冷冻法在地铁联络通道工程中的应用研究

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　　摘 要：冷冻法作为地铁隧道联络通道土体加固的临时方法安全可靠，有良好的社会、经济效益和发展前景。本文并结合工程实例，分析了冷冻法在联络通道中的具体应用及注意事项，为类似工程施工提供了参考和借鉴。
　　关键词：地铁;隧道;联络通道;冷冻法
　　随着城市化进程的加快，城市地铁以其安全、快捷、准时等特点越来越受到人们的青睐。冷冻法作为地铁隧道联络通道土体加固的临时方法安全可靠，有良好的社会、经济效益和发展前景，被广泛应用于城市地铁隧道的联络通道工程施工中。冻土帷幕是一种临时支护结构，待永久支护形成后，停止冻结，冻结壁融化。采用冻结法施工，可有效隔绝地下水，冻土帷幕的形状和强度可视施工场地条件灵活布置和调整，冻土强度可达5MPa～10MPa，能有效提高工效。冷冻法加固地层，既有效的保证了通道施工的施工安全，又保证了工程的质量和进度。随着我国轨道交通的迅猛发展，冷冻法的施工工艺必然在地铁工程中得到越来越广泛的应用。
　　一、工程概况
　　长春地铁1号线长春火车北广场站～长春火车南广场站区间始于长春火车北广场站终点，终于长春火车南广场站起点。本区间起讫里程为K15+347.072～K15+810.200，线路右线长度为460.877m，左线长度为445.152m。右线和左线平面线形为R=380曲线，线间距15.0米～17.4米，本区间于左线里程K15+576.080，右线里程K15+585.296处结合排水泵房设置联络通道一处。联络通道正上方位置左右侧6.5m位置为左右两行的高铁股道，及人员换乘通道位置有8根雨棚承台桩，距离联络通道顶板7.9m。联络通道施工区上方为铁路股道以及换乘通道，所处主要土层为全风化泥岩层及强风化泥岩层。全风化泥岩层有少量残余结构强度，呈粘土状，硬塑～坚硬状态，中～低压缩性，遇水易软化，本层土较易钻进，岩芯破碎。强风化泥岩层泥质结构，块状构造，泥岩夹有少量灰色泥质粉砂岩，原岩结构大部分破坏，风化裂隙较为发育，锤击声闷，破坏后呈碎块状，遇水易软化，用手可折断或捏碎，岩芯较完整。联络通道施工拟采用隧道内水平冻结加固土体，隧道内暗挖构筑的全隧道内施工方案。
　　二、冻结帷幕设计
　　根据结构埋深验算计算，选取冻结壁设计厚度均为2.4m。联络通道泵房底部用“V”字形布孔方式，开挖时泵房外围冻结管不割除。沿冻土帷幕与开挖对侧隧道管片交接面敷设冷冻排管各5排。冻结壁交圈时间：冻土发展速度平均按20mm/d计算，交圈时间约为20～23天。冻结管长度：按施工图设计，冷冻排管为115m。冻结需冷量冻结管散热系数取300Kcalh-1m-2，冷量损耗取20%。
　　三、冻结施工和永久结构施工
　　1.冻结孔施工
　　选用MD-80A型水平钻机1台，扭矩2500KN*m，推力20KN，选用BW-200/50泥浆泵一台，流量为200L/min，进行施工。普通冻结管选用的φ89x8mm低碳无缝钢管，单根管材长度以1.5～2m为宜，采用丝扣对焊连接，单根冻结管配管根据现场实际情况进行配管。透孔用$89x8mm低碳无缝钢管，用丝扣加对焊连接，测温管材质一般宜同冻结管，部分测温孔选用φ32mm焊管，供液管采用φ48mm焊接钢管。按冻结孔施工图布置冻结孔，孔位偏差不应大于100mm。
　　2.冻结站设计与设备安装
　　冷冻站安装与隧道内靠近开挖面一侧，设备安装按设备使用说明书的要求进行。盐水和冷却水管路用法兰连接，并用管架架设在施工平台上或隧道管片上。回路盐水干管上要做搉字形弯起。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温层厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管。冻结孔每3～7个一串联，串联尽量应间隔进行，总分组控制在15组以内，应以每组冻结孔总长度相近为宜。冷冻机组的蒸发器及低温管路保温用软质泡沫塑料。盐水箱、盐水干管和冷冻板表面用聚苯乙烯泡沫板保温。
　　3.积极冻结与维护冻结
　　盐水系统试漏完成后，检查确认冷冻电路系统、冷却水循环系统参数正常后才开冷冻机。冷冻机先空转1～3h，观察运转是否异常。在试运转时，要逐步调节能量、压力、温度和电机负荷等各状态参数，使机组在有关设备规程和运行要求的技术参数条件下运行。冷冻站正常运转一周盐水温度降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降到-24℃以下。开始冻结后，要巡回检查冻结器是否有断裂漏盐水的情况发生，一旦发现盐水漏失，立即关闭阀门，并根据盐水漏失情况采取补救措施。从开挖到施工结构层前，盐水温度要保持不高于-28℃。
　　维护冻结过程中，要与积极冻结时一样进行冻结施工监测，确保冻结系统运转正常， 及时分析冻结壁的温度变化。在开挖过程中，每天监测暴露冻结壁的表面温度和位移量，如发现局部冻结壁温度 较高、变形较大，可用串接管道泵的方法加大对应位置的冻结孔流量。开挖期间，不允许 提高盐水温度和减小盐水流量。维护冻结期间现场布置一天不小于400Kw发电机作为备用电源，如采用低压接电则 布置于低压一级箱附近如采用高压输送至工作面，则布置于开挖工作面处，确保临时断电后12h内由发电机继续供电。
　　4.开挖与构筑施工
　　经探孔确认冻土帷幕已交圈并达到设计厚度后即可进行冻结壁强度计算，根据测温孔数据计算冻结壁内部平均厚度，联络通道的开挖与构筑施工。联络通道开挖，采取分区方式进行施工。将联络通道分为通道内和集水井两区进行开挖，即完成通道的开挖及初期支护和二次衬砌，再进行集水井开挖及 初期支护和二次衬砌。开挖采用短段掘砌技术，开挖步距控制在设计要求值之内。及时安装临时钢支架、预埋注浆管及喷浆。开挖过程中需注意对开挖面中心水平方向的冻结管的保护。采用两次支护方式。第一次支护（支护层）采用型钢支架，并挂钢筋网用混凝土喷射机喷射混凝土找平。第二次支护（结构层）采用现浇钢筋混凝土。
　　参考文献：
　　[1]王小宝. 沈阳地铁2号线区间联络通道冷冻法施工设计[J]. 中国市政工程， 2012（1）：44-46.
　　[2]趙军. 天津地区冷冻法联络通道施工风险识别及应对措施[J]. 天津建设科技， 2016， 26（3）：39-41.
　　作者简介：张红兴（1987-）男，陕西合阳人，工程师，工程部长，从地铁建设与管理工作。
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