地铁联络通道冻结法施工方案研究--以武汉轨道交通3号线为例

地铁联络通道冻结法施工方案研究--以武汉轨道交通3号线为
例
阮庆松;吴立;姚俊东;杜明玉;阮明清
【摘要】冻结法目前己经广泛应用于地铁上下行隧道间联络通道的施工中，特别
是在软弱地层中，该工法能够提高开挖区域围岩的强度和防水性能，增强围岩的自稳能力，提高施工的安全性。

以武汉轨道交通3号线两地铁站区间联络通道为例，介绍了工程概况及其联络通道的布设情况。

根据联络通道施工条件并结合其他相近地层联络通道施工经验，提出了冻结法施工方案及安全监测控制要点。

并针对该区间联络通道冻结法施工方案，进行了施工风险分析并提出了应对措施。

%Freezing method has been widely used in the construction of connecting passage of upgoing and downgoing line in metro, especially in the weak stratum area, this method can improve the strength and waterproof performance of the excavated surrounding area, increase its self-supporting capacity. We take a connecting passage between two stations of Wuhan Metro Line 3 as an engineering example and describe the basic program situation as well as the layout of connecting passage. According to the construction conditions of the connecting passage and combining with the experiences in other connecting passage projects that have the similar geological characteristics, we put forward the construction scheme of freezing method and the key points of safety monitoring. Aiming at the freezing construction solution, the construction risks are analyzed and some countermeasures are pres-ented.
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2015(000)007
【总页数】4页(P22-25)
【关键词】轨道交通;联络通道;冻结法;安全应急门;地铁站
【作者】阮庆松;吴立;姚俊东;杜明玉;阮明清
【作者单位】中国地质大学工程学院，湖北武汉430074; FECON地基技术和地下工程股份公司，越南河内;中国地质大学工程学院，湖北武汉430074;中国中铁一局集团有限公司，陕西西安710054;中国地质大学工程学院，湖北武汉430074;中国地质大学环境学院，湖北武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】U213.2
两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于一个规定的距离时(中国规范为600 m［1］)，考虑到运营期间一旦发生事故时能有效防灾救援且尽量控制损失，应设置联络通道，见图1。

冻结技术是利用人工制冷技术(包括相变制冷、热电制冷、吸收制冷、蒸汽压缩制冷等)，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下完成地下工程掘砌施工［2］。

目前，冻结法在地下工程中广泛应用于以下领域：立井工程［3］、地基基础［4］、基坑稳定支护［5］、隧道工程［6］、地铁工程［7］等。

在中国，冻结法已经在地铁工程中得到应用，并解决了一些关键的技术难题，如水平冻结超长孔的成孔、测斜和纠偏技术;地铁超长联络通道人工冻结法施工技术;越江地铁联络通
道冻结法施工技术等［8-10］。

武汉轨道交通3号线王家墩北站-范湖站区间线路从王家墩北站出发，下穿王家墩
商务区北景观路口、常青路，沿常青路北侧下穿青年路环岛至在建的葛洲坝国际广场，其间设置有一联络通道。

区间隧道外径6 m，内径5.4 m，拟构筑联络通道所在位置的隧道管片为钢管片，联络通道剖面如图2所示。

联络通道结构主要处于(3-5)层粉质黏土、粉土和(4-1)粉砂层。

依据详勘地质报告，按《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)将联络通道结构所处土层定为Ⅵ级围岩。

拟建场区的地下水主要有赋存于填土层的中上层滞水和赋存于(3-4)层、(3-5)层及(4-1)层中的孔隙承压水两种类型。

根据联络通道施工条件，并结合其他相近地层城市地铁联络通道的施工经验，决定采用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的施工方案。

2.1 冻结孔施工
施工前，进一步校核联络通道中轴控制线，先施工透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关钻进参数。

然后根据联络通道施工的孔位，采用由下而上的顺序施工，这样可防止因下层冻结孔施工而扰动上部地层，减小钻孔施工的事故发生率，见图3。

完整的钻孔工序为：开孔器安装→调整角度→一次开孔→安装大球阀→二次开孔→钻机定位→安装密封盒→钻孔→测斜及检验。

2.2 冷冻站安装
(1)冷冻站安装在联络通道旁，以不影响施工为准，具体位置及各种机电的布置位
置见图4。

(2)冷却塔若散热不及时，可用轴流风机通风。

(3)冷却塔产生的高温水蒸汽要排至隧道外，且应避免往联络通道方向排放，以免
影响冻结效果。

2.3 积极冻结期
此阶段为冻结帷幕的形成阶段，联络通道设计冻结时间为40 d，要求冻结孔单孔
流量不小于3 m3/h;积极冻结7 d后盐水温度降至-20℃以下，积极冻结15 d后
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。

如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结期时间。

2.4 维护冻结期
在积极冻结过程期，要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，同时要监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，经测温确定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-25℃ ～-28℃，
冻结时间贯穿联络通道开挖和主体结构施工全过程。

2.5 预应力支架和安全应急门安装
开挖施工之前，在通道开口处隧道管片开口环中不开口部位均匀设置8个支撑点
隧道支架(每个支撑点的支撑能力不小于50 kN)，以减轻联络通道开挖构筑施工对隧道产生的不利影响。

根据结构施工图要求，单个钢支架由5个预应力千斤顶、3个固定支撑及支撑保护板等组成。

安全应急门安装在开挖侧隧道预留洞口上，并配备风量不小于6 m3/min的空压
机为防护门供气。

安全门在开管片前安装，防护门耐压设计值为0.3 MPa，安装
后进行气密实验，要求在不停空压机时能够保持设计值。

2.6 开挖与构筑施工
开挖与构筑施工的工序为：拉管片→土方开挖→支护→钢筋绑扎→立模板→浇灌混凝土→永久支护→解冻及封孔。

为了确保水平孔冻结暗挖隧道施工的安全，须对冻结系统、地层和支护结构进行监测。

通过分析监测资料及时反馈指导施工，以便调整施工工艺并采取措施。

(1)水平孔施工监测内容：①钻孔长度;②冻结管铺设长度;③ 冻结管偏斜;④ 冻结器密封性能;⑤供液管铺设长度。

(2)冻结系统监测内容：①冻结器去回路盐水温度;②冷却循环水进出水温度;③ 冷
冻机吸排气温度;④盐水泵工作压力;⑤ 冷冻机吸排气压力;⑥制冷系统冷凝压力;⑦
制冷系统汽化压力。

(3)冻结帷幕监测内容：① 冻结帷幕温度场;②开挖后冻结帷幕表面温度;③开挖后
冻结帷幕暴露时间内冻结帷幕表面位移。

(4)周围环境和隧道土体变形监测内容：①隧道变形;②隧道的沉降位移;③隧道的水平及垂直方向的收敛变形;④地面管线沉降。

4.1 冻结施工风险分析
(1)因供电、供水中断及冷冻机组或其他辅助设备的机械故障致使冷冻施工中断，
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，引起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)由于混凝土管片和钢管片相对于土层而言更易散热，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产生结晶发生堵管，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，因发生断管事故而导致盐水泄漏到加固土体内，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。

4.2 主要应对措施
(1)因联络通道的施工危险点多，事故发生后损失严重，故本工程施工用电负荷按
二级负荷考虑。

位于地面的现场变电所上源供电采取双电源供电模式。

从现场变电
所引到联络通道冻结机组处采取双回路供电，现场另配备一台300 kW发电机，以便随时切换备用。

(2)冻结站安装两套冷冻机组，正常情况下运转一台，一旦发生机械故障，可利用备用机组继续维持冻结。

平时加强设备的管理与维修，冷冻机运转前安排设备员对机组进行全面细致的检修，确保其安全性。

现场备有各种冻结机组的易损件，安排经验丰富的维修工人现场值守，以便及时发现解决问题。

(3)在每个冻结串联支路上的盐水出、入口安装阀门。

在冻结过程中，监测各个支路的盐水温差情况，一般各支路的温差控制在2℃范围内。

根据温差情况，通过阀门相应地调节各支路的盐水流量，直到各支路的温差满足控制要求。

(4)加强对联络通道加固土体区域内管片的保温。

在钢管片的棚格内用素混凝土充填，在冻结站的对侧隧道(冻结管的末端处)布置冷冻排管，在此基础上再对整个冻结区域的管片铺设保温层保温。

在管片与冻结帷幕接合处布置测温点，有针对性地测量冻结情况。

(5)在冻结过程中加强对盐水浓度的检测，要求其比重不小于 1.26(29.8 Be0)，结晶温度在-38.6℃，一旦浓度偏小，应及时补充氯化钙。

(6)在冻结过程中加强对盐水箱液面的测量，一旦发现盐水泄漏，及时上报，并对现场所有盐水管路进行检查。

首先判断是因冻结管断裂或焊接质量问题导致的盐水泄漏(此盐水漏入冻结土体内)，还是从冻结胶管或是盐水干管及阀门中泄漏的(此盐水未漏入冻结土体内)。

若盐水未漏入冻结土体，应查明情况及时修复，再恢复冻结;若盐水漏入冻结土体内，则要用排除法进一步确定是哪些组出现了问题，最后确定到具体的冻结管，采用下套管的方法修复，再恢复冻结。

(7)在冻结帷幕内布置4个卸压孔，左、右线各2个。

冻结过程中，加强对卸压孔内压力的观测，当压力上升至0.3 MPa时，需及时打开卸压孔释放因土体冻胀引起的冻胀力，减少对管片的危害;同时在冻结交圈之前，安装预应力支架，进一步
控制管片变形。

本文主要针对武汉轨道交通3号线联络通道冻结法施工方案及施工技术展开了讨论。

实践证明，冻结法应用于粉质黏土、粉土以及粉砂等软土中开挖施工不但可靠、经济、安全，而且简便易行，不失为一种可靠的支护方法。

随着城市建设的发展及大量轨道交通的建设，将会遇到越来越多的软土地层、流砂地层、地下水极丰富的风化地层等，冻结法在这些地层中的施工特性值得进一步深入研究。

【相关文献】
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