地铁旁通道冻结法施工工法(改)

地铁旁通道冻结法施工工法

一、前言

旁通道（又称联络通道）是地铁隧道施工中技术难度大、工序较复杂的施工环节之一，作为旁通道施工安全的核心土体加固，一旦处理不当，会致使地面沉陷、房屋坍塌、隧道失去使用功能。2004年，上海地铁4号线就发生过类似的事故。因此在认真作好地质与环境调查的基础上采取合理的土体加固方案十分必要。

2004年，中铁四局集团在上海地铁M8线Ⅲ标段黄兴路站～延吉中路站区间隧道旁通道工程施工中,采用了冻结法加固的施工方法,通过对施工过程的归纳总结，以及参考有关施工技术资料,形成本工法。

二、工法特点

1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的；

2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度最大可达10MPa，安全性好；

3、无异物进入土壤，噪音小，不影响建筑物周围地下结构。

三、适用范围

适用于含水量大于10%的任何含水、松散、不稳定地层；可用于盾构隧道掘进、旁通道和泵站施工，顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等。

四、工艺原理

地铁旁通道冻结法是利用现代制冷技术，通过在需加固土层内敷设冻结管，冻结管内采用循环盐水，在冷冻机的作用下使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行旁通道的掘砌作业。是一种临时加固技术，可根据工程需要调节冻土强度，并可采取自然或强制解冻技术使其融化。

五、工艺流程

冻结法施工工艺流程图

六、施工操作要点

施工前，应根据工程地质、水文、构筑物、现场施工条件情况进行冻结帷幕、冻结孔布置、制冷及其他冻结参数设计。由于地面条件受限制，目前城市地铁旁通道的冻结孔主要是采用水平布置。

1、冻结孔施工

施工中,对每个施工工序加强管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站

安装、冻结管试漏、冻结过程检测的质量。

1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用经纬仪精确确定开孔孔位，以提高定位精度。

1.2利用冻结管作钻杆，冻结管采用丝扣连接，接缝要补焊，确保其同心度和焊接强度，冻结管到达设计深度后密封头部。施工时要准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。

1.3在砼管片上按设计位置开孔，开孔直径130㎜，当开到深度300㎜（管片厚350㎜）时停止钻进，安装孔口管，再将闸阀打开，用开孔器从闸阀内开孔，一直将砼管片开穿后钻进。开孔后，如地层内的水砂流量大，就及时关好闸门，若涌水涌砂较厉害，应当注水泥浆（或双液浆）止水待地层稳定后再钻。

2.2管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。

2.3设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。

3、积极冻结与维护冻结

积极冻结，就是在设备安装、调试完毕后充分利用设备的全部能力，尽快加速冻土发展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。旁通道积极冻结盐水温度一般控制在-25～-28℃之间。

积极冻结的时间主要由设备能力、土质、环境等决定的，上海地区旁通道施工积极冻结时间在40天左右。

维护冻结，就是在开挖与结构施工阶段，通过对冻结系统运行参数的调整，提高或保持盐水温度，降低或停止冻土的继续发展，维持结构施工的要求。旁通道维持冻结盐水温度一般控制在-22～-25℃之间。维护冻结时间由结构施工的时间决定。

4、开挖与结构施工

4.1开挖时机的确定

在积极冻结过程中，每天对冻土墙外边缘测温孔进行测温，利用冻结壁厚度及冻结壁平均温度计算公式对冻土墙的平均温度进行计算，达到或超过平均温度时，就可认为冻土强度已达到设计要求（上海地区冻土墙的平均温度一般是控制在-10℃左右，此时冻土的抗压强度为 3.9Mpa）。通过探孔试挖，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。

4.2开挖构筑

4.2.1土方开挖

首先用千斤顶及手拉葫芦拉开钢管片，因管片锈蚀而拉出困难时，应用大锤锤振管片，减轻拔出拉力。

土方开挖根据工程结构特点，开挖掘进采取分区方式进行，其施工顺序如图

2所示。

由于土体强度较高，开挖时（除喇叭口侧墙和拱顶外）采用全断面一次开挖，开挖步距视土体加固情况，采用短段掘砌技术，一般控制在0.5m 。采用风镐进行掘进。

4.2.2临时支护

临时支护采用16#槽钢加工成的直腿拱形支架和矩形支架。钢拱架为封闭形式用于喇叭口及通道内的临时支护。拱形支架的间排距与通道的开挖步距相对应为0.5m 。矩形钢支架用于泵站，支护间距为0.5m 。所有钢支撑架后用木背板密背，当支护间隙较大时，可增加背板厚度和木橛子。待通道开挖贯通后，钢支架挂网喷射混凝土进行临时支护。临时支护采用流动性好的C20的抗冻混凝土。

4.2.3永久支护

永久支护为结构设计中的钢筋砼结构，旁通道开挖及临时支护完成后，安装防水层及橡胶止水带，绑扎钢筋后一次连续进行浇筑砼，通道顶板可采用喷浆机对浇筑空隙进行充填。上部结构施工完成以后，开挖泵站，泵站开挖到设计深度，先对泵站底板进行封底浇筑，然后一次完成泵站的钢筋砼浇筑施工，衬砌时混凝土处于低湿环境中，采用设计要求的C30 S8商品混凝土，并加入防冻剂，缩短混凝土凝固时间。

5、工程监测 5.1工程监测的目的

旁通道开挖顺序图

图2

工程监测作为该工法的一项重要施工内容。其目的就是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。

5.2工程监测的内容

工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：冻结系统监测；冻结帷幕监测；周围环境和隧道土体进行变形监测。

5.2.1冻结系统监测内容为：冻结孔去回路温度；冷却循环水进出水温度；盐水泵工作压力；冷冻机吸排气温度；制冷系统冷凝压力；冷冻机吸排气压力；制冷系统汽化压力。

监测的方法：

在去、回路盐水干管上安装热电偶传感器测量去、回路盐水温度。在去路盐水干管上安装流量计测量总盐水流量，测量冻结器回路的盐水流量。在每组冻结器上设测温口，安装热电偶温度传感器测量盐水回路温度。冻结系统总流量在开冻时测量，其它温度与流量测量每天2次；确保每组冻结孔盐水流量≥5m3/小时。其他参数可在冷冻机的仪表上直接读取。

5.2.2冻结帷幕监测

监测内容：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结。

监测方法：

（1）温度监测

通过设测温孔检测冻土帷幕温度。每个测温孔设2～5个测点，分别布置在靠近管片处和测温管中末部。

按设计要求布置8个测温孔，实际可根据偏斜情况适当的增加测温孔数。在开冻前测出原始地温，以后监测频率可为每天1次。

（2）未冻土空隙水压力监测

设置2个泄压孔，上下行线各1个，通过在泄压管口安装压力表测量未冻土空隙水压力变化。安装后，先测出初始值，在冻结运转前期，测压孔每天观测一次，在测温孔估算要交圈时，测压孔每天观测2-3次，当压力增大到初始值的1/3时，须打开阀门，释放压力。

测温空孔和卸压孔的布置如下图3所示：