联络通道冻结法地层加固设计总结
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摘 要：联络通道是地铁区间隧道工程的重要组成部分，设置于左右线区间隧道之间，其作用是区间隧道的安全疏散通道，有时兼做排水泵房。通过对北京几条地铁线的联络通道设计及调研郑州、杭州、福州等多条地铁线联络通道冻结法土层加固设计，总结了联络通道冻结设计要点、不同形式下冻结管结果统计、设计注意事项、减小冻涨和融沉措施等。
关键词：联络通道 冻结法 冻结壁 冻结管 冻涨 融沉
中图分类号：TU472.9 文献标识码：A 文章編号：1672-3791（2019）03（c）-0042-03
联络通道是地铁区间隧道工程的重要组成部分，设置于左右线区间隧道之间，其作用是区间隧道的安全疏散通道，有时兼做排水泵房。联络通道是地铁工程后期的主要风险源，合理的设计方案是确保工程安全实施的关键。冻结法已成为软土地区、地下水丰富地区地下工程建设重要的地层加固方法。联络通道采用水平冻结法加固地层，矿山法施工已经成为安全可靠、优势突出的地层加固方法。通过对联络通道冻结设计总结，为今后同类工程提供设计参考经验。
1 设计要点
首先判断冻结壁类别，分3类：Ⅰ类仅用于止水，Ⅱ类仅用于承载，Ⅲ类既止水又承载。然后根据联络通道埋深计算冻结壁厚度，最后根据设计冻结壁厚度布置冻结管数量。冻结管布置是冻结设计的核心，是否可以形成设计冻结壁的关键。应以安全可靠、经济合理为原则。冻结壁设计需注意以下几点。
1.1 地质资料特别是冻土特性的选取
典型土层有粉土、黏土、砂土、卵石土等，不同冻土层、含水率、冻结温度，冻土的力学参数有着明显差异，冻土参数应通过冻土物理力学试验提供，在设计前期没有实验数据时可参考《联络通道冻结法施工技术规程》QGD-002-2017进行冻结壁强度试算。
1.2 冻结壁厚度的选取
冻结壁厚度设计应考虑承受外部荷载、工程及水文地质、可能达到的冻结壁平均温度等综合条件确定。在进行冻结壁计算前可参考表1冻结壁厚度参考表进行试算。
1.3 冻结壁设计理论计算方法的应用分析
采用结构力学及数值模拟两种方法计算。图1、图2为联通通道位于粉土层中，埋深20m，冻结壁平均温度-10℃，其他外部条件均相同条件下两种方法计算结果。
（1）图1和表2为数值模拟计算结果。
（2）图2为结构力学计算结果。
这两种方法互为补充，互为验算。比较两种计算结果，结构力学法计算偏于安全，由计算结果可知，冻土的抗压、抗弯和抗剪强度均有一定安全储备，且计算没考虑随挖随支的有利影响，安全性较高。
2 不同形式下冻结管结果统计
从表3中总结如下：（1）带泵房：冻结管一般为75～80个，冻结管总长度随着左右线隧道中心距变大而加长，冻结天数约为45～50d。（2）不带泵房：冻结管一般为65～70个，冻结管总长度随着左右线隧道中心距变大而加长，冻结天数约为40～45d。（3）单洞：冻结管约80～85个，冻结管长度为750～800m，因其风险较大，冻结天数约为50d。
该表冻结时间是指积极冻结期——开机冻结至冻结壁达到设计厚度和强度时间。冻结时间受很多外部条件影响，例如土层含水量、水的流速、水质含盐量等，对于砂卵石土层主要存在自由水，其冻结速度比黏土层快，时间短，冻土强度高。故设计提供冻结时间一般为暂定时间，可根据现场情况适当调整。
3 设计注意事项
（1）首先注明加强监测工作，重点监测循环盐水的温度和流量、冻结壁的温度、冻结期已有隧道变形、开挖期冻结壁变形、地面冻涨和融沉。做好现场监测是冻结法施工的关键步骤之一。（2）通道布孔图中，画出隧道管片的接缝图用于设计时避开管片接缝、螺栓孔、钢管片肋板。冻结孔优先均匀布置，在这些位置考虑避让。（3）仰拱位置结构内力最大，故通道下侧角部冻结管布置可适当加强，保证通道周圈冻结壁完成交圈。（4）通道最上层和最下层冻结管布置时考虑钻机操作空间，沿着冻结管方向，布孔时隧道内预留操作尺寸约4000mm×400mm。（5）通道断面较大或者两隧道线间距较大时可能造成对侧隧道冻结管数量增多，这时需注意增加透孔数量，保证通过透孔输送给对侧隧道内冻结管流量达到要求。（6）测温孔（点）应布置在冻结孔间距较大的界面上或预计冻结薄弱处。管径宜与冻结管一致，在冻结效果不理想情况下，还可变为冻结补强孔。（7）在开挖区非冻土层位置布置泄压孔，孔口设置压力表，冻结过程中水压上涨超过初始压力0.2MPa时打开阀门泄压。一般在左右线隧道的联通通道范围共布置4个卸压孔，尽量布置透水层范围，用来判断具备开挖条件（开挖前监测泄压孔内24h无持续压力泥水流出）之一。
4 减小冻涨和融沉措施
4.1 抑制冻胀的措施
间歇冻结法：降低冻结速度，减小水分迁移。快速冻结法：足够快的冻结速度使得大量水分迁移来不及，无法形成大量冰晶体。避免采用封闭式冻土帷幕，限制冻结范围，设置卸压孔释放冻胀压力。
4.2 控制融沉措施
（1）强制解冻，跟踪注浆，通过增加孔隙水的粘性来控制向冻结面的水分迁移量。尽快固结土体，避免长期沉降。（2）地层改良冻结法：先注浆，后冻结。降低土壤透水系数，阻止水分迁移;加强土体强度，减小压缩沉降。（3）预注CMC（羧甲基纤维素钠），增加土体黏性，降低透水系数，阻碍水分迁移。
通过总结联络通道冻结法设计中的技术要点、注意事项等，为相关工程提供参考经验，方便大家在今后设计中快速进入工作状态，更好地将冻结法地层加固技术应用到地下工程建设当中。
参考文献
[1] 龚晓南.地基处理手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2] 夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2014.
[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，2004，41（3）：17-21.
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