凍結法在地鐵盾構隧道聯(lián)絡通道施工中的應用

凍結法在地鐵盾構隧道聯(lián)絡通道施工中的應用李棟（中鐵十一局集集團城市軌道道工程有限公公司武漢4300074）[摘要]凍結法法是在地層中中按預定間隔隔埋設凍結管管（φ100mm的管徑）冷冷卻液在凍結結管上循環(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在在一起，即形形成止水墻或或反力墻。凍凍結法施工技技術在國際上上被廣泛應用用于城市建設設和煤礦建設設中，已有100多年的歷史史，我國采用用凍結法施工工技術至今也也已有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，凍結結法工藝被廣廣泛應用于上上海、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)絡通道工程程施工中，采采用了凍結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，以及及參考有關施施工技術資料料，形成本工工法。[關鍵詞]凍結結法地鐵聯(lián)絡通道應用1工程概況杭州地鐵九堡東東站～喬司南南站盾構區(qū)間間隧道聯(lián)絡通通道及泵站位位于區(qū)間隧道道中部，聯(lián)絡絡通道及泵站站采取合并建建造模式，距距離聯(lián)絡通道道上部地面正正上方14m處有一居民民房，聯(lián)絡通通道上方無重重要管線。擬構筑聯(lián)絡通道道所在位置的的隧片為鋼管管片，隧道內內徑為φ5.5m，上上、下行線隧隧道中心線距距離15.466m。聯(lián)絡通道道結構見圖1。圖1聯(lián)絡絡通道結構示示意圖2工程地質及水水文地質條件件根據(jù)離聯(lián)絡通道道最近的地質質勘探孔提供供的地質情況況，聯(lián)絡通道道所處地層上上部和中部為為③5砂質粉土、下下部③6粉砂夾砂質質粉土，見圖圖1所示。該土土層具有高壓壓縮性、低強強度、靈敏度度高、透水性性強等特點，在在動力作用下下易產(chǎn)生流變變現(xiàn)象。在該地層內進行行聯(lián)絡通道開開挖構筑，須須對土體進行行穩(wěn)妥、可靠靠的加固處理理。凍結法加加固土體具有有強度高，封封水性好，安安全可靠的優(yōu)優(yōu)點，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)絡通通道施工條件件，決定采用用“隧道內水平平凍結加固土土體、隧道內內礦山法開挖挖構筑”的全隧道內內施工方案。即即：在隧道內內利用水平孔孔和部分傾斜斜孔凍結加固固地層，使聯(lián)聯(lián)絡通道及泵泵房外圍土體體凍結，形成成強度高，封封閉性好的凍凍結帷幕。在在凍土中采用用礦山法進行行聯(lián)絡通道及及泵站的開挖挖構筑施工，地地層凍結和開開挖構筑施工工均在區(qū)間隧隧道內進行。3.2凍結法的的施工工藝圖2凍結法施工工流程圖3.3凍結加固固設計3.3.1凍結結帷幕的加固固范圍聯(lián)絡通道凍結帷帷幕按凍結加加固設計圖的的要求進行施施工。凍結壁壁平均溫度設設計為-10℃，相應的凍凍土強度的設設計指標為：：單軸抗壓3.6Mppa，抗折1.8Mppa，抗剪1.6Mppa，無側限抗抗壓強度quu≥3.0Mpaa，土體滲透透系數(shù)k≤1×0-8cm/ssec。3.3.2凍結結孔、測溫孔孔與卸壓孔的的布置3.3.2.11凍結孔布置置從上、下行線隧隧道兩側打孔孔方式進行施施工。凍結孔孔按上仰、水水平、下俯三三種角度布置置，共布置凍凍結孔78個，其中上上行線64個，下行線14個。設置穿穿透孔4個。凍結孔孔的布置詳見見圖3、圖4。圖3：凍結孔立立面透視圖4：凍結孔孔平面布置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，主要是測測量凍結帷幕幕范圍不同部部位的溫度發(fā)發(fā)展狀況，以以便綜合采用用相應控制措措施，確保施施工的安全。3.3.2.33卸壓孔布置置在凍結帷幕封閉閉區(qū)域內布置置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)測測凍結帷幕內內的壓力變化化情況，通過過每日觀測，及及時判斷凍結結帷幕的形成成，并可直接接釋放凍脹壓壓力。3.3.3凍結結參數(shù)積極凍結期鹽水水溫度為-228℃～-30℃，維護凍結結期溫度為--25℃～-28℃。積極凍結時間為為40天，維護護凍結時間與與開挖和結構構施工相同。凍結孔單孔流量量不小于3m3/h。積極凍結7天鹽鹽水溫度降至至18℃以下，積極極凍結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需冷冷量計算和冷冷凍機選型凍結需冷量計算算：Q=1..2·π·d·H·K式中:H—凍結結總長度，7725m；d—凍結管直徑徑；K—凍結管散熱熱系數(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)以上計算需需冷量，選用用W-YSLLGF3000Ⅱ型螺桿機組組二臺套，并并聯(lián)安裝，單單臺運行，互互為備用。單單臺機組設計計工況制冷量量為8.7×104Kcall/h，電機機功率110KW，完全滿滿足制冷需求求。3.3.5凍結結系統(tǒng)輔助設設備（1）鹽水循環(huán)環(huán)泵選用ISS150-125－315型2臺，流量2000m3/h，電機功功率30KWW。（2）冷卻水循循環(huán)泵選用IIS150-125－315型2臺，流量2000m3/h，電機功功率30KWW。冷卻塔選選用NBL--50型2臺，補充新新鮮水15m3/h。3.3.6管路路選擇（1）凍結管選選用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）凍結站對對側隧道的冷冷凍排管選用用Φ32×3.5mmm無縫鋼管。3.3.7其它它冷凍機油選用NN46冷凍機機油。制冷劑選用氟立立昂F-222。冷媒劑選用氯化化鈣溶液。總用電額定負荷荷約388kw//h。3.4凍結孔施施工圖5凍結孔開孔孔及密封裝置置示意圖3.4.1凍結結孔定位與管管片開孔依據(jù)施工基準點點，按凍結孔孔施工圖進行行凍結孔孔位位放線，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調整整，不大于1100mm。開開孔選用J--200型金金剛石鉆機，配φ130mm金剛石取芯鉆頭進行鉆孔，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凍凍結孔施工順順序先施工透孔，根根據(jù)穿透孔的的偏差，進一一步調整有關關鉆進參數(shù)。然然后根據(jù)聯(lián)絡絡通道施工的的孔位，采用用由上向下的的順序進行施施工，這樣可可防止因下層層凍結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控控制在150mm以內，在確確保凍結帷幕幕厚度的情況況下，單排凍凍結孔最大間間距不得大于于1.4m，多排凍結結孔最大間距距不得大于11.68m，否則應補補孔。凍結孔鉆進深度度應不小于設設計深度。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凍結結孔鉆進與凍凍結管設置（1）鉆孔設備備使用MD--50鉆機一一臺，配用BBW250型型泥漿泵，鉆鉆具利用φ89×8㎜凍結管作作鉆桿；凍結結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度。（2）正常情況況下，鉆進時時安裝簡易鉆鉆頭，直接無無水鉆進。如如果鉆進困難難時，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。凍凍結管到達設設計深度后沖沖洗單向閥，并并密封凍結管管端部。（3）鉆進過程程中嚴格監(jiān)測測孔偏斜情況況，發(fā)現(xiàn)偏斜斜要及時糾偏偏，下好凍結結管后，進行行凍結管長度度的復測，然然后再用燈光光測斜儀進行行測斜并繪制制鉆孔偏斜圖圖。凍結管長長度和偏斜合合格后再進行行打壓試漏，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）在凍結管管內下供液管管,然后焊接凍凍結管端蓋和和去、回路羊羊角。生產(chǎn)準備凍結孔測量定位鉆機安裝找正正常鉆進單孔完成糾偏測斜測斜、檢漏開孔，安密封裝置鉆孔結束生產(chǎn)準備凍結孔測量定位鉆機安裝找正正常鉆進單孔完成糾偏測斜測斜、檢漏開孔，安密封裝置鉆孔結束圖6：鉆孔質量量控制程序圖圖3.5冷凍站安安裝3.5.1凍結結站布置與設設備安裝將凍結站設置在在上行線隧道道內，靠近聯(lián)聯(lián)絡通道位置置。站內設備備主要包括冷冷凍機、鹽水水箱、鹽水泵泵、清水泵、冷冷卻塔及配電電控制柜等。設設備安裝按設設備使用說明明書的要求進進行。其布置置參見(附圖7：凍結站平平面布置圖)。圖7：凍結站平平面布置圖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，隧道內的的鹽水管用架架子敷設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。集配配液圈與凍結結管的連接用用高壓膠管，每每組凍結管的的進出口各裝裝閥門一個，以以便控制流量量。冷凍機組的蒸發(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)絡通道兩側管管片保溫：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，為加強凍凍結帷幕與管管片膠結，聯(lián)聯(lián)絡通道兩側側管片表面采采取保溫措施施，以減少冷冷量損失。將鋼管片格柵內內用素砼填充充密實，然后后采用PEFF板保溫板對對凍結帷幕發(fā)發(fā)展區(qū)域管片片進行隔熱保保溫。保溫范范圍為凍結帷帷幕區(qū)域處加加向外擴展2m。在凍結站對側隧隧道的凍結管管的端部區(qū)域域范圍內布置置冷凍排管，然然后采用PEEF板對凍結結排管進行覆覆蓋隔熱保溫溫。3.6積極凍結結與維護凍結結3.6.1凍結結系統(tǒng)試運轉轉與積極凍結結設備安裝完畢后后進行調試和和試運轉。在在試運轉時，要要隨時調節(jié)壓壓力、溫度等等各狀態(tài)參數(shù)數(shù)，使機組在在有關工藝規(guī)規(guī)程和設備要要求的技術參參數(shù)條件下運運行。凍結系系統(tǒng)運轉正常常后進入積極極凍結。此階段為凍結帷帷幕的形成階階段，積極凍凍結期鹽水溫溫度為-288℃～-30℃，設計凍結結時間40天，視現(xiàn)場場實際凍結效效果，如不能能按時達到凍凍結壁的設計計要求，可延延長積極凍結結時間。3.6.2維維護凍結在積極凍結過程程中，要根據(jù)據(jù)實測溫度資資料判斷凍結結帷幕是否交交圈和達到設設計厚度，同同時要監(jiān)測凍凍結帷幕與隧隧道的膠結情情況，測溫判判斷凍結帷幕幕交圈并達到到設計厚度且且與隧道完全全膠結后，可可進入維護凍凍結階段。維護凍結期溫度度為-25℃～-28℃，凍結時間間貫穿聯(lián)絡通通道及泵站開開挖和主體結結構施工始終終。3.6.3凍結結質量控制程程序充氟、試運轉維護凍結充氟、試運轉維護凍結凍結結束冷卻水供給檢測生產(chǎn)準備基礎施工安裝設備試壓試壓包扎凍結孔驗收凍結器安裝積極凍結圖8：凍結質量量控制程序3.7具備開挖挖凍結技術指指標要確定打開管片片進行開挖還還需結合測溫溫孔資料、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，方方可進行開挖挖構筑的施工工。項目數(shù)值備注凍結帷幕厚度達到設計要求根據(jù)測溫孔推算算凍結帷幕平均溫溫度-10℃用成冰公式法計計算鹽水溫度積極期-28℃～-330℃用測溫儀監(jiān)測維護期-25～-288℃鹽水去、回路溫差(包括各各支路)積極期2℃以內凍結至設計溫度度時維護期1.0℃以內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，同同時凍結加固固的土層主要要為③5砂質粉土、③6粉砂夾砂質質粉土，擬采采用自然解凍凍結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，進行動動態(tài)調整注漿漿參數(shù)。3.8.2收尾尾工作（1）澆筑完集集水井砼結構構層即可停凍凍，進行施工工設備的拆除除工作，并清清理、整理現(xiàn)現(xiàn)場，按要求求跟蹤注漿。（2）凍結孔管管補強：凍結結站拆除，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）待通道混混凝土結構達達到設計強度度后，拆除隧隧道內的鋼支支架，并再次次對稱擰緊特特殊襯砌環(huán)內內的所有連接接螺栓。（4）按設計在在集水井上方方加裝鋼蓋板板。（5）用砼澆筑筑鋼管片內格格柵，并將外外露鋼構件表表面刷涂環(huán)氧氧瀝青漆二度度。（6）整理、修修整、清理聯(lián)聯(lián)絡通道施工工現(xiàn)場，并用用清水進行沖沖洗，通道內內不得有泥漿漿、油污和上上道工序留下下的施工設備備。4.實踐結論通過凍結法在實實際施工中的的應用，我們們可以知道凍凍結法在工程程實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）強度高————一般認為凍凍土是一種黏黏彈塑性材料料,其強度同土土質、容重、含含水率、含鹽鹽量及溫度等等因素有關,一般可達到2～10MPPa,遠大于融土土強度,從而起到結結構支撐墻的的作用。（3）適應性強強———適應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）復原性————施工結束土土層恢復原狀狀,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———