凍結(jié)法在地鐵盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用李棟（中鐵十一局集集團(tuán)城市軌道道工程有限公公司武漢4300074）[摘要]凍結(jié)法法是在地層中中按預(yù)定間隔隔埋設(shè)凍結(jié)管管（φ100mm的管徑）冷冷卻液在凍結(jié)結(jié)管上循環(huán)，則則管周圍地層層中的孔隙水水以管為中心心生成年輪形形柱狀凍土。若若使鄰近的凍凍土柱連結(jié)在在一起，即形形成止水墻或或反力墻。凍凍結(jié)法施工技技術(shù)在國際上上被廣泛應(yīng)用用于城市建設(shè)設(shè)和煤礦建設(shè)設(shè)中，已有100多年的歷史史，我國采用用凍結(jié)法施工工技術(shù)至今也也已有40多年的歷史史，主要用于于煤礦井筒開開挖施工，自1992年起，凍結(jié)結(jié)法工藝被廣廣泛應(yīng)用于上上海、北京、深深圳、南京等等城市地鐵工工程施工中。公公司在杭州地鐵隧道道聯(lián)絡(luò)通道工程程施工中，采采用了凍結(jié)法法加固的施工工方法，本文文通過對施工工工藝的歸納納總結(jié)，以及及參考有關(guān)施施工技術(shù)資料料，形成本工工法。[關(guān)鍵詞]凍結(jié)結(jié)法地鐵聯(lián)絡(luò)通道應(yīng)用1工程概況杭州地鐵九堡東東站～喬司南南站盾構(gòu)區(qū)間間隧道聯(lián)絡(luò)通通道及泵站位位于區(qū)間隧道道中部，聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道及泵站站采取合并建建造模式，距距離聯(lián)絡(luò)通道道上部地面正正上方14m處有一居民民房，聯(lián)絡(luò)通通道上方無重重要管線。擬構(gòu)筑聯(lián)絡(luò)通道道所在位置的的隧片為鋼管管片，隧道內(nèi)內(nèi)徑為φ5.5m，上上、下行線隧隧道中心線距距離15.466m。聯(lián)絡(luò)通道道結(jié)構(gòu)見圖1。圖1聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)示示意圖2工程地質(zhì)及水水文地質(zhì)條件件根據(jù)離聯(lián)絡(luò)通道道最近的地質(zhì)質(zhì)勘探孔提供供的地質(zhì)情況況，聯(lián)絡(luò)通道道所處地層上上部和中部為為③5砂質(zhì)粉土、下下部③6粉砂夾砂質(zhì)質(zhì)粉土，見圖圖1所示。該土土層具有高壓壓縮性、低強(qiáng)強(qiáng)度、靈敏度度高、透水性性強(qiáng)等特點(diǎn)，在在動力作用下下易產(chǎn)生流變變現(xiàn)象。在該地層內(nèi)進(jìn)行行聯(lián)絡(luò)通道開開挖構(gòu)筑，須須對土體進(jìn)行行穩(wěn)妥、可靠靠的加固處理理。凍結(jié)法加加固土體具有有強(qiáng)度高，封封水性好，安安全可靠的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，極適于于本工程。3施工工藝過程程3.1施工方案案選定根據(jù)上述聯(lián)絡(luò)通通道施工條件件，決定采用用“隧道內(nèi)水平平凍結(jié)加固土土體、隧道內(nèi)內(nèi)礦山法開挖挖構(gòu)筑”的全隧道內(nèi)內(nèi)施工方案。即即：在隧道內(nèi)內(nèi)利用水平孔孔和部分傾斜斜孔凍結(jié)加固固地層，使聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道及泵泵房外圍土體體凍結(jié)，形成成強(qiáng)度高，封封閉性好的凍凍結(jié)帷幕。在在凍土中采用用礦山法進(jìn)行行聯(lián)絡(luò)通道及及泵站的開挖挖構(gòu)筑施工，地地層凍結(jié)和開開挖構(gòu)筑施工工均在區(qū)間隧隧道內(nèi)進(jìn)行。3.2凍結(jié)法的的施工工藝圖2凍結(jié)法施工工流程圖3.3凍結(jié)加固固設(shè)計(jì)3.3.1凍結(jié)結(jié)帷幕的加固固范圍聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)帷帷幕按凍結(jié)加加固設(shè)計(jì)圖的的要求進(jìn)行施施工。凍結(jié)壁壁平均溫度設(shè)設(shè)計(jì)為-10℃，相應(yīng)的凍凍土強(qiáng)度的設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)為：：單軸抗壓3.6Mppa，抗折1.8Mppa，抗剪1.6Mppa，無側(cè)限抗抗壓強(qiáng)度quu≥3.0Mpaa，土體滲透透系數(shù)k≤1×0-8cm/ssec。3.3.2凍結(jié)結(jié)孔、測溫孔孔與卸壓孔的的布置3.3.2.11凍結(jié)孔布置置從上、下行線隧隧道兩側(cè)打孔孔方式進(jìn)行施施工。凍結(jié)孔孔按上仰、水水平、下俯三三種角度布置置，共布置凍凍結(jié)孔78個，其中上上行線64個，下行線14個。設(shè)置穿穿透孔4個。凍結(jié)孔孔的布置詳見見圖3、圖4。圖3：凍結(jié)孔立立面透視圖4：凍結(jié)孔孔平面布置3.3.2.22測溫孔布置置測溫孔共布置88個，上行線4個，下行線4個，深度為2～6m，主要是測測量凍結(jié)帷幕幕范圍不同部部位的溫度發(fā)發(fā)展?fàn)顩r，以以便綜合采用用相應(yīng)控制措措施，確保施施工的安全。3.3.2.33卸壓孔布置置在凍結(jié)帷幕封閉閉區(qū)域內(nèi)布置置4個卸壓孔(利用管片上上的注漿孔)，上行線、下下行線各2個。在卸壓壓孔上安裝壓壓力表，可以以直觀的監(jiān)測測凍結(jié)帷幕內(nèi)內(nèi)的壓力變化化情況，通過過每日觀測，及及時判斷凍結(jié)結(jié)帷幕的形成成，并可直接接釋放凍脹壓壓力。3.3.3凍結(jié)結(jié)參數(shù)積極凍結(jié)期鹽水水溫度為-228℃～-30℃，維護(hù)凍結(jié)結(jié)期溫度為--25℃～-28℃。積極凍結(jié)時間為為40天，維護(hù)護(hù)凍結(jié)時間與與開挖和結(jié)構(gòu)構(gòu)施工相同。凍結(jié)孔單孔流量量不小于3m3/h。積極凍結(jié)7天鹽鹽水溫度降至至18℃以下，積極極凍結(jié)15天鹽水溫度度降至-24℃以下，去、回回鹽水溫差不不大于2℃，開挖時鹽鹽水溫度降至至-28℃以下。3.3.4需冷冷量計(jì)算和冷冷凍機(jī)選型凍結(jié)需冷量計(jì)算算：Q=1..2·π·d·H·K式中:H—凍結(jié)結(jié)總長度，7725m；d—凍結(jié)管直徑徑；K—凍結(jié)管散熱熱系數(shù)；將上述參數(shù)代入入公式得出最最大需冷量為為：Q=6.5××104Kcall/h根據(jù)以上計(jì)算需需冷量，選用用W-YSLLGF3000Ⅱ型螺桿機(jī)組組二臺套，并并聯(lián)安裝，單單臺運(yùn)行，互互為備用。單單臺機(jī)組設(shè)計(jì)計(jì)工況制冷量量為8.7×104Kcall/h，電機(jī)機(jī)功率110KW，完全滿滿足制冷需求求。3.3.5凍結(jié)結(jié)系統(tǒng)輔助設(shè)設(shè)備（1）鹽水循環(huán)環(huán)泵選用ISS150-125－315型2臺，流量2000m3/h，電機(jī)功功率30KWW。（2）冷卻水循循環(huán)泵選用IIS150-125－315型2臺，流量2000m3/h，電機(jī)功功率30KWW。冷卻塔選選用NBL--50型2臺，補(bǔ)充新新鮮水15m3/h。3.3.6管路路選擇（1）凍結(jié)管選選用Φ89×8mm,220#低碳鋼無縫縫鋼管,絲扣連接,另加手工電電弧焊焊接。單單根長度1～1.5m。（2）供液管選選用1.5″鋼管，采用用焊接連接。（3）測溫管和和卸壓管選用用Φ32×3.5mmm,無縫鋼管管。（4）鹽水干管管和集配液圈圈選用Φ159×6mm無縫鋼鋼管。（5）冷卻水循循環(huán)管選用Φ133×4.5mmm無縫鋼管。（6）凍結(jié)站對對側(cè)隧道的冷冷凍排管選用用Φ32×3.5mmm無縫鋼管。3.3.7其它它冷凍機(jī)油選用NN46冷凍機(jī)機(jī)油。制冷劑選用氟立立昂F-222。冷媒劑選用氯化化鈣溶液。總用電額定負(fù)荷荷約388kw//h。3.4凍結(jié)孔施施工圖5凍結(jié)孔開孔孔及密封裝置置示意圖3.4.1凍結(jié)結(jié)孔定位與管管片開孔依據(jù)施工基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)，按凍結(jié)孔孔施工圖進(jìn)行行凍結(jié)孔孔位位放線，孔位位布置首先要要依據(jù)管片配配筋圖和鋼管管片加強(qiáng)筋的的位置，在避避開主筋、管管片縫、螺栓栓及鋼管片肋肋板的前提下下可適當(dāng)調(diào)整整，不大于1100mm。開開孔選用J--200型金金剛石鉆機(jī)，配φ130mm金剛石取芯鉆頭進(jìn)行鉆孔，深度約200~250mm，控制不得鉆穿管片。用鋼楔楔斷巖心，取出后，打入加工好的孔口管，且用至少有4個固定點(diǎn)將孔口管固定在管片上，然后安裝密封裝置，如圖5所示。3.4.2凍凍結(jié)孔施工順順序先施工透孔，根根據(jù)穿透孔的的偏差，進(jìn)一一步調(diào)整有關(guān)關(guān)鉆進(jìn)參數(shù)。然然后根據(jù)聯(lián)絡(luò)絡(luò)通道施工的的孔位，采用用由上向下的的順序進(jìn)行施施工，這樣可可防止因下層層凍結(jié)孔的施施工引起上部部地層擾動，減減小鉆孔施工工時的事故發(fā)發(fā)生率。3.4.3鉆孔孔偏斜和終孔孔控制鉆孔的偏斜應(yīng)控控制在150mm以內(nèi)，在確確保凍結(jié)帷幕幕厚度的情況況下，單排凍凍結(jié)孔最大間間距不得大于于1.4m，多排凍結(jié)結(jié)孔最大間距距不得大于11.68m，否則應(yīng)補(bǔ)補(bǔ)孔。凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度度應(yīng)不小于設(shè)設(shè)計(jì)深度。鉆鉆頭碰到隧道道管片的，不不參與制冷循循環(huán)的長度不不大于150mm。3.4.4凍結(jié)結(jié)孔鉆進(jìn)與凍凍結(jié)管設(shè)置（1）鉆孔設(shè)備備使用MD--50鉆機(jī)一一臺，配用BBW250型型泥漿泵，鉆鉆具利用φ89×8㎜凍結(jié)管作作鉆桿；凍結(jié)結(jié)管之間采用用絲扣連接，接接頭螺紋緊固固后再用手工工電弧焊焊接接，確保其同同心度和焊接接強(qiáng)度。（2）正常情況況下，鉆進(jìn)時時安裝簡易鉆鉆頭，直接無無水鉆進(jìn)。如如果鉆進(jìn)困難難時，在鉆頭頭部位安裝一一個特制單向向閥門，采用用帶水鉆進(jìn)。凍凍結(jié)管到達(dá)設(shè)設(shè)計(jì)深度后沖沖洗單向閥，并并密封凍結(jié)管管端部。（3）鉆進(jìn)過程程中嚴(yán)格監(jiān)測測孔偏斜情況況，發(fā)現(xiàn)偏斜斜要及時糾偏偏，下好凍結(jié)結(jié)管后，進(jìn)行行凍結(jié)管長度度的復(fù)測，然然后再用燈光光測斜儀進(jìn)行行測斜并繪制制鉆孔偏斜圖圖。凍結(jié)管長長度和偏斜合合格后再進(jìn)行行打壓試漏，壓壓力控制在00.8MPa，穩(wěn)定15分鐘壓力力無變化者為為試壓合格。（4）在凍結(jié)管管內(nèi)下供液管管,然后焊接凍凍結(jié)管端蓋和和去、回路羊羊角。生產(chǎn)準(zhǔn)備凍結(jié)孔測量定位鉆機(jī)安裝找正正常鉆進(jìn)單孔完成糾偏測斜測斜、檢漏開孔，安密封裝置鉆孔結(jié)束生產(chǎn)準(zhǔn)備凍結(jié)孔測量定位鉆機(jī)安裝找正正常鉆進(jìn)單孔完成糾偏測斜測斜、檢漏開孔，安密封裝置鉆孔結(jié)束圖6：鉆孔質(zhì)量量控制程序圖圖3.5冷凍站安安裝3.5.1凍結(jié)結(jié)站布置與設(shè)設(shè)備安裝將凍結(jié)站設(shè)置在在上行線隧道道內(nèi)，靠近聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道位置置。站內(nèi)設(shè)備備主要包括冷冷凍機(jī)、鹽水水箱、鹽水泵泵、清水泵、冷冷卻塔及配電電控制柜等。設(shè)設(shè)備安裝按設(shè)設(shè)備使用說明明書的要求進(jìn)進(jìn)行。其布置置參見(附圖7：凍結(jié)站平平面布置圖)。圖7：凍結(jié)站平平面布置圖3.5.2管路路連接、保溫溫與測試儀表表管路用法蘭連接接，隧道內(nèi)的的鹽水管用架架子敷設(shè)在隧隧道管片斜坡坡上，以免影影響隧道通行行。在鹽水管管路和冷卻水水循環(huán)管路上上要設(shè)置、閥閥門和測溫儀儀、壓力表等等測試組件。鹽鹽水管路經(jīng)試試漏、清洗后后用保溫板或或棉絮保溫，保保溫厚度為550mm，保保溫層的外面面用塑料薄膜膜包扎。集配配液圈與凍結(jié)結(jié)管的連接用用高壓膠管，每每組凍結(jié)管的的進(jìn)出口各裝裝閥門一個，以以便控制流量量。冷凍機(jī)組的蒸發(fā)發(fā)器及低溫管管路用棉絮保保溫，鹽水箱箱和鹽水干管管用50mmm厚的保溫板板或棉絮保溫溫。聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)管管片保溫：由由于混凝土和和鋼管片相對對于土層要容容易散熱得多多，為加強(qiáng)凍凍結(jié)帷幕與管管片膠結(jié)，聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)側(cè)管片表面采采取保溫措施施，以減少冷冷量損失。將鋼管片格柵內(nèi)內(nèi)用素砼填充充密實(shí)，然后后采用PEFF板保溫板對對凍結(jié)帷幕發(fā)發(fā)展區(qū)域管片片進(jìn)行隔熱保保溫。保溫范范圍為凍結(jié)帷帷幕區(qū)域處加加向外擴(kuò)展2m。在凍結(jié)站對側(cè)隧隧道的凍結(jié)管管的端部區(qū)域域范圍內(nèi)布置置冷凍排管，然然后采用PEEF板對凍結(jié)結(jié)排管進(jìn)行覆覆蓋隔熱保溫溫。3.6積極凍結(jié)結(jié)與維護(hù)凍結(jié)結(jié)3.6.1凍結(jié)結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)結(jié)設(shè)備安裝完畢后后進(jìn)行調(diào)試和和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在在試運(yùn)轉(zhuǎn)時，要要隨時調(diào)節(jié)壓壓力、溫度等等各狀態(tài)參數(shù)數(shù)，使機(jī)組在在有關(guān)工藝規(guī)規(guī)程和設(shè)備要要求的技術(shù)參參數(shù)條件下運(yùn)運(yùn)行。凍結(jié)系系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常常后進(jìn)入積極極凍結(jié)。此階段為凍結(jié)帷帷幕的形成階階段，積極凍凍結(jié)期鹽水溫溫度為-288℃～-30℃，設(shè)計(jì)凍結(jié)結(jié)時間40天，視現(xiàn)場場實(shí)際凍結(jié)效效果，如不能能按時達(dá)到凍凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)計(jì)要求，可延延長積極凍結(jié)結(jié)時間。3.6.2維維護(hù)凍結(jié)在積極凍結(jié)過程程中，要根據(jù)據(jù)實(shí)測溫度資資料判斷凍結(jié)結(jié)帷幕是否交交圈和達(dá)到設(shè)設(shè)計(jì)厚度，同同時要監(jiān)測凍凍結(jié)帷幕與隧隧道的膠結(jié)情情況，測溫判判斷凍結(jié)帷幕幕交圈并達(dá)到到設(shè)計(jì)厚度且且與隧道完全全膠結(jié)后，可可進(jìn)入維護(hù)凍凍結(jié)階段。維護(hù)凍結(jié)期溫度度為-25℃～-28℃，凍結(jié)時間間貫穿聯(lián)絡(luò)通通道及泵站開開挖和主體結(jié)結(jié)構(gòu)施工始終終。3.6.3凍結(jié)結(jié)質(zhì)量控制程程序充氟、試運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)凍結(jié)充氟、試運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)凍結(jié)凍結(jié)結(jié)束冷卻水供給檢測生產(chǎn)準(zhǔn)備基礎(chǔ)施工安裝設(shè)備試壓試壓包扎凍結(jié)孔驗(yàn)收凍結(jié)器安裝積極凍結(jié)圖8：凍結(jié)質(zhì)量量控制程序3.7具備開挖挖凍結(jié)技術(shù)指指標(biāo)要確定打開管片片進(jìn)行開挖還還需結(jié)合測溫溫孔資料、卸卸壓孔壓力、探探孔情況等方方面綜合考慮慮，需具備如如下條件，方方可進(jìn)行開挖挖構(gòu)筑的施工工。項(xiàng)目數(shù)值備注凍結(jié)帷幕厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求根據(jù)測溫孔推算算凍結(jié)帷幕平均溫溫度-10℃用成冰公式法計(jì)計(jì)算鹽水溫度積極期-28℃～-330℃用測溫儀監(jiān)測維護(hù)期-25～-288℃鹽水去、回路溫差(包括各各支路)積極期2℃以內(nèi)凍結(jié)至設(shè)計(jì)溫度度時維護(hù)期1.0℃以內(nèi)卸壓孔交圈前靜水壓力通過壓力表觀測測交圈后劇增至0.155～0.3MPPa3.8融沉控制制及收尾工作作3.8.1融沉沉控制本聯(lián)絡(luò)通道所處處的地面環(huán)境境較好，沒有有重要的建筑筑物及管線，同同時凍結(jié)加固固的土層主要要為③5砂質(zhì)粉土、③6粉砂夾砂質(zhì)質(zhì)粉土，擬采采用自然解凍凍結(jié)合跟蹤注注漿的的方式式來控制融沉沉。并根據(jù)監(jiān)監(jiān)測反饋的信信息，進(jìn)行動動態(tài)調(diào)整注漿漿參數(shù)。3.8.2收尾尾工作（1）澆筑完集集水井砼結(jié)構(gòu)構(gòu)層即可停凍凍，進(jìn)行施工工設(shè)備的拆除除工作，并清清理、整理現(xiàn)現(xiàn)場，按要求求跟蹤注漿。（2）凍結(jié)孔管管補(bǔ)強(qiáng)：凍結(jié)結(jié)站拆除，回回收供液管，放放出CaCll2鹽水后，割割去露出隧道道管片的孔口口管和凍結(jié)管管，并在孔口口管管口焊接接δ12㎜厚的封口口板封閉管口口。（3）待通道混混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度度后，拆除隧隧道內(nèi)的鋼支支架，并再次次對稱擰緊特特殊襯砌環(huán)內(nèi)內(nèi)的所有連接接螺栓。（4）按設(shè)計(jì)在在集水井上方方加裝鋼蓋板板。（5）用砼澆筑筑鋼管片內(nèi)格格柵，并將外外露鋼構(gòu)件表表面刷涂環(huán)氧氧瀝青漆二度度。（6）整理、修修整、清理聯(lián)聯(lián)絡(luò)通道施工工現(xiàn)場，并用用清水進(jìn)行沖沖洗，通道內(nèi)內(nèi)不得有泥漿漿、油污和上上道工序留下下的施工設(shè)備備。4.實(shí)踐結(jié)論通過凍結(jié)法在實(shí)實(shí)際施工中的的應(yīng)用，我們們可以知道凍凍結(jié)法在工程程實(shí)踐中具有有很多的優(yōu)勢勢：（1）封水性好好———有自由水(一般情況下下含水率應(yīng)大大于10%,否則要采取取增加土層濕濕度的輔助工工法)就能凍結(jié)成成凍土,形成凍土壁壁。無論是透透水層,還是隔水層,凍土壁可以以阻隔地下水水侵入,形成干燥的的施工環(huán)境。（2）強(qiáng)度高————一般認(rèn)為凍凍土是一種黏黏彈塑性材料料,其強(qiáng)度同土土質(zhì)、容重、含含水率、含鹽鹽量及溫度等等因素有關(guān),一般可達(dá)到2～10MPPa,遠(yuǎn)大于融土土強(qiáng)度,從而起到結(jié)結(jié)構(gòu)支撐墻的的作用。（3）適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)———適應(yīng)各種土土層及多種地地下工程,尤其適用于于含水量大、地地層軟弱、其其他工法施工工困難或無法法施工的地下下工程。（4）復(fù)原性————施工結(jié)束土土層恢復(fù)原狀狀,對土層破壞壞性很小。這這是其他工法法所無法比擬擬的。（5）繞障性———