嵌入管片的部分要加工管片开孔深度的鱼鳞扣（300 mm厚的管片鱼鳞扣加工长度一般为250 mm）。在孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去。

安装到位的孔口管还应用4根膨胀螺丝焊接牢固地固定在管片上，再装上DN125球阀，未钻进前球阀呈关闭状态。

（2）孔口管安装在钢管片上：一般按设计角度将孔口管焊接在钢管片格仓里，由于钢管片格仓空间较小，焊接孔口管操作空间有限，不能完全做到管口与管片钢板满焊，会存在一定隐患。若管口与管片钢板有涌水通路，则易急剧扩大，造成涌水涌砂事故，因此，格仓内焊好孔口管后要填实混凝土。有个别专业分包作业时会存在侥幸心理未落实混凝土填仓等措施或填仓不密实，会给下一步冻结管钻进工序中造成一定风险。除孔口管所在的格仓应用混凝土填满钢板封闭外，其相邻的格仓也要充分重视，这主要是考虑到钢管片格仓肋板与钢管片钢底板拼缝并非满焊，曾经发生过孔口管管口与钢管片脱焊后，虽然其所在的格仓已经填实混凝土，但由于格仓肋板与钢板拼缝未能满焊，水夹带泥砂从相邻的格仓中涌出的情况，随着水压的增大，孔口管开口处裂缝将会迅速发展。填充相邻格仓是避免此类事故发生的妥当措施。

2.3 前置钢管片拼缝焊接工作，提高开孔部位的隧道整体性

管片隧道为柔性连接，根据冻结法施工的专项设计文件，一般应在打开管片开挖前将钢管片之间（欲拉开的管片除外）接缝采用满焊的方式将每条拼装缝一一焊接好。笔者建议，应提前至钻孔前就将联络通道部位6环钢管片采用满焊的方式焊好（欲拉开的管片除外），目的是提高隧道结构的整体性。焊接前应预先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。焊接时，采取对称方式焊接，以防止应力集中，引起钢管片和隧道的变形。

钢管片拼缝满焊后，在钻孔过程中即使有局部的应力变化，也能保证联络通道区域的圆度，或者即使钻孔过程中带入了管片外的泥水泥沙，在地层有一定损失的情况下，钢管片也不至于发生比较明显的错动而导致环间高差。

2.4 备足孔口装置，确保连续开孔作业

孔口管安装上DN125球阀，注意加好Φ125 mm×3 mm橡胶密封垫片。孔开通后，没有涌水涌砂可继续钻进，但钻孔必须要装孔口装置，以防突发涌水涌砂现象，因此开钻前要检查专业分包是否有足够的孔口装置用于周转施工。冻结管搭设的作业面应配备8具～12具DN125球阀，这样能够保证周转，班组可连续开孔作业。

在冻结管钻进过程中，压紧装置盘根质量良好，并随着钻进收紧盘根。

一般在冻结管施工结束并在孔口管下方小闸阀压注水泥浆，注浆固结后方可拆除DN125球阀，一般固结8 h～16 h；若涌水涌砂较严重，还应继续注水泥浆（或双液浆）止水。此工序是必要的，是DN125球阀拆除或后期联络通道施工完毕割除孔口管时，确保冻结管与孔口管间隙涌水涌砂的关键措施。

每孔冻结管完成之后要焊接5 mm厚的环形钢板，以封堵孔口管与冻结管之间的缝隙，环形钢板与冻结管、孔口管法兰之间应满焊焊接，不能有水流出。

2.5 充分考量专业分包队伍的组织能力、专业能力、技术装备

轨道交通联络通道工程造价范围一般为300万～350万，冻结法施工较为专业，普遍采用专业分包的模式。除了相关资质、安全许可证外，应具有同类冻结法联络通道的施工业绩，分包单位派驻的主要管理人员要应实操经验。除此之外也不能忽视操作工人的技术水平。尤其应对关键岗位的人员进行技术能力考核，钻孔即为关键岗位，工人的经验和实际操作能力至关重要。

另外，钻孔设备方面应有明确要求，新旧程度、功率大小等方面都应在进场时严格验收。不应使用老旧钻机，设备应有备品备件。当遇到地层压力大的承压水层时，钻进设备就变得尤为关键，推荐使用强力水平钻机，减小供水量，加大钻具推力，关键时候可强行顶入冻结管。

2.6 其他措施及应急预案的建议

在隧道内联络通道施工现场，应准备一定吨位的水泥，一旦发生险情，可采用人工方式对工作面进行封堵堆积，并用双液浆或注聚氨酯来控制涌水涌砂。为保护隧道不会因涌水涌砂的原因导致变形、损害管片等情况，应在隧道内储备规格为Φ100 mm×5.5 m的钢管8根，如发生险情，应对联络通道及附近的管片加强支撑，确保隧道安全。所有的应急预案事先应进行演练。钻孔阶段监测工作同样十分重要，联络通道所在地表的监测频率每12 h一次，出现单次沉降3 mm，应考虑立即从地表注浆充填。

2.7 建议将冻结法联络通道开孔工序纳入关键节点组织条件验收

联络通道施工是超出一定规模、危险性较大的分部分项工程。依照《住房城乡建设部办公厅关于加强城市轨道交通工程关键节点风险管控的通知》（建办质［2017］68号）的要求，联络通道的开挖施工应组织关键节点验收，但由于冻结管的开孔准备工作容易被简化或忽视，导致冻结管开孔存在一定风险。应针对专业分包进场前期准备，组织参建单位落实开孔条件的关键节点验收，可以从开孔前的人员组织、材料机具配备、前置技术准备、方案措施交底及应急预案演练等多各方面系统地进行梳理，确保冻结孔开孔条件满足安全施工的要求。

3 结 语

在冻结法联络通道施工过程中，冻结管钻孔作业与打开钢管片通道开挖作业一样，均具有很大的施工风险。建议对冻结管的开孔作业制定关键节点的条件验收，分别对分包的专业施工能力、钻孔前管片壁后注浆情况、孔口装置可靠性、钻孔工序控制措施、管片隧道结构的整体性措施、监测方案、钻孔的应急预案及物资准备等各项条件进行审查，确保冻结管钻孔施工风险可控。