盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工一、凍結(jié)法施工概述凍結(jié)法是一種通過人工制冷技術(shù)將隧道周圍含水地層凍結(jié)成具有高強度、低滲透性的凍土帷幕，從而在其保護下進行地下工程施工的工法。在盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道施工中，該工法的核心作用是隔絕地下水并加固軟弱地層，為聯(lián)絡(luò)通道的開挖和結(jié)構(gòu)施工提供安全、干燥的作業(yè)空間。其原理基于水的凍結(jié)相變：通過在預(yù)定位置鉆孔并插入凍結(jié)管，循環(huán)低溫鹽水使周圍土體中的水分凍結(jié)，形成連續(xù)的凍土壁。該工法尤其適用于高地下水位、富水砂層、淤泥質(zhì)黏土等復(fù)雜地質(zhì)條件，具有對周邊環(huán)境影響小、止水效果可靠、適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢。凍結(jié)法的歷史可追溯至19世紀末的煤礦開采，20世紀中期開始應(yīng)用于城市地下工程。在我國，自20世紀80年代起，凍結(jié)法逐漸在地鐵聯(lián)絡(luò)通道、盾構(gòu)始發(fā)/接收井、地下車庫等工程中推廣使用，并隨著技術(shù)進步不斷優(yōu)化，成為城市地下空間開發(fā)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。二、凍結(jié)法施工的關(guān)鍵技術(shù)與流程凍結(jié)法施工是一個系統(tǒng)工程，涉及多個專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同作業(yè)，其核心流程可概括為前期準備、積極凍結(jié)、維護凍結(jié)、開挖構(gòu)筑、融沉處理五個階段。（一）前期準備階段此階段是確保凍結(jié)效果和施工安全的基礎(chǔ)，主要包括以下工作：地質(zhì)勘察與分析：詳細探明施工區(qū)域的地層分布（如砂層、黏土層的厚度與埋深）、地下水位、滲透系數(shù)、土的物理力學(xué)性質(zhì)（如含水量、孔隙比、導(dǎo)熱系數(shù)）等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)直接決定了凍結(jié)孔布置、凍結(jié)時間、鹽水溫度等關(guān)鍵技術(shù)指標。凍結(jié)方案設(shè)計：凍結(jié)帷幕設(shè)計：根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道的尺寸、埋深及地質(zhì)條件，確定凍土帷幕的厚度、強度和封閉性要求。通常，凍土帷幕需完全包圍聯(lián)絡(luò)通道開挖輪廓，并向開挖面外側(cè)延伸一定安全距離（一般為1.5-2.5米）。凍結(jié)孔布置：設(shè)計凍結(jié)孔的數(shù)量、間距、角度和深度。凍結(jié)孔一般沿聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計輪廓線外側(cè)呈環(huán)形或螺旋形布置，孔間距通?？刂圃?.8-1.2米，以確保凍土能有效交圈。制冷系統(tǒng)選型：根據(jù)計算的總制冷量，選擇合適的制冷機組（通常為螺桿式冷凍機）、鹽水循環(huán)泵、冷卻塔等設(shè)備。施工場地布置：在盾構(gòu)隧道內(nèi)部或地面（如存在工作井）布置冷凍機房，安裝制冷設(shè)備、鹽水箱、清水箱等，并敷設(shè)鹽水循環(huán)管道和電力電纜。同時，需在隧道內(nèi)設(shè)置集水井和排水泵，以應(yīng)對可能的初期滲水。凍結(jié)孔施工：利用專用的水平定向鉆機或垂直鉆機，在盾構(gòu)管片上鉆孔并安裝凍結(jié)管。鉆孔過程中需嚴格控制孔位精度和垂直度，防止鉆孔偏差導(dǎo)致凍土帷幕交圈失敗或損壞相鄰管線。凍結(jié)管一般采用φ108mm或φ127mm的無縫鋼管，底部密封，頂部安裝閥門和測溫元件。（二）積極凍結(jié)階段積極凍結(jié)是指通過制冷系統(tǒng)向凍結(jié)管內(nèi)持續(xù)輸送低溫鹽水（通常為-25℃至-30℃），使地層中的水分逐漸凍結(jié)，凍土帷幕不斷擴展并最終形成封閉結(jié)構(gòu)的過程。制冷系統(tǒng)啟動：開啟冷凍機組，將鹽水箱中的氯化鈣鹽水（或乙二醇溶液）冷卻至設(shè)計溫度后，通過鹽水泵加壓輸送至各個凍結(jié)管。低溫鹽水在凍結(jié)管內(nèi)循環(huán)流動，吸收周圍土體的熱量，使土體溫度持續(xù)下降。凍結(jié)過程監(jiān)測：溫度監(jiān)測：在凍結(jié)孔之間、凍土帷幕內(nèi)部及開挖面附近布置測溫孔，實時監(jiān)測土體溫度變化。當(dāng)凍土帷幕交圈處的溫度降至設(shè)計值（通常為-10℃以下）且厚度達到設(shè)計要求時，可認為積極凍結(jié)完成。壓力監(jiān)測：在凍土帷幕外側(cè)設(shè)置孔隙水壓力計，監(jiān)測凍結(jié)過程中地層壓力的變化，防止因凍土體積膨脹導(dǎo)致地表或周邊結(jié)構(gòu)隆起。變形監(jiān)測：在地面和周邊建筑物設(shè)置沉降觀測點，監(jiān)測凍結(jié)過程中可能產(chǎn)生的地表位移。積極凍結(jié)時間：積極凍結(jié)時間通常為30-60天，具體取決于地質(zhì)條件、凍結(jié)孔布置和制冷能力。富水砂層的凍結(jié)速度通?？煊陴ね翆樱枰鼜姷闹评淠芰響?yīng)對水分遷移帶來的熱量。（三）維護凍結(jié)階段當(dāng)凍土帷幕達到設(shè)計強度和厚度后，進入維護凍結(jié)階段。此階段的主要任務(wù)是維持凍土帷幕的穩(wěn)定性，為后續(xù)的開挖和結(jié)構(gòu)施工提供持續(xù)保護。調(diào)整制冷功率：降低制冷機組的負荷，使鹽水溫度維持在一個相對穩(wěn)定的范圍（通常為-20℃至-25℃），確保凍土帷幕的溫度不回升，強度不降低。持續(xù)監(jiān)測：繼續(xù)對凍土溫度、地層壓力和地表變形進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常（如溫度升高、壓力突增），需及時調(diào)整凍結(jié)參數(shù)或采取應(yīng)急措施。（四）開挖構(gòu)筑階段在凍土帷幕的保護下，進行聯(lián)絡(luò)通道的開挖和永久結(jié)構(gòu)的施工。此階段是凍結(jié)法施工中風(fēng)險最高的環(huán)節(jié)，必須嚴格遵循“短進尺、強支護、快封閉”的原則。開挖作業(yè)：分步開挖：通常采用臺階法或CRD法（交叉中隔壁法）進行分部、分層開挖，每循環(huán)開挖進尺控制在0.5-1.0米。凍土開挖：凍土強度較高，一般采用風(fēng)鎬、破碎錘或挖掘機進行破碎開挖。開挖過程中需注意避免擾動凍土帷幕的完整性。排水與通風(fēng)：及時排除開挖面滲出的少量融水，并加強作業(yè)面通風(fēng)，降低空氣中的有害氣體濃度。初期支護：開挖完成后，立即進行初期支護。常用的初期支護形式為格柵鋼架+噴射混凝土，必要時可增設(shè)超前小導(dǎo)管注漿或玻璃纖維錨桿進行超前加固。初期支護必須緊貼開挖面，盡快封閉，以承受水土壓力。永久結(jié)構(gòu)施工：在初期支護的保護下，綁扎鋼筋、支設(shè)模板、澆筑混凝土（或安裝預(yù)制構(gòu)件），形成聯(lián)絡(luò)通道的永久結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)施工完成并達到設(shè)計強度后，方可停止維護凍結(jié)。（五）融沉處理階段凍結(jié)法施工不可避免地會產(chǎn)生融沉問題。當(dāng)停止凍結(jié)后，凍土逐漸融化，體積收縮，可能導(dǎo)致地表沉降，影響周邊建筑物和地下管線的安全。因此，融沉處理是凍結(jié)法施工的重要收尾工作。自然解凍與人工解凍：通常采用自然解凍方式，讓凍土緩慢融化，以減少融沉速率。如需加快進度，可采用向凍結(jié)管內(nèi)通入溫水的人工解凍方法。跟蹤注漿：在解凍過程中，通過預(yù)先設(shè)置的注漿孔（可利用部分凍結(jié)孔或?qū)ｉT鉆孔）向地層中注入水泥漿或化學(xué)漿液，填充因凍土融化產(chǎn)生的空隙，補償?shù)貙訐p失，控制地表沉降。注漿需“少量多次、跟蹤監(jiān)測、動態(tài)調(diào)整”，根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)及時調(diào)整注漿量和壓力。三、凍結(jié)法施工的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)凍結(jié)法作為一種成熟的工法，在特定條件下具有不可替代的優(yōu)勢，但也面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn)。（一）主要優(yōu)勢優(yōu)勢具體說明止水效果可靠凍土帷幕的滲透系數(shù)極低（通常小于1×10??cm/s），能有效隔絕高水頭地下水，確保開挖面干燥。地層適應(yīng)性強適用于各種含水地層，包括砂層、礫石層、軟土層等，尤其在富水砂層中優(yōu)勢明顯。對周邊環(huán)境影響小施工振動小，噪音低，無需大規(guī)模降水，可有效保護周邊建筑物和地下管線。施工空間要求低主要設(shè)備布置在隧道內(nèi)部或地面小型工作井，對地面交通和城市景觀影響小。結(jié)構(gòu)安全性高凍土帷幕本身可作為臨時支護結(jié)構(gòu)，提供較高的承載力，能有效控制地層變形。（二）主要挑戰(zhàn)融沉控制難度大：融沉是凍結(jié)法施工最主要的環(huán)境風(fēng)險。若處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致地表沉降超標，引發(fā)建筑物開裂、管線斷裂等事故。施工周期較長：積極凍結(jié)階段通常需要1-2個月，整體施工周期相對較長，可能影響工程總進度。能耗較高：制冷系統(tǒng)需要持續(xù)運行，尤其是在積極凍結(jié)階段，能耗較大，增加了工程成本。技術(shù)要求高：凍結(jié)法施工涉及制冷、巖土、結(jié)構(gòu)等多學(xué)科知識，對施工隊伍的技術(shù)水平和管理能力要求較高。成本相對較高：設(shè)備購置、安裝、運行以及融沉處理等費用較高，使得凍結(jié)法的工程造價通常高于其他工法（如礦山法、盾構(gòu)法）。四、凍結(jié)法施工的質(zhì)量與安全控制凍結(jié)法施工的核心風(fēng)險在于凍土帷幕失效和融沉過大，因此必須建立嚴格的質(zhì)量與安全控制體系。（一）質(zhì)量控制要點凍結(jié)孔施工質(zhì)量：嚴格控制凍結(jié)孔的偏斜率（通常要求≤0.5%），確保凍結(jié)孔按設(shè)計位置和角度鉆進，避免因孔位偏差導(dǎo)致凍土無法交圈。制冷系統(tǒng)運行參數(shù)：實時監(jiān)控鹽水溫度、鹽水流量、凍土溫度等關(guān)鍵參數(shù)，確保其符合設(shè)計要求。凍土帷幕質(zhì)量檢測：通過測溫孔數(shù)據(jù)、取芯試驗、超聲波檢測等手段，驗證凍土帷幕的厚度、強度和完整性。開挖過程控制：嚴格執(zhí)行“短進尺、強支護”原則，控制開挖速度和單次開挖量，避免對凍土帷幕造成過大擾動。（二）安全控制要點凍結(jié)站安全：冷凍機房需保持通風(fēng)良好，防止氨氣（若采用氨制冷）泄漏。操作人員需持證上崗，嚴格遵守操作規(guī)程。隧道內(nèi)作業(yè)安全：隧道內(nèi)空間狹小，需加強通風(fēng)、照明和有害氣體監(jiān)測。開挖作業(yè)時，需設(shè)置有效的防護措施，防止凍土塊墜落。應(yīng)急救援預(yù)案：制定針對凍土帷幕漏水、涌砂、地表沉降超標等突發(fā)事件的應(yīng)急救援預(yù)案，并配備必要的應(yīng)急物資（如速凝水泥、雙液注漿設(shè)備、排水泵等）。周邊環(huán)境監(jiān)測：對周邊建筑物、地下管線、地表道路進行24小時實時監(jiān)測，設(shè)置預(yù)警值和控制值，一旦接近預(yù)警值，立即啟動應(yīng)急預(yù)案。五、工程案例與發(fā)展趨勢（一）典型工程案例凍結(jié)法在我國地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中應(yīng)用廣泛，例如：上海地鐵：多條線路的聯(lián)絡(luò)通道均采用凍結(jié)法施工，成功解決了富水粉砂地層中的止水和加固難題。北京地鐵：在卵石地層中應(yīng)用凍結(jié)法，通過優(yōu)化凍結(jié)孔布置和制冷參數(shù)，確保了施工安全。廣州地鐵：在高水壓、強透水地層中，采用“凍結(jié)+注漿”聯(lián)合工法，有效控制了地層變形。（二）未來發(fā)展趨勢隨著城市地下空間開發(fā)向更深、更復(fù)雜的方向發(fā)展，凍結(jié)法也在不斷創(chuàng)新和進步：智能化監(jiān)測與控制：利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)對凍結(jié)過程的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和智能調(diào)控，提高施工效率和安全性。新型制冷技術(shù)：研發(fā)更高效、環(huán)保的制冷工質(zhì)和設(shè)備，降低能耗和對環(huán)境的影響。復(fù)合工法應(yīng)用：將凍結(jié)法與注漿法、管棚法等其他工法結(jié)合，形成優(yōu)勢互補，以應(yīng)對更復(fù)雜的地質(zhì)條件。融沉控制技術(shù)優(yōu)化：