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地铁联络通道冷冻法施工技术
作者：史玉鹏
来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第02期
摘要：本文介绍了沈阳地铁一号线云峰北街站—沈阳站站区间联络通道冷冻法施工技术，包括施工工艺、流程，开挖施工的技术措施及监测融沉控制，重点对冻结设计、冻结施工技术进行了论述。
关键词：地铁区间 联络通道 冷冻法 施工技术
1 工程概况 1.1 设计简介
联络通道位于云峰北街站和沈阳站站区间DK11+395处，与泵站合建，联络通长为6米，宽2.0米，净空高2.5米（其中直墙部分高2.197米），通道洞门宽度为1.4m。排水泵站有效容积30m3。联络通道采用冷冻法冻结，矿山法暗挖施工，复合式衬砌，初期支护与二次衬砌之间设置SBS沥青卷材防水夹层。 1.2 工程地质及水文地质
地层主要有第四纪浑河新扇④（Q41 al+pl）圆砾（④-5）、砾砂（④-4）、（⑤-3）中、粗砂；圆砾（⑤-4-5）、砾砂（⑤-4）。粉质粘土层（⑤-1）为相对隔水层。地下水存于第四系浑河新扇中、粗砂④-3层及④-4的砾砂层中，属混合孔隙潜水含水层。使得承压水头埋深与潜水水位埋深基本相同，整个含水层可视为一个潜水含水层。含水层渗透性强，渗透系数一般在70～110m/d之间，水力坡度约1‰左右。 2 施工工艺、流程 2.1 施工工艺
冷冻法工艺原理是利用人工制冷技术，在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道外围土体冻结，隔绝地下水，以便形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻结壁的保护下，采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工。 2.2 施工流程
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联络通道施工可分为冻结孔施工、土体冻结和开挖构筑施工三个主要部分，其主要施工顺序见图2-1所示。
3 冻结孔施工及技术要点 3.1 冻结孔布置
冻结孔的布置采取从左线隧道单侧打孔方式进行。冻结孔按上仰、水平、下俯三种角度布置，联络通道共布置65个冻结孔。冻结孔的布置见图3-1。冻结孔的开孔位置误差不宜大于100mm，应避开管片接缝、螺栓、主筋。冻结孔开孔间距最大允许偏斜误差不得大于150mm 。冻结管用Φ×8mm，20#低碳钢无缝钢管，冻结管耐压不低于为0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。冻结管接头抗拉强度不低于母管的75%。 3.2 测温孔布置
测温孔布置6个，分别位于冻结部位最薄弱处，主要目的是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，确保施工的安全。测温管深孔选用Φ×8mm，浅孔选用Φ32×4mm无缝钢管，测温管长度每个2～6m，管前端焊接密封，管内不得渗水。 3.3 卸压孔布置
在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔，左线、右线各2个。在卸压孔上安装压力表，可以直观的监测冻结帷幕内的压力变化情况，通过每日观测，及时判断冻结帷幕的形成，并可直接释放冻胀压力。卸压管选用Φ32×4mm无缝钢管，卸压管长度每个1～3m，管前端开口，进入土体段钻孔呈梅花状，以确保冻结帷幕内的压力有效传递。 3.4 冻结孔施工顺序
先施工透孔，根据穿透孔的偏差，钻进时调整有关参数，然后根据联络通道施工的孔位，采用由上向下的顺序进行施工，可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。
3.5 冻结孔开孔、钻进及孔口密封装置
开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约220mm，控制不得钻穿管片。用钢楔楔断岩心，取出后打入孔口管，并固定在管片上，然后安装孔口密封装置。钻孔设备使用MD-50钻机一台，钻具利用φ×80mm冻结管作钻杆。在钻进过程中，用灯光测斜仪严格监测孔斜情况，发现偏斜及时纠偏。冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部，进行打压试验，压力控制在0.8MPa，稳定15分钟压力无变化为试压合格。冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度。冻结孔开孔及钻孔如图3-2所示。
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4 冻结设计及冻结技术 4.1 需冷量计算和冷冻机选型 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·h·q 式中:h—冻结总长度m； d—冻结管直径； q—冻结管散热系数；
计算得出联络通道需冷量7×104 Kcal/h。按照设计要求，选用无污染、效率高、体积小、重量轻、制冷量大、安装运输方便的W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组二台套，其中一台运转，一台备用。单台机组设计工况制冷量为8.75×104 Kcal/h，电机功率110KW，完全满足联络通道的制冷需求。制冷剂选用氟立昂F-22，冷媒剂选用氯化钙溶液。 4.2 管路连接、保温
管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上设置阀门和测温仪、压力表等测试组件。盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的保温板或棉絮保温。为加强冻结帷幕与管片胶结，联络通道两侧管片采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。 4.3 积极冻结与维护冻结
积极冻结，就是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。积极冻结盐水温度一般控制在-25～-28℃之间。在试运转时，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕发展情况，必要时调整冻结系统运行参数，冻结系统运转正常后进入积极冻结。此阶段为冻结帷幕的形成阶段，积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃，联络通道设计冻结时间35～40天，冻结孔单孔流量不小于5m3/h，积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去回路温差不大于2℃。在积极冻结过程中，根据实测温度判断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，就是调整冻结系统的运行参数，停止冻土的继续发展，维持设计冻结厚度。维护冻结期温度应保持在-28℃，维护冻结时间贯穿联络通道开挖和主体结构施工始终。 5 开挖与构筑施工技术措施
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①在冻结孔施工和冻结期间，积极采取措施，控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。②根据测温孔温度情况，开挖前在冻结最薄弱部位打设探孔，探明土体的实际冻结效果以确定冻土强度是否达到设计要求。③在开挖之前安装，做好水密性试验，安装安全门，以防紧急情况发生时使用。④现场应配备应急沙包（5m3）、水泥（3T）、麻丝、木板（3m3）、液氮（180L×2）等，现场备用发电机组，确保冻结施工时，双路电源，不间断供电。⑤集水井内有五排冻结孔暴露于开挖面，割除的冻结孔及时回复，加快开挖速度，减少冻土暴露时间。⑥加强信息化管理，在施工现场装专用电话。加强各部门之间的相互联络，强化生产指挥系统，确保安全、优质、高效施工。 6 融沉控制 6.1 融沉控制原则
冻结停止3～7天后，结构混凝土达到设计强度70%以上，可进行充填注浆和融沉注浆。注浆过程中根据监测的土体温度、沉降变化及时跟踪注浆，以控制融沉。 6.2 充填注浆
充填注浆的目的是补强衬砌并减小冻结壁解冻过程中的变形，防止衬砌透水的可能性。浆液为水泥浆液，重量配比为：水：水泥＝1：0.8～1。采用结构中预埋注浆孔及管片上原有注浆孔进行压浆，通道部位注浆压力不得大于静水压力，集水井部位注浆压力不得大于
0.1Mpa，注浆由下而上的顺序进行，当上一层注浆孔连续返浆后即可停止下一层注浆，直到充填注浆到拱项结束。 6.3 融沉注浆
融沉注浆在充填注浆完成后，根据监测反馈的信息（其沉降报警值设定为-30mm～+10mm），迅速组织注浆，并依此控制注浆量。采用在冻结帷幕两侧同时注浆的方式，将整个冻结区域全部进行压密注浆。浆液为双液浆，材料为水泥与水玻璃混合料。配合比为水泥浆：水玻璃溶液＝1：1，水玻璃溶液采用B35～B40加1～2倍体积的水稀释；水泥浆的配比为水：水泥＝１：１。注浆压力不大于0.5Mpa。根据监测的反馈信息，及时安装每个注浆循环，注浆由下而上的顺序进行，通道底板——通道侧墙——拱项。先注深层，后注浅层，注浆以少量多次为原则，反复注浆，直至达到控制要求。融沉注浆的结束是以地面变形稳定为依据，地层隆起达到2mm时应暂停注浆。 7 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，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。
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参考文献：
[1]王胜利，李宁，赵玉明.复杂地层地铁旁通道冻结孔施工技术[J].现代隧道技术，2009，46(4):-93.
[2]史基盛，陈馈，李荣智.南京地铁联络通道冷冻法施工技术[J].建筑机械化，2004(2):33. [3]李荣智.南京地铁联络通道冷冻法施工技术[J].隧道建设，2004(2):33-35.
