复杂条件下联络通道冷冻法施工技术

复杂条件下联络通道冷冻法施工技术
发表时间：2018-04-09T10:29:27.980Z 来源：《基层建设》2017年第36期作者：王虹王学龙吴祖华[导读] 摘要：以某区联络通道的冷冻法施工为背景，结合本工程地质情合复杂，工期紧张，需要右线盾构，中间联络通道，左线铺轨工程同时进行施工。

通过对设计重难点分析和施工过程中主要风险点分析，总结了相应有效的技术措施，为以后类似的工程提供了很好的借鉴作用。

广州轨道交通建设监理有限公司广州 510010
摘要：以某区联络通道的冷冻法施工为背景，结合本工程地质情合复杂，工期紧张，需要右线盾构，中间联络通道，左线铺轨工程同时进行施工。

通过对设计重难点分析和施工过程中主要风险点分析，总结了相应有效的技术措施，为以后类似的工程提供了很好的借鉴作用。

案例表明在长距离、大跨度、复合地层联络通道只要精心筹划和设计是可以同时进行右线盾构，中间联络通道，，左线铺轨施工。

在冷冻孔施工期间和冻结施工容易引发的风险，只要通过严格控制各道工序，事后根据监测数据情况及时对联络通道及时进行融沉注浆的技术措施，在沉降控制中起到了十分积极的作用。

关键词：长距离；大跨度；复合地层；联络通道；冷冻法；盾构；冷冻；铺轨交叉施工
The ground improvement around the cross passage by freezing method under complicated condition Wang Hong，Wang Xuelong，Wu Zuhua
ABSTRACT：Through analyzing the key concept of the design and the main risks during the construction process，this paper proposes a effective technical measure for the freezing method.This technical measure was concluded from the engineering experience that improves the ground condition around the cross passage by using freezing method in the case of the complicated ground condition，the limited construction period，and the simultaneous construction of shield tunnelling，cross passage and track laying.Also，this paper can provide a good knowledge for the similar engineering project in future.Furthermore，this paper illustrates that the shield tunnelling，the construction of cross passage，and the track laying can be undertaken at the same time，in the engigneering case of long distance，large span and mixed ground condition，if good planning and design are carried out.Futhermore，through controlling every construction process strictly，undertaking the thaw grouting in time based on the monitoring data after the eve nt，the freezing method will play a positive role in the control of settlement.
Key words：mixed ground condition，cross passage，shield，freezing method，track laying with alternate construction.
一、前言
在富水砂层中修建联络通道必须采用特殊施工法，如冻结法、钻井法、沉井法、帷幕法、盾构法等，特别是遇到高水压下流砂时，采用冷冻施工是一种有效、快捷、环保、安全的方法。

当建设工期紧张，如何保证在大跨度、复合地层中做到盾构施工、冷冻法施工、铺轨同时实施本文提供了很要好的一个借鉴。

二、工程概况
某区间设计右线长1211.918m，左线长1205.200m。

区间设计联络通道及废水泵房1座，线间距为19.290m，隧道轨顶埋深右线为22.149m，左线埋深为22.126m。

联络通道及废水泵房主要出于（2-2）粉细砂、（2-1A）淤泥、（2-4）粉质粘土、（7）强风化岩、（8）中风化岩等复合地层中，为确保隧道开挖安全采用冷冻法施工。

三、设计重难点分析
本区间联络通道及废水泵房冻结加固工程来说，与国内各城市的联络通道冻结工程相比，其主要特点表现在： 1、联络通道施工区域为淤泥及岩层交互形成的复合地层地层复杂；由于该区域地层为复合地层，冻结管施工需要同时穿越淤泥及岩层，这样对冻结的影响主要有两个方面，一是冻结管施工过程中，如何来处理两种地层中不同阻力下冻结管的施工方法差别很大；二是在冻结过程中，淤泥和岩层中的冻土发展速度和形成冻结帷幕的质量差别大。

2、穿越淤泥及岩层的冻结管受力复杂；如何布置冻结管，保证冻结管的稳定性，避免断管出现影响冻结施工安全是设计的重难点。

在岩层及淤泥交接面上，由于地层性质差别大，如何来评价两者交接面上冻土的强度，是施工的必须考虑的难点和重点。

3、联络通道与泵站结构复杂；由于该联络通道与泵站合建结构与其它城市地铁建设中存在一定差别，包括相应尺寸及相对位置等因素，造成结构外部需要提供维护作用的冻结帷幕结构复杂，受力条件与传统的冻结工程差别较大，需要做专门的研究，才能使冻结设计和冻结施工更有针对性，提高施工安全性。

4、联络通道结构的跨度大，冷冻设计计算复杂；由于地面不具备垂直冻结的条件线而且该联络通道的跨度度较长，间距为19.290m，照比一般通道长6m在隧道内很难施工因此必须在左右两侧同时布置冻结管如图1。

冻土帷幕的结构与两侧隧道之间的相互影响与传统的联络通道差别较大，为保证冻土结构的强度和稳定性需要对通道冻土结构与隧道的相互作用认真研究。

7、冻结与铺轨施工同时进行施工复杂；为确保左线铺轨的正常施工，在冻结帷幕范围内为避免冻结施工和解冻后对融沉永久轨道的影响，设置临时轨道。

管路选择供液管选用Φ48×3.5mm钢管1200米，采用焊接连接。

；盐水干管和集、配液圈选用Φ159×4.5mm钢管
1400米；冷却水管选用Φ133×4mm钢管1000米。

冷冻排管选用Φ45×3mm无缝钢管。

制冷剂选用氟立昂R22，冷媒剂选用氯化钙（CaCL2）溶液。

冻机油选用N46冷冻机油。

8、冻结帷幕范围内隔热保温复杂；处理工艺复杂在冻结站对侧隧道的冻结管的端部区域范围内布置5排Φ45×3mm冷冻排管，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。

为保证冷冻期间和开挖期间对永久管片的影响在冻结帷幕左线和开挖处右线开孔附件各设置4各预应力支架确保管片稳定如图3。

9、冻结帷幕范围内为避免冷冻法施工对永久轨道的影响；采用临时过渡轨道，待冻结融沉影响结束后，在进行永久轨道的铺设。

四、冷冻施工的风险及应对措施
本区间附属联络通道及废水泵房主要包括可分为冻结孔和冻结站安装施工；冻结施工冻结运转（积极冻结和维护冻结）和开挖构筑施工；融沉注浆充填冻结孔封堵冷冻站系统拆除其冻结孔施工和冻结的风险较大：
1、风险分析
（1）冻结孔施工1）钻孔时孔口处易出现涌水涌砂现象，使水土流失过多，造成对土层的扰动，使钻孔质量下降。

2）冻结管接缝不太密实，在冻结过程中可能使盐水进入地层影响冻结效果，使土体难以发生冻结，冻结帷幕难以形成，出现工程事故。

3）冻结孔可能出现偏移，引发冻结帷幕出现薄弱环节。

4）打冻结孔时，水土流失过多，可能导致钻孔过程中地表沉降过大。

（2）冻结施工1）因供电、供水中断、冷冻机组或其他辅助设备的机械故障引发的停车，而中断冷冻施工，使冻结帷幕温度回升或融化，强度降低。

2）各冻结管串联支路的供冷不平衡而引起的冻结帷幕发展速度不均衡，导致冻结帷幕易出现薄弱环节。

3）由于砼和钢管片相对土层容易散热，会严重影响隧道管片附近土层的冻结速度，使冻结帷幕与管片接合处胶结不好，易出现薄弱点。

4）因冻结盐水浓度过小而结晶发生堵管，造成盐水循环中断，甚至发生盐水管胀裂事故。

5）冻结过程中，因发生断管事故而造成盐水泄漏入加固土体内，使土体不易冻结，强度降低，易出现薄弱环节，甚至造成冻结失败。

在开挖阶段则会发生透水、涌泥、涌砂事故。

6）冻结施工中，土体的冻胀是不可避免的，在冻胀过程中必然产生一定的冻胀力，会对隧道及周围环境产生影响，造成管片变形等。

2、应对措施
（1）冻结孔施工1）冻结孔施工前，在布孔范围内打若干小孔（Φ38mm）探孔，以判断地层是否稳定，是否易喷水、涌砂，以便做好各方面的准备工作。

2）冻结孔开孔分二次进行，以此来控制泥浆涌出。

第一次开孔用金刚石取芯钻头，取芯钻进入管片300mm，取芯后，安装孔口管及密封装置。

第二次开孔在密封装置的保护下进行，穿透整个管片后，及时地密封孔口。

3）采用强力水平钻机，在条件允许的情况下，优先采用无泥浆钻进。

钻进结束后，及时对冻结孔进行测斜、打压检漏试验、复测其深度。

及时画出各孔的偏斜图。

检漏压力控制在0.8MPa，稳定15分然后安装孔口密封装置。

4）在冻结孔施工期间，每个联络通道现场配备Φ125mm、Φ109mm等规格的木楔、2m3的砂袋和2T水泥（含0.5T速凝水泥）等抢险物资。

（2）冻结施工1）因联络通道的施工危险点多，发生事故损失严重，事故影响大，本工程各联络通道施工用电负荷按二级负荷考虑。

位于地面上的现场变电所上源供电采取双电源供电模式。

从现场变电所引到各联络通道冻结机组处采取双回路供电。

2）在供水中断的情况下，可利用蓄水箱清水保证冷却用水需求。

3）每个冻结站安装有二套冷冻机组，正常情况下一台运转，一台备用。

4）在每个冻结串联支路上的盐水出、入口安装阀门，一般各支路的温度差别控制在2℃范围内。

5）加强对联络通道加固土体区域内的管片的保温。

6）本站联络通道在冻结帷幕内，分别布置左、右线各2个卸压孔。

五、冷冻施工实施效果
1、开挖情况
本区间开挖2015年9月19日开始，至2015年10月24日结束，土体冻结效果良好无渗漏水现象。

2、融沉注浆启动及停止标准
依照设计及规范要求，联络通道融沉注浆启动及停止标准如下：（1）启动及暂停标准当一天内联络通道沉降大于0.5mm，或累计地层沉降大于3.0mm时，应进行融沉补偿注浆；当地层隆起达到3.0mm时应暂停注浆。

（2）停止标准，冻结壁已全部融化，且实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm，可停止融沉补偿注浆。

3、融沉注浆效果
（1）设计要求；联络通道融沉注浆浆液以水泥-水玻璃为主，单液水泥浆为辅。

水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆和水玻璃溶液体积比为1：1，其中水泥浆水灰比为1：1，水玻璃溶液采用B35~B40水玻璃和加1~2倍体积的水稀释。

注浆压力不大于0.5MPa。

注浆范围为整个冻结区域。

（2）施工情况本区间联络通道融沉注浆自2015年11月19日开始，至2016年3月24日结束，期间共注入水泥120余吨，根据对联络通道底部及地面沉降监测来看，联络通道及周边地层已稳定，冻结壁已全部融化，符合停止注浆条件要求。

4、监测情况
本区间联络通道自2016年3月24日停止注浆后，项目安排专业测量人员对地表沉降、通道沉降及隧道收敛监测点进行了长达一个月的监测，监测数据显示，地表沉降、通道沉降及隧道收敛均稳定，数据无异常，符合停止注浆条件要求。

六、小结
联络通道施工由于受到地质、周边环境、工期等外在条件影响，在不影响整体工期前提下，如何能更安全、更快捷、更合理的进行联络通道施工同时为后续工程提供作业空间。

通过对设计重难点分析和施工过程中主要风险点分析，总结了相应有效的技术措施，为以后类似的工程提供了很好的借鉴作用。

案例表明在长距离、大跨度、复合地层联络通道只要精心筹划和设计是可以同时进行右线盾构，中间联络通道，左线铺轨施工。

在冷冻孔施工期间和冻结施工容易引发的风险，只要通过严格控制各道工序，事后根据监测数据情况及时对联络通道及时进行融沉注浆的技术措施，在沉降控制中起到了十分积极的作用。

作者简介：
王虹广州轨道交通建设监理有限公司副总工，注册监理工程师，市政工程高级工程师。