1、地鐵旁通道凍結(jié)法施工工法一、前言旁通道（又稱聯(lián)絡(luò)通道）是地鐵隧道施工中技術(shù)難度大、工序較復(fù)雜的施工環(huán)節(jié)之一，作為旁通道施工安全的核心土體加固，一旦處理不當(dāng)，會致使地面沉陷、房屋坍塌、隧道失去使用功能。2004年，上海地鐵4號線就發(fā)生過類似的事故。因此在認(rèn)真作好地質(zhì)與環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上采取合理的土體加固方案十分必要。2004年，中鐵四局集團(tuán)在上海地鐵M8線標(biāo)段黃興路站延吉中路站區(qū)間隧道旁通道工程施工中,采用了凍結(jié)法加固的施工方法,通過對施工過程的歸納總結(jié)，以及參考有關(guān)施工技術(shù)資料,形成本工法。二、工法特點(diǎn)1、可有效隔絕地下水，其抗?jié)B透性能是其它任何方法不能相比的； 2、凍土帷幕的形狀和強(qiáng)度可視施工

2、現(xiàn)場條件，地質(zhì)條件靈活布置和調(diào)整，凍土強(qiáng)度最大可達(dá)10MPa，安全性好；3、無異物進(jìn)入土壤，噪音小，不影響建筑物周圍地下結(jié)構(gòu)。三、適用范圍適用于含水量大于10%的任何含水、松散、不穩(wěn)定地層；可用于盾構(gòu)隧道掘進(jìn)、旁通道和泵站施工，頂管進(jìn)出洞施工、地下工程堵漏搶救施工等。四、工藝原理地鐵旁通道凍結(jié)法是利用現(xiàn)代制冷技術(shù)，通過在需加固土層內(nèi)敷設(shè)凍結(jié)管，凍結(jié)管內(nèi)采用循環(huán)鹽水，在冷凍機(jī)的作用下使地層中的水結(jié)冰，將松散含水巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下，進(jìn)行旁通道的掘砌作業(yè)。是一種臨時(shí)加固技術(shù)，可根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)凍土強(qiáng)度，并可采取自然或強(qiáng)制解凍技術(shù)使其融化。五、工藝流程凍

3、結(jié)法施工工藝流程圖施工前的準(zhǔn)備工作（進(jìn)場、加工件組織）鉆孔定位鉆 孔凍結(jié)管打壓下凍結(jié)器凍結(jié)管安裝凍結(jié)系統(tǒng)調(diào)試積極凍結(jié)開挖結(jié)構(gòu)完成維護(hù)凍結(jié)凍 結(jié) 系 統(tǒng) 部 分 安 裝工程監(jiān)測注 漿凍結(jié)溫度監(jiān)測結(jié)構(gòu)施工凍土融化六、施工操作要點(diǎn)施工前，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文、構(gòu)筑物、現(xiàn)場施工條件情況進(jìn)行凍結(jié)帷幕、凍結(jié)孔布置、制冷及其他凍結(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)。由于地面條件受限制，目前城市地鐵旁通道的凍結(jié)孔主要是采用水平布置。1、凍結(jié)孔施工施工中,對每個(gè)施工工序加強(qiáng)管理。控制凍結(jié)孔施工、凍結(jié)管安裝、凍結(jié)站安裝、凍結(jié)管試漏、凍結(jié)過程檢測的質(zhì)量。1.1開孔間距誤差控制在±20mm內(nèi)。在打鉆設(shè)備就位前，用經(jīng)緯儀精確確定開孔孔

4、位，以提高定位精度。1.2利用凍結(jié)管作鉆桿，凍結(jié)管采用絲扣連接，接縫要補(bǔ)焊，確保其同心度和焊接強(qiáng)度，凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后密封頭部。施工時(shí)要準(zhǔn)確丈量鉆桿尺寸，控制鉆進(jìn)深度。1.3在砼管片上按設(shè)計(jì)位置開孔，開孔直徑130，當(dāng)開到深度300（管片厚350）時(shí)停止鉆進(jìn)，安裝孔口管，再將閘閥打開，用開孔器從閘閥內(nèi)開孔，一直將砼管片開穿后鉆進(jìn)。開孔后，如地層內(nèi)的水砂流量大，就及時(shí)關(guān)好閘門，若涌水涌砂較厲害，應(yīng)當(dāng)注水泥漿（或雙液漿）止水待地層穩(wěn)定后再鉆。1.4按要求鉆進(jìn)、用燈光測斜，偏斜過大則進(jìn)行糾偏。鉆進(jìn)3m時(shí)，測斜一次，如果偏斜不符合設(shè)計(jì)要求，立即采取調(diào)整鉆孔角度及鉆進(jìn)參數(shù)等措施進(jìn)行糾偏，如果鉆孔仍然超

5、出設(shè)計(jì)規(guī)定，則進(jìn)行補(bǔ)孔。1.5凍結(jié)管(含測溫管)采用絲扣聯(lián)接加焊接。管子端部采用底蓋板和底錐密封。凍結(jié)管安裝完，進(jìn)行水壓試漏，初壓力0.8MPa，經(jīng)30分鐘觀察，降壓005MPa，再延長15分鐘壓力不降為合格，否則就近重新鉆孔下管。2、凍結(jié)系統(tǒng)安裝與調(diào)試2.1為確保凍結(jié)施工順利進(jìn)行，按1.5倍制冷系數(shù)選配制冷設(shè)備。冷凍站運(yùn)轉(zhuǎn)期間，要有兩套的配件，備用設(shè)備完好，確保冷凍機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，提高制冷效率。凍結(jié)站系統(tǒng)如下圖1所示：2.2管路用法蘭連接，在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設(shè)置伸縮接頭、閥門和測溫儀、壓力表、流量計(jì)等測試元件。集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管，每根凍結(jié)管的進(jìn)出口各裝閥門一個(gè)，以便控制

6、流量。2.3設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。3、積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)積極凍結(jié)，就是在設(shè)備安裝、調(diào)試完畢后充分利用設(shè)備的全部能力，盡快加速凍土發(fā)展，在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)把鹽水溫度降到設(shè)計(jì)溫度。旁通道積極凍結(jié)鹽水溫度一般控制在-25-28之間。積極凍結(jié)的時(shí)間主要由設(shè)備能力、土質(zhì)、環(huán)境等決定的，上海地區(qū)旁通道施工積極凍結(jié)時(shí)間在40天左右。維護(hù)凍結(jié)，就是在開挖與結(jié)構(gòu)施工階段，通過對凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，提高或保持鹽水溫度，降低或停止凍土的繼續(xù)發(fā)展，維持結(jié)構(gòu)施工的要求。旁通道維持凍結(jié)鹽水溫度一般控制在-22-25之

7、間。維護(hù)凍結(jié)時(shí)間由結(jié)構(gòu)施工的時(shí)間決定。4、開挖與結(jié)構(gòu)施工4.1開挖時(shí)機(jī)的確定在積極凍結(jié)過程中，每天對凍土墻外邊緣測溫孔進(jìn)行測溫，利用凍結(jié)壁厚度及凍結(jié)壁平均溫度計(jì)算公式對凍土墻的平均溫度進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到或超過平均溫度時(shí)，就可認(rèn)為凍土強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求（上海地區(qū)凍土墻的平均溫度一般是控制在-10左右，此時(shí)凍土的抗壓強(qiáng)度為3.9Mpa）。通過探孔試挖，確認(rèn)凍土帷幕內(nèi)土層無流動水后（飽和水除外）再進(jìn)行正式開挖。4.2開挖構(gòu)筑4.2.1土方開挖首先用千斤頂及手拉葫蘆拉開鋼管片，因管片銹蝕而拉出困難時(shí)，應(yīng)用大錘錘振管片，減輕拔出拉力。 土方開挖根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開挖掘進(jìn)采取分區(qū)方式進(jìn)行，其施工順序如圖2所示

8、。由于土體強(qiáng)度較高，開挖時(shí)（除喇叭口側(cè)墻和拱頂外）采用全斷面一次開挖，開挖步距視土體加固情況，采用短段掘砌技術(shù)，一般控制在0.5m。采用風(fēng)鎬進(jìn)行掘進(jìn)。4.2.2臨時(shí)支護(hù)臨時(shí)支護(hù)采用16#槽鋼加工成的直腿拱形支架和矩形支架。鋼拱架為封閉形式用于喇叭口及通道內(nèi)的臨時(shí)支護(hù)。拱形支架的間排距與通道的開挖步距相對應(yīng)為0.5m。矩形鋼支架用于泵站，支護(hù)間距為0.5m。所有鋼支撐架后用木背板密背，當(dāng)支護(hù)間隙較大時(shí)，可增加背板厚度和木橛子。待通道開挖貫通后，鋼支架掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)采用流動性好的C20的抗凍混凝土。4.2.3永久支護(hù)永久支護(hù)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，旁通道開挖及臨時(shí)支護(hù)完成后

9、，安裝防水層及橡膠止水帶，綁扎鋼筋后一次連續(xù)進(jìn)行澆筑砼，通道頂板可采用噴漿機(jī)對澆筑空隙進(jìn)行充填。上部結(jié)構(gòu)施工完成以后，開挖泵站，泵站開挖到設(shè)計(jì)深度，先對泵站底板進(jìn)行封底澆筑，然后一次完成泵站的鋼筋砼澆筑施工，襯砌時(shí)混凝土處于低濕環(huán)境中，采用設(shè)計(jì)要求的C30 S8商品混凝土，并加入防凍劑，縮短混凝土凝固時(shí)間。5、工程監(jiān)測5.1工程監(jiān)測的目的工程監(jiān)測作為該工法的一項(xiàng)重要施工內(nèi)容。其目的就是根據(jù)量測結(jié)果，掌握地層及隧道的變形量及變形規(guī)律，以指導(dǎo)施工。5.2工程監(jiān)測的內(nèi)容工程監(jiān)測貫穿整個(gè)施工過程，其主要監(jiān)測內(nèi)容為：凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測；凍結(jié)帷幕監(jiān)測；周圍環(huán)境和隧道土體進(jìn)行變形監(jiān)測。5.2.1凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容為

10、：凍結(jié)孔去回路溫度；冷卻循環(huán)水進(jìn)出水溫度；鹽水泵工作壓力；冷凍機(jī)吸排氣溫度；制冷系統(tǒng)冷凝壓力；冷凍機(jī)吸排氣壓力；制冷系統(tǒng)汽化壓力。監(jiān)測的方法：在去、回路鹽水干管上安裝熱電偶傳感器測量去、回路鹽水溫度。在去路鹽水干管上安裝流量計(jì)測量總鹽水流量，測量凍結(jié)器回路的鹽水流量。在每組凍結(jié)器上設(shè)測溫口，安裝熱電偶溫度傳感器測量鹽水回路溫度。凍結(jié)系統(tǒng)總流量在開凍時(shí)測量，其它溫度與流量測量每天2次；確保每組凍結(jié)孔鹽水流量5m3/小時(shí)。其他參數(shù)可在冷凍機(jī)的儀表上直接讀取。5.2.2凍結(jié)帷幕監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容：凍結(jié)壁溫度場；凍結(jié)壁與隧道膠結(jié)。監(jiān)測方法：（1）溫度監(jiān)測通過設(shè)測溫孔檢測凍土帷幕溫度。每個(gè)測溫孔設(shè)25個(gè)測點(diǎn)，

11、分別布置在靠近管片處和測溫管中末部。按設(shè)計(jì)要求布置8個(gè)測溫孔，實(shí)際可根據(jù)偏斜情況適當(dāng)?shù)脑黾訙y溫孔數(shù)。在開凍前測出原始地溫，以后監(jiān)測頻率可為每天1次。（2）未凍土空隙水壓力監(jiān)測設(shè)置2個(gè)泄壓孔，上下行線各1個(gè)，通過在泄壓管口安裝壓力表測量未凍土空隙水壓力變化。安裝后，先測出初始值，在凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)前期，測壓孔每天觀測一次，在測溫孔估算要交圈時(shí)，測壓孔每天觀測2-3次，當(dāng)壓力增大到初始值的1/3時(shí)，須打開閥門，釋放壓力。測溫空孔和卸壓孔的布置如下圖3所示：（3）凍結(jié)帷幕形成后的探孔監(jiān)測即在推算的凍土內(nèi)外邊緣處開32的小孔。并下測溫線監(jiān)測其溫度的變化，監(jiān)測頻率為每2小時(shí)1次。在監(jiān)測中其數(shù)據(jù)與推算的相同（接近

12、0）說明整個(gè)凍結(jié)帷幕已形成，要是不一致，在反推算出凍土帷幕的發(fā)展情況。根據(jù)探孔情況，斷定旁通道是否安全開挖。5.2.3周圍環(huán)境和隧道土體進(jìn)行變形監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容：地表及隧道沉降監(jiān)測；隧道的水平及垂直方向的收斂變形監(jiān)測；地面建筑物沉降監(jiān)測。監(jiān)測方法：（1）地面建筑物、隧道及地表沉降監(jiān)測。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)施工的影響范圍約為旁通道附近20m的區(qū)域，須對整個(gè)影響區(qū)域都進(jìn)行地表隆起與沉降監(jiān)測。監(jiān)測范圍建議為：邊長30m的正方形區(qū)域。測點(diǎn)間距按25m考慮，在旁通道正上方取較小的間距。旁通道上方有建筑物，測點(diǎn)布置在建筑物上，其間距可作適當(dāng)調(diào)整。地表監(jiān)測時(shí)間從開始施工凍結(jié)孔起，到凍結(jié)壁融化結(jié)束、監(jiān)測地表變形基本穩(wěn)定

13、為止。測量頻度視地表變化速度及可能對地面結(jié)構(gòu)造成影響的嚴(yán)重程度確定，變形速度越快，施工影響越大，則監(jiān)測時(shí)間間隔越短。初步考慮在鉆孔、凍結(jié)期間每天測量1次，開挖期間每天監(jiān)測12次。根據(jù)監(jiān)測情況來調(diào)整監(jiān)測頻率。在通道兩側(cè)20m范圍內(nèi)對隧道水平及垂直方向的收斂變形及施工影響范圍內(nèi)的隧道整體進(jìn)行監(jiān)測。沉降監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在隧道底環(huán)片上，測點(diǎn)間距為2m，測點(diǎn)用道釘打入環(huán)片內(nèi)牢固。監(jiān)測頻率同上。開挖構(gòu)筑施工結(jié)束后，在凍土墻及結(jié)構(gòu)外壁之間存在一定的間隙，在結(jié)構(gòu)施工中預(yù)埋注漿管，在結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，及時(shí)對這種施工間隙進(jìn)行壁后注漿充填，以控制地面及隧道的沉降。（2）隧道管片變形監(jiān)測和水平及垂直方向的收斂變形監(jiān)測。隧道變

14、形通過量測管片的水平和垂直位移來測定。監(jiān)測范圍為沿隧道40m。測點(diǎn)間距按2m考慮，在旁通道附近測點(diǎn)布置應(yīng)加密。監(jiān)測頻率同上。為減輕旁通道開挖構(gòu)筑施工既有隧道的影響，開挖前，在通道開口處隧道中設(shè)置簡易預(yù)應(yīng)力隧道支架，以對隧道產(chǎn)生不利的影響。簡易預(yù)應(yīng)力隧道支架形式為圓形支架，每榀鋼支架為組合結(jié)構(gòu)，區(qū)間隧道上下行線旁通道開口兩側(cè)各架兩榀。每榀支架有六個(gè)支點(diǎn)，由六個(gè)32t螺旋式千斤頂提供預(yù)應(yīng)力。 （3）凍脹與融沉的監(jiān)測在地面和已施工好的旁通道內(nèi)測點(diǎn)使用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率每天1-2次，必要時(shí)隨時(shí)跟蹤監(jiān)測。凍脹補(bǔ)救措施：發(fā)現(xiàn)凍脹影響到建筑物和地下管線，通過打卸壓孔減小凍脹或打凍結(jié)孔加熱循環(huán)，

15、進(jìn)行解凍。融沉補(bǔ)救措施：融沉是凍結(jié)法加固施工中不可避免的，如果融沉太大，對隧道將產(chǎn)生不利影響。為減少融沉，可通過隧道及旁通道預(yù)留的注漿孔，采取跟蹤注漿的形式，根據(jù)觀測到的隧道及地層沉降情況，及時(shí)地對地層進(jìn)行補(bǔ)償注漿。七、機(jī)具設(shè)備1、凍結(jié)法施工旁通道所用設(shè)備見表1表1 旁通道凍結(jié)施工主要機(jī)械設(shè)備表序號設(shè)備名稱規(guī)格、型號數(shù)量額定功率能力1螺桿冷凍機(jī)組JYSGF300II1臺110kW87500Kcal/h2鹽水泵IS125-100-2001臺45kW200m3/h3冷卻水泵IS125-100-200C2臺15kW120m3/h4冷卻塔NBL-502臺15m3/h5鉆機(jī)MK-501臺6電焊機(jī)BS-4

16、02臺7抽氟機(jī)1臺凍結(jié)設(shè)備實(shí)物詳見附照片2、凍結(jié)法施工旁通道所用量測設(shè)備見表2表2 旁通道凍結(jié)施工主要量測設(shè)備表序號設(shè)備名稱規(guī)格、型號數(shù)量備注1經(jīng)緯儀J21臺2測溫儀GDM81451臺測量凍土溫度3精密水準(zhǔn)儀1臺4打壓機(jī)20MPa1臺凍結(jié)器打壓試漏5收斂儀1臺凍土帷幕收斂6鋼卷尺20m1把八、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)本工法施工參照煤炭行業(yè)煤礦井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范·GBJ213-90、煤礦井巷工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)·MT5009-94進(jìn)行。除了參照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：1、凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇比較安全的計(jì)算模型，要有足夠的安全系數(shù)；2、冷凍機(jī)組制冷量在設(shè)計(jì)時(shí)，取較大的備用系數(shù)

17、；3、鉆孔的偏斜應(yīng)控制在1%以內(nèi)；4、終孔間距不大于1.0m；5、在凍土帷幕關(guān)鍵部位，多布置測溫孔，監(jiān)測凍土帷幕的形成過程。九、勞動力組織所需作業(yè)人員分兩階段配備，見表3、表4： 表3 鉆孔、設(shè)備安裝階段作業(yè)人員配備情況工 作 項(xiàng) 目工 種技術(shù)等級人 數(shù)備 注凍結(jié)孔施工打鉆工中級5人凍結(jié)管安裝凍安工中級3人機(jī)械安裝、維修機(jī)修工高級2人電氣安裝、維修電 工高級2人電焊電焊工中級1人凍結(jié)管焊接輔助施工普通工6人當(dāng)班負(fù)責(zé)施工員1人總計(jì)20人表4 凍結(jié)階段作業(yè)人員配備情況工 作 項(xiàng) 目工 種技術(shù)等級人 數(shù)備 注機(jī)械維修機(jī)修工中級1人電氣維修電工高級1人（包括設(shè)備數(shù)據(jù)采集）工程監(jiān)測測量工高級3人環(huán)境變化

18、監(jiān)測測溫技術(shù)員1人測溫孔測溫輔助施工普通工中級2人當(dāng)班負(fù)責(zé)施工員1人總計(jì)9人十、安全及環(huán)境保護(hù)1、凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)時(shí)要考慮各種最不利條件，保證方案安全可靠：2、設(shè)計(jì)計(jì)算的各種最不利條件，在施工組織設(shè)計(jì)及施工中，做到重點(diǎn)防范，采取切實(shí)可行、有效的措施加以控制。3、選用無污染、效率高、體積小、重量輕、制冷量大、安裝運(yùn)輸方便的螺桿冷凍機(jī)組作為制冷系統(tǒng)的主機(jī)，以適應(yīng)地鐵施工場地小、工期緊的需要。4、采用通訊系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)有效的監(jiān)控施工現(xiàn)場，對施工中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)匯報(bào)處理。5、旁通道設(shè)安全防水門，一但發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情關(guān)閉防水門，保護(hù)隧道。6、在對面隧道內(nèi)，增設(shè)冷凍板，冷凍板排管外設(shè)置泡沫保溫材料，以確保對面隧道交接

19、處的完好凍結(jié)狀態(tài)。7、在管線交底后也可對地下管線和隧道進(jìn)行必要的支撐。對離凍結(jié)區(qū)較近的管線與建筑物進(jìn)行暴露或保溫，防止凍壞。8、為預(yù)防開挖中的意外停工，甚至出現(xiàn)冒頂、涌砂事故，采取以下預(yù)案：在旁通道開挖期間，通道內(nèi)準(zhǔn)備3米長16#槽鋼（或鋼管）6根，粘土2.0t和足夠的砂袋，以在必要時(shí)堆粘土和砂袋封閉通道，預(yù)防淹隧道。9、采取必要的措施，防止打凍結(jié)孔時(shí)水土流失；在鉆孔施工期間加強(qiáng)沉降的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)跑泥漏沙水土流失嚴(yán)重引起的沉降，影響到建筑物和地下管線，應(yīng)立即停止施工，立即注漿，防止沉降影響周圍建筑物和地下管線。十一、效益分析凍結(jié)法加固費(fèi)用目前行情約120萬元，水泥土深層攪拌樁加固約25萬元，兩者相比，凍結(jié)法費(fèi)用較高，但其具有攪拌樁加固所沒有的以下長處：1、勿須在地面施工，對地面無干擾，節(jié)省城市交通組織費(fèi)用，社會效益顯著。2、阻水效果好，支護(hù)安全性好，工期有保證。3、符合環(huán)保要求，對周圍環(huán)境無任何污染。 十二、工程實(shí)例上海地鐵楊浦線（M8