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浅议软土地层联络通道冻结法施工技术

孔祥平

摘 要 联络通道位于左右线区间隧道之间，有时兼做排水泵房，是地铁区间隧道工程的重要组成部分，联络通道和泵站的功能是紧急疏散、汇集和排放区间积水。随着我国先进的技术和设备的引入，推动我国地铁工程行业的发展。昆明轨道交通6号线二期工程塘子巷站至岔街站区间联络通道施工，地基采用冻结法加固，冻结法施工技术具有强度高、隔水效果好、安全性能强以及环保等特点。本文分析软土地层联络通道施工中冻结法施工技术的应用。
关键词 软土地层;联络通道;冻结法;施工技术
引言
凍结法施工在城市轨道交通施工建设中，也扮演着越来越重要的地位，它具有强度高、封水效果好、安全性高、环保等特点，但一直以来工期长、造价高、冻胀性和融沉性难控制等因素制约了其大范围推广使用。采用洞内冻结法加固地层，以此作为基础开展联络通道矿山法开挖施工作业，选择和使用合理的冻结法施工技术，可以降低施工中安全风险等级，保证土体加固质量，施工更加的安全，冻结法施工软土地层联络通道取得了较好的效果。
1工程概况
昆明轨道交通6号线二期工程起于东风广场，至于东部汽车站，与6号线一期工程相接，通往昆明长水机场。联络通道处地面交通繁忙，管线众多且复杂，地层复杂，周边建筑物密集。
土层由上至依次为：人工填土层（1）1、粉质黏土（黏土）（2）1-3、粉土（2）4-3、黏土（4）1-3、粉土（4）4-4、粉砂（4）5-3。
本区间距离盘龙江约1000m，本场区地下水通道与盘龙江连通，存在水位补给关系。此外，拓东体育馆站～菊华综合枢纽站区间沿线路敷设方向地势逐渐变底，地下水汇集。拟施工区间地下水主要赋存于第四系圆砾、砾砂、粉土、粉砂中，地下水以潜水为主。
2软土地层联络通道冻结法施工工艺
2.1 施工准备工作
第一，做好技术准备。在冻结法施工之前，需要做好技术准备工作，根据需冷量设计选择合适的冷冻设备，结合现场提供的基准坐标、资料和图纸，对现场的中心轴线进行放样测量和复核，结合各项设计要求、合同内容以及进度计划等做好相关准备。在技术措施准备中，重点开展对新结构、新技术、新材料以及新设备等做好技术交底工作。合理安排施工材料的需求计划、混凝土配合比等工作，满足各施工环节的需求。
第二，做好现场准备。在现场准备工作中，一般从现场供排水系统和临时供电系统两个方面入手。在供排水系统准备工作中，需要从施工用水接驳口连接相应的供水路，一直连接到联络通道以及泵房位置，为钻孔和冻结施工用水做好准备，一般来说，水管的规格为2寸，供水能力应当超过10m?/h。对于现场排水需要经过一定沉淀之后排到指定位置，泥浆禁止排放到排水系统。在临时供电系统准备工作中，设备供电能力保持在350kW以上，在洞内联络通道和泵房旁设变压器，采取10KV高压送电到变压器，将高压变为低压后再关至工作面。对于沿墙敷设的电缆需要保证其可靠性和固定性，对于穿过施工道路的电缆，可以采取埋地或者架空方式，做好用电安全管理和防护工作[1]。
2.2 冻结孔施工控制
在冻结孔施工中，首先确定冻结孔施工顺序，孔位选择以不损害管片主筋、管缝、螺栓及钢管片肋板等关键结构及部件为原则，若孔位与关键结构及部件存在冲突，孔位位置可适当调整，但不能偏离原孔位中心位置100mm。在施工过程中可以选中J-200的金刚石钻机，钻孔深度控制在300mm左右，防止管片被钻穿，钻孔完成后用高压风枪吹净孔内石渣，安装成品孔口管，孔口管口固定在管片外侧面并对孔口进行密封处理，同时孔口法兰与冻结管之间间隙用钢板焊接密封。开孔示意图如图1所示。
钻孔使用MD-80A钻机，对钻机和钻具进行选择，保证其相互匹配，考虑地层以软土为主，冻结管采用套管丝扣方式连接，采用跟管法钻进来减少对地层扰动。在钻孔之前，需要根据孔的不同参数优化钻机选择，做好密封装置安装。在正常钻进环节，可以采取简易钻头，通过无水钻进的方式，尽可能减少水土流失，避免地面和隧道出现沉降问题。在钻进中，如果出现水土流失导致地面沉降的情况，可以根据每日检测数据认真分析，采取控制打钻技术参数或对孔口位置土体进行补压浆等措施。钻孔环节需要做好孔斜监测，及时发现和纠正，采用灯光测斜仪进行测斜，并且绘制出相应的钻孔偏斜图。
2.3 冻结制冷系统安装
冻结制冷系统由两部分组成，一是冻结工作面，即对联络通道兼泵房地层冻结加固及其使用的冷却管路;二是冻结站，冻结站应靠近冻结工作面布置，设备安装作业中，需要根据设备说明书进行安装。在管路连接和保温中，通过干管连接，做好冷冻机组蒸发器等设施的安装。由于隧道内两侧管片存在一定散热现象，在影响范围内隧道管片内侧采取安装冷冻板措施进行加强冻结;同时在隧道管片表面敷设保温层，保温层采取导热系数不大于0.04w/mk的橡塑保温材料，在冻结站具体的安装中，需要严格按照标准和程序开展，保证冻结站安装的质量和水平，为冻结法施工做好充分的准备，单个冻结站系统图如图2所示[2]。
2.4 冻结运转
冻结系统运转和调试环节，根据相关要求对其进行调整，保证冻结单孔流量超过5m?/h，设计冻结时间40～50天;积极冻结7天盐水温度降至零下18摄氏度以下，积极冻结15天盐水温度降至零下24摄氏度以下，开挖前盐水的温度应当控制在零下28摄氏度以下，并且去回路温差不大于2摄氏度。在积极冻结过程中，根据测温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。进入冻结期维护之后，冻结帷幕符合设计要求，可以开始相应的开挖和结构施工，冻结时长贯穿整个施工过程。
2.5 开挖和支护施工
（1）开挖施工
在开挖施工作业前，需要对隧道两侧设置相应的预应力隧道支架，减少通道开挖中对隧道产生不良影响，可以通过型钢杆件、千斤顶以及固定支撑等做好钢支架结构，如图3。同时需要设置相应的安全应急门，防止大量涌泥、水采取其他抢救措施无效情况下，可以借助安全应急门保证隧道安全。根据结构施工图纸开展应急门设计和施工，保证其安全性和牢固性，安全门需要采取满焊方式，通过密封实验合格才能使用[3]。
在具体开挖作业中，需要结合土体强度设计要求，做好准备工作，通过探孔确保没有水或者泥沙流出。在土方开挖中，需要考虑施工现场实际情况，采取短段短砌技术，喇叭口处开挖步距控制在0.3m，通道和集水井开挖中，距离应当控制在0.5米，对开挖顺序进行优化。
（2）支护施工
在结构施工作业中，需要注重临时支护方式的优化改进，考虑冻结施工的工艺特征，采取有效的支护方式，保证施工工艺的安全可靠，保证其良好的支护作用，同时起到延缓水化热的传递，尽可能减少冻土开挖出现变形情况。支护采用临时支护加永久二衬的方式。临时支护采用钢拱架+钢筋网片+木背板形式，临时支护背后是否采用木背板隔离冻土层进行保温，可根据现场环境温度及土体开挖表面情况决定。在喷射混凝土质量控制工作中，考虑到喷射混凝土初喷过程中，温度上升对冻结壁的破坏，采用快速开挖通道断面（冻结帷幕足以抵抗地层水土压力），分二次或一次喷射初支，在喷射混凝土施工采取分段、分片、分层等方式。
临时支护完成后，进行永久二衬施工，采用模注混凝土，为保证该部位混凝土强度抗渗等级满足设计图纸要求，一次连续进行浇筑。由于联络通道结构浇筑量较大，浇筑时间不可过快，因此浇筑较长;可在混凝土内加入一定量的缓凝剂，砼入模后需振捣，确保施工质量[4]。
2.6 冻胀、融沉控制措施
尽管在地铁联络通道施工中冻结法应用比较成熟，但施工完成后期的冻胀和融沉仍要引起重视，其控制不好容易引起邻近建构筑物沉降、结构变形甚至破坏。因此加强对联络通道积极冻结完成后期融沉注浆控制尤为重要，针对区间隧道联络通道冻结法施工冻胀和融沉阶段，采用ANSYS建立三维有限元数值模型分析联络通道冻结法在冻胀融沉阶段地层变形。
在施工过程中要加强对该部位的监控量测，认真分析隧道管边变形情况，根据监控量测结果调整盐水流量、盐水温度等冻结施工参数，保证冻土帷幕厚度。
冻土帷幕解冻时一般采取自然解冻或强制解冻两种方法，自然解冻缺点是周期相对较长。为了减少地层解冻融沉对通道及邻近建构筑物产生不利影响，在通道结构上预留注浆管注浆，注浆孔每2米布设一个断面，每个断面布设7个注浆点位，在冻土帷幕化冻过程中进行注浆补偿冻土帷幕融沉损失[5]。
2.7 施工监控
施工监控是联络通道冻结法施工的重要环节，应当遵循稳定性和变形控制原则，结合监控的流程，保证施工监控工作有效开展。施工监控的主要目标是保证施工误差和结构变形在预期范围内，保证联络通道建设符合设计要求。在施工监控的过程中，做好水平孔的施工、冻结系统、冻结帷幕、周边环境和隧道表型、收敛监测工作，保证监控任务顺利开展。在区间结构垂直位移的监测中，根据联络通道的影响范围，在衬切环上每四环设置一个沉降监测点，上行线和下行线个设置13个点。区间结构水平位移监测中，根据联络通道施工影响范围，每四个环设置一个位移监测点，上行线和下行线共设置26个监测点。隧道收敛监测中，在隧道对应的水平位移点，每间隔4到8环设置一个监测界面，按照四点六线的方式开展测量，根据实际情况在上行线和下行线设置合理的监测点个数。在地表和管线的位移监测中，在地表沉降监测中，根据联络通道开挖方向设置相应的监测断面，在联络通道的中间位置设置监测断面，在距离断面两侧5.6米的位置各设置一个沉降观测断面，根据通道中轴线布设相应的沉降位移监测点[6]。
3冻结法施工中安全措施和环保措施
3.1 安全措施
联络通道冻结法施工前，对施工范围进行探孔取样判断地层稳定性，是否存在喷水、涌沙等安全隐患，做好物资抢险准备，有效应对各种类型的突发事件。在实际的钻孔中，需要做好泥浆流量的控制工作，采取有效的防火措施，动火前需要做好动火证，加强现场监护工作。对于高空作业人员，需要做好安全带防护，对于垂直双层作业需要采取有效的安全防护措施。其次，做好冻结施工安全措施。在冻结站需要安全两套冻结机组，正常运行状态下，应当保证一台机组运转，另外一台作为备用，以应对紧急情况。同时，需要做好联络通道固土区域管片保温工作，加强冻结环节中盐水箱液面测量工作，及时发现盐水泄露，及时上报。冻结环节需要做好卸压孔内部压力观测工作，当压力增加一定幅度之后，需要及时打开卸压孔，同时做好预应力支架的安装工作，做好管片的变形控制，严格按方案控制开挖步距，尽量减少临时支护间距。若发生喷水、涌沙等事件，及时利用应急砂袋层物资及时填充，避免事故进一步扩大。如果控制没有效果时，需要关闭应急门，采取打气或者注水方式，避免土体出现坍塌。采取信息化管理措施，更好地开展监控工作，加强不同部门的联络，优化生产指挥体系，使得工作情况能够及时传递，保证施工中的安全、高效，在现场施工内部可以安装影响的电话和可视探头，实现实时性监测[7]。
3.2 环保措施
在环境保护措施中，减少对地层环境污染，同时严格落实节能、节材以及节水措施，构建节约型和环保型工程。在具体工作中，需要及时了解天气变化情况，根据当地的汛情情况，保证施工现场没有积水，排水不出现外溢、堵塞等问题，水质符合排放标准。对于冷冻机组的噪音问题，可以将冻结站设备放置在隧道的内部，减少噪声污染。杜绝使用尾气排放不符合标准的机械设备，针对一些有毒肥料，不能进行燃烧，废弃物中不能含有有毒有害物质，防止污染问题发生。对于工程中的弃土采取集中堆放的方式，及时做好弃土清理工作，避免造成隧道污染[8]。
4结束语
我国城市地下工程建设虽然发展步伐较快，但是总体来说起步比较晚，冻结法施工技术应用较短，针对地铁工程联络通道处地面交通繁忙，管线众多且复杂，地层复杂，施工难度大的特点，冻结法施工技术具有非常好的加固效果，有着非常好的优势。因此，在具体的施工中，需要结合联络通道实际情况，科学合理利用冻结法施工技术，保证工程施工质量，项目摸索出一套适用于软土地层的冻结施工工艺，提供成功的借鉴和很好的验证，积累了宝贵的经验，对推动冻结法在同类地层的应用将产生重要作用和较大影响，具有极大地推广价值。
参考文献
[1] 张晓燕，俞永贤.地铁联络通道水平冻结法施工技术[J].环球市场，2016，（32）：213.
[2] 侯迎霞.联络通道冻结法地层加固设计总结[J].科技资讯，2019，17（9）：42-43，45.
[3] 王晖，竺维彬.软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研究[J].现代隧道技术，2004，（3）：20-24.
[4] 邵国鑫.宁波软土层地铁盾构隧道联络通道的冻结法设计与施工[J].工业建筑，2013，（11）：148-152.
[5] 李睿.地铁联络通道冻结法关键工序施工技术[J].天津科技，2011，（4）：30-31.
[6] 張海涛，陈龙.盾构区间联络通道冻结法施工技术[J].内蒙古煤炭经济，2016，（15）：104.
[7] 陆忠发.软土地层冻结法施工地铁联络通道风险控制[J].中国市政工程，2006，（2）：62-64，98.
[8] 杨平，陈瑾，张尚贵，等.软弱地层联络通道冻结法施工温度及位移场全程实测研究[J].岩土工程学报，2017，317（12）：84-92.

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