软土富水地层旁通道冻结法施工技术

软土富水地层旁通道冻结法施工技术

摘要：通过对旁通道及泵房断面特点、地质条件、存在的风险进行分析研究，采用水平与斜向冻结相结合的冻结管布置形式；采取分区冻结分区开挖的技术，运用预应力支架控制隧道收敛变形，采用微扰动控制冻涨融沉、工后融沉注浆的技术，确保冻结帷幕有效按期形成，避免开挖过程事故的发生，规避工程完工后的地表变形影响。

关键词：水平与斜向冻结；预应力支架；隧道收敛；微扰动；融沉注浆

1 工程概况

1.1 冻结断面位置和范围

为了满足区间隧道紧急疏散及排水的要求，苏州轨道交通2号线延伸线工程【三香广场站～劳动路站】盾构区间设有一个旁通道兼泵房，中心里程为右

DK27+195.000（左DK27+191.577）。其中各项规格指标为，隧道内两边线路之间的距离为13.0m，通道位置和隧道的顶端高度为-15.203m，其对应的地面高度标准约为+3.38m，隧道内部顶端的深度为19.283m。

1.2 工程地质

通过对之前的地质勘察数据报告可以看出，本次施工主要场地其地理位置处于苏州城市内，没有复杂地理特征，同时其地势为典型的平原，由于地处长江三角洲，其水系分布广，因此来说，施工项目上没有非常不利的地理地貌。其施工区域的土壤主要有以下几个：①人工填土层、③1粘土层、③2粉质粘土层、④1粉质粘土、④2粉土层、⑤1粉质粘土夹粉土层、⑤2粉砂夹粉土层、⑦1粉质粘土层、⑦3粉质粘土层。旁通道结构位置所处地层主要为④2粉土夹粉砂层、⑤1粉质粘土层、⑤2粉砂夹粉土层，地层均为软土，且含水量较大。

1.3 水文地质

根据勘察结果，旁通道位置附近有京杭大运河，其浜底分布有一定厚度的淤泥。此外，随着苏州城市建设大规模进行，工程沿线部分早期的明浜可能会被填埋形成暗浜。勘察过程中除局部孔填土较厚外，各勘探孔内未发现有暗浜分布。施工地区的地下水按照位置的不同可以分为松散岩类孔隙（微）承压水以及松散浅层孔隙潜水。通过数据调查发现，其地下水位最高可以达到2.50m，其变化幅度都是在1至2米之间，本次勘察的水位高度为0.21～1.36米。④2粉土夹粉砂层中主要存在微承压水，而⑤2粉砂夹粉土层中则是承压水，勘察实测④2层微承压水头标高为-2.68～-2.88m。近几年的数据表明，其微承压水水位的水位变化幅度较小，大约在0.8m，常年约为+1.60m，承压水水位标高一般在-2.5～-4.0m。

施工区域的水系统环境较好，没有出现各种污染的迹象。根据水质分析报告判定：由于工程中的各类钢材，混凝土以及各类材料由于长期浸泡在地下水中，在这种恶劣的环境条件下，会导致这类物质被慢慢腐蚀，带来了各类安全隐患。其主要的表现为会引起隧道内部积水、流沙，严重的甚至会发生塌方事故。

2 旁通道冻结法施工风险分析

2.1 存在的风险

冻结法施工原理是利用水的物理特性，使其冻结后形成强度能够满足开挖支护条件的冻结帷幕，在冻结帷幕内进行暗挖、结构施工。冻结帷幕壁的交圈时间和有效厚度的保障是关键环节，也是最大的风险点。

2.1.1 冻结钻孔过程风险

通过地质勘察数据我们可以看到，其施工区域的主要土层结构是各类粘土，

这类土质的特点就是其具有非常强的保水能力。因此在钻孔时，可能由于孔口密

封失效引起涌水涌沙坍塌现象，严重时因沙土流失严重可导致地表建构筑物破坏，甚至涌入隧道造成淹没事故。

2.1.2 隧道管片收敛变形

随着冻结工作的慢慢深入，隧道内土层中的水分开始结冻，这是会导致其体

积增大，进而会挤压旁通道部位两侧隧道的成型管片，如未对管片采取保护措施，管片受挤压而出现收敛变形，管片的不均匀收敛进一步导致管片出现错位、裂缝，从而产生渗漏水的可能。

2.1.3 结构自身风险

由于在挖掘隧道的过程中，一般都会设计较大的尺寸，这样会导致挖掘两面

的稳定性较差；二则初支施作后变形大易导致冻结管破裂，低温盐水流入土体，

会融化已成型的冻结帷幕，破坏冻结效果；三则集中冻结，冻胀力过大，土体应

力难以释放，造成地表及隧道管片变形，严重时会造成管片错位。

2.1.4 冻涨融沉风险

旁通道地表上方有大型、大跨度钢筋加工棚、污水管、自来水、燃气管、电

力管等重要建构筑物，如果的冻结期没有很好的控制，那么会导致这些建筑物受

到损坏或变形，还会导致附近管线的沉降变形。

3 风险控制措施

3.1 工法关键技术

旁通道开挖面设置水平冻结管结合集水井、拱顶处斜向冻结管，通过积极冻

结期的冻结后，从而构成了整体密封性较好、承受力高的冻结结构，最后在这个

结构内部开展施工。冻结能使开挖区域内的加固土体强度更高，止水效果更好，

洞内施工环境好，安全性高。开挖分区开挖，最大程度降低开挖过程中风险。根

据监测数据，冻结过程中通过热水循环、钻孔取土、卸压孔卸水卸砂密切调控冻

胀压力，解冻过程中通过注浆孔补充地层中融沉产生的空隙，将对地面形成的扰

动控制在允许值以内。

3.1.1 孔口密封装置

准备第二次开孔前，应该要提前将防喷涌装置弄好，确定各项工作没有遗漏后，在进行钻孔，以保证在整个钻孔的施工中不会出现喷涌。孔口密封装置设置

旁通阀，利于钻孔过程中水压的调节，对涌水涌砂有一定的预防作用，孔口密封

装置结构。

3.1.2 预应力支架安装

⑴当冻结开始15天时间内，要开始预装预应力支架。

⑵共设4榀预应力支架，安装方法如下：

在隧道的两边通道处架起榀钢支架，两者之间的距离控制在 2.5米的范围内，支架的布置应该呈现对称的形式，具体的安装布置图见图3。在支支架的过程中，应该要统筹管理，确保每个螺栓拧到位，支架上端的千斤顶要进行固定，以防落下，同时应该定期对其进行检查。

⑶预应力支架在安装的过程中，其位置要确保偏移误差不超过20mm。

⑷整个安装完成后，可以通过千斤顶来对预应力支架的受力进行调整，这个

过程要缓慢进行，确保千斤顶的最大承受力小于100KN，同时受力要分布均匀。

⑸要对隧道内各个收敛点进行勘察，以此来对千斤顶的顶力进行调整。