地层冻结技术在地铁隧道的10年发展_tumu

人工地层冻结法应用于地铁隧道工程的十年发展

周晓敏1白廷辉2

（1.北京科技大学土木与环境学院,北京,10083; 2.上海申通地铁集团有限公司,上海,201103）

摘要：从北京地铁”大-热”区间隧道冻结施工到上海地铁联络通道冻结施工,以工程的亲身实践，全面阐述了我国人工

地层冻结技术在地铁隧道工程中起步和10年的曲直发展过程，总结了各方面的技术进步，通过冻结工法的自身特点

剖析，讨论了未来所面临的市场和技术问题的挑战，提出了进一步发展的建议和展望。

关键词：人工地层冻结、地铁隧道、联络通道

中图法分类号:TU 472. 9 , U 455 , TD 265. 3 文献标识码：A

文章编号：

The reviews of past decade developments of AGF applying in subway tunnel engineering

zhou xiao-min1, Bai Ting-hui2

(1,Civil & Environment engineering college, USTB Beijing,100083.2,China;

2,Shanghai Shentong Metro Co.,Ltd,Shanghai,201103,China)

Abstract: Based on personal experience of ground freezing engineering practice in subway of “Da-Re”section Beijing and shanghai linking alleyway, t his paper review the beginning and the tortuous process of artificial ground freezing（AGF）method in the field of subway tunnel engineering in the past 10 years in china, summarize the technical achievements, analyze the advantages and disadvantages by its characteristics, and discuss the possible problems and challenges in the future, and put forward suggestions and outlook for further advance in tunnel engineering.

Keywords: artificial ground freezing (AGF), subway tunnel, linking alleyway

Email: ustb_zhou@

引言

2008年是值得全中国人自豪和期待的奥运年，对于从事地铁隧道行业人员来说，还可加上一条，就是我国隧道近水平冻结施工技术走过了10年。这几年我国城市地铁隧道建设迅猛发展，北京和上海的地铁建设速度达到每年40公里，可谓世界第一，人工地层冻结技术就得益于这一机会获得了新的发展。

10年前的1998年4月，在北京成功完成了我国首例隧道水平冻结工程，水平长度45m[1][2]，在对拱顶流砂进行冷冻加固后，打通国贸立交桥下隧道，解决了当时被喻为复八线全线贯通的一段“盲肠”手术难题。同年的8月，上海地铁2号线杨高路路-中央公园站区间联络通道采用全封闭暗挖施工，实现了我国首例城市地下封闭隧道硐室冻结暗挖施工，自此人工地层冻结技术也真正进入我国地铁隧道施工的新领域。

1 地铁隧道冻结技术的前期探索

地层冻结技术在我国的应用始于1955年的开滦煤矿林西矿风井[3]，到21世纪，我国井筒冻结技术得到跨越式发展，冻结深度达到702m，处于国际先进水平[4]。国内外的百年工程实践证明，地层冷冻法是解决复杂流砂、淤泥等不稳定地层的最可靠技术。

但是在我国地铁隧道和市政施工方面，地层冻结技术的应用则较慢，上世纪70年代，曾采用从地面打垂直孔方式在北京地铁明挖段进行了一段90m长，垂深28m的冻结法工程试验，1975年的沈阳地铁2号井竖井采用了冻结法施工。

1990年上海新建的地铁1号线，地铁的双向隧道之间需要修建联络通道，一开始采用地面垂直钻孔璇

作者简介：周晓敏男，博士，教授，北京科技大学土木与环境学院，主要

喷加固地层，如上海1号线的长沙路泵站、思南路泵站、宁海西路旁通道等[4][5]、但地面旋喷加固存在加固不到的死角如图1所示，并且占用路面，开挖施工时不仅变形较大，而且面临涌砂突水风险，因此当时联络通道的施工技术是一个迫切需要解决的难题。有的专家提出顶管法施工，但上海地铁之父刘建行院士则大胆提出尝试冰冻法施工，在调查国内外地层冻结技术后，选择了煤炭科学研究总院北京建井研究所进行合作，专业从事城市隧道地层冻结的科研工作，1993年上海地铁1号线长沙路泵站加固盲区采用小规模的冻结试验，取得成功。1993年煤炭建设系统又组织专家到日本考察，了解到和我国发展迥异的日本地层冻结技术，日本地层冻结技术主要用于市政和隧道工程，曾经完成了东京湾海底隧道的盾构对接等重大工程，这给地层冻结技术开拓上海市政工程领域增加了支持，但是当时在上海乃至国内，没有在繁忙交通、复

杂建筑、大江大河下施工隧道的先例，关键技术和工艺没有经过工程实践检验，工程风险是客观存在的，因此需要时间和经验上等待工程契机。

2 北京地铁隧道近水平冻结技术施工的成功

工程机遇的首先来临还是在北京。北京地层条件和上海有很大差异，主要是砂砾石粘土类地层，所以一般采用降水法就能克服地下水流问题。但是随着北京地铁复八线往东延伸，也开始出现粉细砂层，1997年复八线隧道在三环和建外大街的交汇处国贸立交桥下，“大-热”区间隧道拱顶遇到流动的粉细沙，隧道发生坍塌直至地表，施工被迫中断，复杂的地质条件、交错的地面建筑和繁忙地面交通使得该段隧道施工成为复八线贯通工期的一个难题，当时被喻为一段需要手术治理的一段“盲肠”隧道。这为开展隧道冻结工程技术研究带来机会。

北京地铁建设公司、北京城建集团会同煤炭科学研究总院北京建井所一起开展了隧道内的近水平冻结施工技术研究。在首先现场开展了近1个月的水平冻结孔试验[6]，水平钻孔长度45.6m，采用了国产MK-5坑道钻机，开发专利产品止逆钻头，结合灯光水平测斜技术、实现钻铺合一的水平孔钻进和冻结管铺设工艺，钻孔偏斜控制达到了<8‰，为实施水平冻结技术奠定了坚实基础；其次采用了小型螺杆氟利昂机组，实现在隧道内的制冷供冷；第三研究了冻土壁钢拱架网喷支护结构。工程于1998年1月19日开冻，3月26日开挖，4月10日完成冻结段施工，实现了“盲肠段”隧道的贯通。冻结期间地表隆起小于5mm,最终稳定的沉降小于25mm[1]，从而成功完成了我国第一例隧道水平冻结工程，见照片1。

照片1 北京地铁复八线隧道隧道拱顶45m水平冻结施工Photo1. 45m long horizontal arch ground freezing practice at the subway tunnel of line Fuba in Beijing.

3 上海地铁联络通道冻结法施工技术

北京地铁隧道水平冻结工程的成功，也加快了上

海地铁隧道联络通道采用冻结法实施的计划。上海地