浅谈冷冻法在地铁联络通道施工中的应用

浅谈冷冻法在地铁联络通道施工中的应用 【摘要】地铁区间联络通道施工由于受空间限制, 其施工有相当难度, 介绍冷冻法技术在 区间联络通道施工中的一些注意事项, 为类似工程施工提供一些思路。 【关键词】冷冻法、联络通道 一、引言 冷冻法施工工艺最早出现在欧洲, 在矿井施工中广泛使用, 其原理是利用冷冻机对冷冻液进行降温, 并通过循环管路输送到需要冷冻的区域, 并保持温度, 使温度向外扩散产生冻结效果。近年来，该工艺被广泛运用到地铁区间的联络通道开挖构筑施工，得到了比较好的效果。以下就南昌地铁区间的冷冻法施工谈一些个人体会。 二、工程概况 南昌地铁某区间联络通道，隧道内半径2.70m 、外半径3.00m 。采用矿山暗挖法施工，复合式衬砌结构，初期支护与二次衬砌之间设置防水层，初期支护厚度250mm,二衬厚度400mm 。在拟构筑联络通道及泵站位置，设计隧道中心距13.4m 。施工范围内的土层主要为有③4粗砂、③5砾砂、部分为⑤3-1强风化粉砂质泥岩、⑤3-2中风化粉砂质泥岩。采用JYSLG16F-M 型冷冻机组，额定制冷量为 86000kcal/h ，施工冻结总需冷量为70430kcal/h ，冷冻机组电机额定功率为125kw ，冻结制冷施工冷却水用量为15 m 3/h ，冻结孔设计间距0.5—1m ，孔数69个，另设测温孔8个，卸压孔4个。冻土墙设计厚度为1.8米，钻孔设备采用MD-80A 钻机，冻结管采用低碳无缝钢管（Ф89×8mm ），冻结管总长度585米。 冻结孔布置图见图1。 三、冷冻法施工工法及流程 1、施工工法 根据本工程特点结合以往冻结法在南昌地区的使用经验，联络通道施工拟采用“隧道内水平冻结加固土体，隧道内暗挖构筑”的施工方案，即：在隧道内采用冻结法加固地层，使联络通道外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻土帷幕，然后在冻土帷幕中采用矿山法进行通道或泵房的开挖构筑施工。用冻结法加固地层的突出优点是：冻土帷幕均匀性好且与隧道管片结合严密，加固与封水效果良好，施工安全可靠。 2、工艺流程 联络通道施工主要包括冻结孔施工、土体冻结、开挖构筑施工、融沉注浆等主要部分，其主要施工顺序见图2所示。 四、冷冻法施工技术要点 1、冻结孔施工 在冻结孔开孔之前，应严格按图纸要求，根据施工基准点，用全站仪精确放样点位。冻结孔开孔采用二次开孔工艺, 在混凝土管片上一次开孔采用Φ121mm 金刚石取芯钻钻进

图1 冻结孔布置图

图2 联络通道冻结施工流程图 冻结管 N100球阀

250mm 。安装孔口管，孔口管用Ф121×5mm

无缝钢管加工，砼管片上的孔口管头部加

工250mm 长的鱼鳞扣，安装时在鱼鳞扣外

面缠绕麻丝，孔口管设一个4分球阀，用

于成孔后注浆固管，防止漏水。对于钢管

片上的冻结孔，则将孔口管直接焊接在钢

管片上，并用双快水泥及钢板将孔口管固

定。二次开孔前，在孔口管上安装DN100球阀及压紧装置。孔口压紧装置示意图如

图3所示。本工程共钻孔81个，其中对穿孔4个，非对穿冻结孔65个，测温孔8个，卸压孔4个。

2、冻结制冷系统建设

根据现场情况，冷冻站按一用一备配置设备。主运转、备用机均采用JYSLG16F-M 型冷冻机组。确保正确连接管路、安装保温与测试仪表后，机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。设备安装完毕后进行调试和试运转。检查确认电路系统、冷却水循环系统、盐水循环系统运行参数正常后才开冷冻机。冷冻机先空转1~3h ，观察运转是否异常。在试运转时，要逐步调节能量、压力、温度和电机负荷等各状态参数，使机组在有关设备规程和运行要求的技术参数条件下运行。

3、积极冻结与维护冻结

开始冻结后，要巡回检查冻结器是否有断裂漏盐水的情况发生，一旦发现盐水漏失，立即关闭阀门。并根据盐水漏失情况采取补救措施。在冻结过程中，每天检测去、回路干管盐水温度、冻结器回路盐水温度、盐水箱液位变化、冷却水温度，观察冻结器头部结霜是否有异常融化。根据统计数据，本工程冷冻站正常运转4天盐水温度降至-18℃，积极冻结15天盐水温度降到-24℃以下。截止到45天的降温曲线图见图4，测温孔降温曲线见图5。

据统计数据分析：冻结最慢发展速度为22mm/d ，以最慢发展速度计算45天冻土发展半径r=22mm/d*45d=990mm 。以发展半径作图分析联络通道处冻结帷幕厚度为1980mm ；即联络通道冻土帷幕最薄弱处1.98m 大于1.8m （设计值），满足要求。平均温度-11.06℃低于设计冻结帷幕平均温度-10℃；管片壁后冻土帷幕平均温度-9.96℃低于设计冻结帷幕平均温度-5℃，达到开挖标准。

五、结语

冷冻法适用于各类地层，是一种环保型工法，目前在地铁盾构双线区间联络通道和泵房施工中得到了广泛的应用。尤其适合在城市地下管线密布，施工条件困难地段，不受地表环境及深度限制，工艺先进、安全可靠、文明施工程度高。具有良好的社会、经济效益，具有良好的发展前景。

图5 测温孔温度随时间发展历程

图4 盐水降温曲线图 孔口密封装置 旁通阀 图3 孔口压紧装置示意图