摘要：結合青島地鐵1號線某項目施工實例，介紹地鐵盾構區間聯絡通道在富水砂層條件下凍結技術的應用研究，就凍結孔布置、凍結設備和參數的選擇等方面進行較為詳細的闡述，總結出聯絡通道凍結法技術施工風險的控制措施，并在工程應用中收到了良好的效果，為今后富水砂層地質條件下類似的聯絡通道施工具有較大的借鑒和指導意義。

　　關鍵詞盾構區間聯絡通道富水砂層凍結技術

　　1.前沿

　　凍結技術起源于天然凍結現象，憑借著安全可靠性好、環境污染小、加固土體強度較高、止水性能好、靈活性好等特點，已普遍應用于國內城市軌道交通工程中盾構區間聯絡通道開挖、復雜地質條件下暗挖隧道的地層加固等領域。本工程作為青島首個引入凍結法施工的地鐵項目，依托凍結法技術應用，成功解決了富水砂層條件下重大風險施工等問題。

　　水平凍結法技術是指首先在開挖掌子面范圍內打設一定數量的凍結孔，凍結孔須與聯絡通道開挖方向基本平行或者輕度傾斜，然后在凍結孔內安裝循環管道，通過循環管內的低溫鹽水流動循環，使凍結孔周邊的含水土體凍結，形成一圈止水性能好、抗壓強度高的帷幕，等待加固土體達到設計強度、帷幕達到設計厚度后進行聯絡通道土體開挖施工。凍結法施工中的重難點是判斷是否有效形成凍結帷幕;并依據凍結帷幕厚度、凍結土體的強度和溫度、凍結時間長短等條件來確定開挖時間節點。

　　聯絡通道是富水砂層地鐵盾構區間施工的管控難點，也是地鐵盾構區間施工安全風險極高的工程。國內有些城市地鐵建設過程中富水砂層條件下的聯絡通道施工發生過不少事故，因此應予以高度重視。

　　2.工程概況

　　青島地鐵1號線某盾構區間聯絡通道結構覆土17m，地勘報告顯示自上而下的土層依次為：⑪粘土、⑪/1含粘性土粗砂、⑫粗砂～礫砂、⑯/9強風化安山巖，其中聯絡通道地層位于⑪粘土、⑫粗砂～礫砂當中;場區地下水賦存在第四系基巖和松散砂土層的裂隙中，地下水的穩定水位埋深為8.05～8.20米，絕對標高為3.818～4.59米;地下水流速及流向為第11-1層中砂-粗砂層，整體流速為0.1～0.75m/d;第12層粗砂-礫砂層，整體流速0.15～4.81m/d。

　　3.聯絡通道土體加固方案比選

　　聯絡通道土體原設計采用∅600@450旋噴樁加固的方式對富水砂層附近地層進行加固;開挖前進行水平取芯，芯樣局部不完整，且有水涌出，帶少量泥沙，考慮富水砂層深孔旋噴存在缺陷，止水效果不明顯，為確保安全開挖，再次進行了洞內水平雙液漿加固，加固中管片局部位移，地面裂縫長度擴大后停止注漿;然后采取地面增設降水井、洞內增設泄水孔的方式進行降水，但開挖安全仍無法保證，存在涌水涌砂的風險。

　　根據青島地鐵1號線工程實際情況，參照其他城市同類地質條件的工程經驗，鑒于聯絡通道周邊地層已多次擾動，施工條件復雜等情況，確定采用局部加強的水平凍結技術對現狀地層進行加固，確保開挖安全。

　　4.凍結法施工方案

　　本工程凍結法施工方案是首先利用水平孔或傾斜孔使含水土體凍結，聯絡通道開挖土體及周邊土體得到凍結加固，然后進行聯絡通道管片破除和土體暗挖施工，待二襯結構施工完畢后進行自然解凍和融沉注漿;凍結孔布置、制冷系統/鹽水系統設備安裝、積極凍結、開挖初期支護為本工程的關鍵節點;凍結施工沉降監測、土體凍結強度、凍結溫度及孔內壓力監測是凍結施工的管控重點。

　　4.1凍結帷幕設計

　　凍結帷幕設計首先對盾構區間聯絡通道結構的受力情況進行分析，然后通過假設在設計凍結溫度和凍結帷幕厚度下的凍結強度，分析計算凍結帷幕安全指標系數，從而得到凍結孔的布置設計。此工程設計凍結孔共計92個(右線65個，左線27個)。

　　4.2凍結設備和參數的選擇

　　凍結設備選用的冷凍機機組型號為JYSLGF300III，工況制冷量12.3×104Kcal/h，電機功率110kw，數量2臺，其中1臺備用。凍結系統輔助設備有：(1)鹽水循環泵選用型號為IS200-150-315，電機功率55kw，揚程32m，流量315m3/h，數量2臺，1臺備用;(2)冷卻水循環設備選用的清水泵型號為10SH-19，電機功率22kw，流量187m3/h，數量兩臺，其中1臺備用;(3)冷卻系統主要采用噴淋冷卻設備，補充新鮮水指標為15m3/h。

　　凍結供冷系統設計參數是積極凍結鹽水溫度達到-28℃～-30℃，去路與回路鹽水溫差額小于2℃，凍結孔的單孔流量不小于5～8m3/h;積極凍結時間設計指標為60天，維護凍結期間溫度小于-28℃。

　　5.凍結施工風險管控措施

　　5.1凍結前的風險管控措施

　　(1)安裝預應力支架

　　凍結過程中盾構管片結構因凍結壓力的作用，使盾構區間發生橫向結構變形。為減少變形，在凍結壁交圈之前在盾構區間內設置預應力支架。本工程聯絡通道共設8榀預應力支架，在盾構區間聯絡通道預留洞口兩側的第二、三環隧道管片中間處設置。

　　(2)布置測溫計

　　為掌握凍結帷幕的形成過程和結果，凍結壁是否交圈，凍結帷幕厚度及凍結溫度是否滿足設計要求，在左右線盾構區間聯絡通道洞口共設置12個測溫孔(右線布置2個，左線布置10個)，深度2m～10m。

　　(3)布置卸壓孔

　　為了減少凍脹對工程上方地面以及盾構區間管片的影響，在盾構區間左右線聯絡通道開挖掌子面內布置4個卸壓孔(左、右線各2個)，通過對卸壓孔內水流量的觀察以及卸壓孔內水壓檢測，用來判定凍結效果。

　　5.2凍結過程中的風險管控措施

　　為了判斷聯絡通道凍結帷幕厚度和強度是否滿足設計要求，采取以下措施：

　　(1)鹽水降溫情況。自2019年11月16日開機至2019年12月30日，凍結系統在維護凍結設計溫度-28℃以下運行，累計運行天數為45，去路運行溫度-29.8℃，回路運行溫度-28.4℃;去路與回路溫差為1.4℃，小于設計溫差2℃。通過去路與回路溫差、鹽水溫度分析，降溫趨線已經正常，凍結范圍內的熱負荷減小明顯，得出結論凍結帷幕效果良好。

　　(2)根據凍結孔內實測溫度資料、測點溫度到達0℃的時間，測算出凍土發展速度最小25.8mm/d，最大47.3mm/d，凍土平均發展速度為34.8mm/d。在聯絡通道的中部、兩端三個位置選取凍結斷面進行凍結壁厚度分析，使用聯絡通道最小凍土發展速度值25.8mm/d，推算出凍結壁厚度達到設計2.2m要求，其中聯絡通道側墻最小凍土厚度達到2214mm，拱頂結構最小凍土保護層厚度達到3291mm。

　　(3)觀察卸壓孔的壓力變化情況。聯絡通道左右線4個卸壓孔的原始水壓為0.1MPa左右，從凍結20天(12月5日)前后泄壓孔內壓力開始增長，凍結24天(12月9日)壓力漲幅明顯，證明凍結壁全部交圈;凍結第27天(12月12日)泄壓孔內壓力為0.38MPa;為了防止凍結壓力過大對盾構區間管片造成破壞，開始在泄壓孔進行卸壓，第一次泄壓時最初半分鐘內有渾水流出，之后變為清水，泄壓時間約5分鐘，測得水流溫度為9.6℃，測得水流量為0.27m³/小時;其后每隔一天泄壓一次，泄壓至12月25日無水流出，說明聯絡通道在凍結帷幕的保護下土體狀態已穩定。

　　5.3凍脹、融沉風險控制措施

　　凍結法對于地面建筑物、道路和盾構區間結構的影響主要原因是凍脹和融沉。首先，為了減少凍結施工對地面建筑物和盾構區間管片結構的影響，在凍結帷幕內設置多個泄壓孔，通過放水卸壓減弱作用在盾構區間管片結構上的壓力;通過自動化監測設備實時監測盾構區間管片的變形，推算凍結施工對盾構區間結構的最終影響;通過監測鹽水溫度，實時調整來回路溫差和鹽水流量，確保凍結帷幕厚度不低于設計值;其次為了規避地面融沉可能對盾構區間造成不良后果，在二襯結構施工過程中預留漿液注漿管，在結構二襯施工完畢、凍結停止后進行注漿，用來補償土體溶解下沉，同時凍結施工全過程采取自動化監測手段，對管片結構變形、地面沉降變形、泄壓孔壓力、凍土溫度進行實時監測;通過對凍結法施工的全過程分析，凍結期間地面上升，開挖期間地面基本穩定，加固土體解凍期間地面下沉，其中最大累計沉降量為-10mm，遠遠小于累計沉降量2cm的設計要求，可見水平凍結法對地面建筑物和盾構區間結構不會造成不良的破壞影響。

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　　6.結語

　　凍結法在青島地鐵1號線盾構區間聯絡通道的成功應用，說明凍結技術在富水砂層復雜水文地質條件下是有效、可行的，最大限度的防范了隧道涌水涌砂施工風險，對青島地鐵類似地層工程提供了豐富的施工經驗。

　　參考文獻

　　[1]王暉.軟土地層地鐵盾構隧道聯絡通道凍結法施工控制技術研究[J]現代隧道技術.2004.03.004

　　[2]姜慶.凍結法在地鐵盾構隧道聯絡通道的應用[J]低碳世界.2017.08.129

　　作者：劉輝