冷凍法在地鐵聯(lián)絡(luò)通道工程中的應(yīng)用研究

摘 要：冷凍法作為地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道土體加固的臨時方法安全可靠，有良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。本文并結(jié)合工程實例，分析了冷凍法在聯(lián)絡(luò)通道中的具體應(yīng)用及注意事項，為類似工程施工提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵;隧道;聯(lián)絡(luò)通道;冷凍法

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市地鐵以其安全、快捷、準(zhǔn)時等特點越來越受到人們的青睞。冷凍法作為地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道土體加固的臨時方法安全可靠，有良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景，被廣泛應(yīng)用于城市地鐵隧道的聯(lián)絡(luò)通道工程施工中。凍土帷幕是一種臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，待永久支護(hù)形成后，停止凍結(jié)，凍結(jié)壁融化。采用凍結(jié)法施工，可有效隔絕地下水，凍土帷幕的形狀和強度可視施工場地條件靈活布置和調(diào)整，凍土強度可達(dá)5MPa～10MPa，能有效提高工效。冷凍法加固地層，既有效的保證了通道施工的施工安全，又保證了工程的質(zhì)量和進(jìn)度。隨著我國軌道交通的迅猛發(fā)展，冷凍法的施工工藝必然在地鐵工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

一、工程概況

長春地鐵1號線長春火車北廣場站～長春火車南廣場站區(qū)間始于長春火車北廣場站終點，終于長春火車南廣場站起點。本區(qū)間起訖里程為K15+347.072～K15+810.200，線路右線長度為460.877m，左線長度為445.152m。右線和左線平面線形為R=380曲線，線間距15.0米～17.4米，本區(qū)間于左線里程K15+576.080，右線里程K15+585.296處結(jié)合排水泵房設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道一處。聯(lián)絡(luò)通道正上方位置左右側(cè)6.5m位置為左右兩行的高鐵股道，及人員換乘通道位置有8根雨棚承臺樁，距離聯(lián)絡(luò)通道頂板7.9m。聯(lián)絡(luò)通道施工區(qū)上方為鐵路股道以及換乘通道，所處主要土層為全風(fēng)化泥巖層及強風(fēng)化泥巖層。全風(fēng)化泥巖層有少量殘余結(jié)構(gòu)強度，呈粘土狀，硬塑～堅硬狀態(tài)，中～低壓縮性，遇水易軟化，本層土較易鉆進(jìn)，巖芯破碎。強風(fēng)化泥巖層泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，泥巖夾有少量灰色泥質(zhì)粉砂巖，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，風(fēng)化裂隙較為發(fā)育，錘擊聲悶，破壞后呈碎塊狀，遇水易軟化，用手可折斷或捏碎，巖芯較完整。聯(lián)絡(luò)通道施工擬采用隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體，隧道內(nèi)暗挖構(gòu)筑的全隧道內(nèi)施工方案。

二、凍結(jié)帷幕設(shè)計

根據(jù)結(jié)構(gòu)埋深驗算計算，選取凍結(jié)壁設(shè)計厚度均為2.4m。聯(lián)絡(luò)通道泵房底部用“V”字形布孔方式，開挖時泵房外圍凍結(jié)管不割除。沿凍土帷幕與開挖對側(cè)隧道管片交接面敷設(shè)冷凍排管各5排。凍結(jié)壁交圈時間：凍土發(fā)展速度平均按20mm/d計算，交圈時間約為20～23天。凍結(jié)管長度：按施工圖設(shè)計，冷凍排管為115m。凍結(jié)需冷量凍結(jié)管散熱系數(shù)取300Kcalh-1m-2，冷量損耗取20%。

三、凍結(jié)施工和永久結(jié)構(gòu)施工

1.凍結(jié)孔施工

選用MD-80A型水平鉆機1臺，扭矩2500KN*m，推力20KN，選用BW-200/50泥漿泵一臺，流量為200L/min，進(jìn)行施工。普通凍結(jié)管選用的φ89x8mm低碳無縫鋼管，單根管材長度以1.5～2m為宜，采用絲扣對焊連接，單根凍結(jié)管配管根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行配管。透孔用$89x8mm低碳無縫鋼管，用絲扣加對焊連接，測溫管材質(zhì)一般宜同凍結(jié)管，部分測溫孔選用φ32mm焊管，供液管采用φ48mm焊接鋼管。按凍結(jié)孔施工圖布置凍結(jié)孔，孔位偏差不應(yīng)大于100mm。

2.凍結(jié)站設(shè)計與設(shè)備安裝

冷凍站安裝與隧道內(nèi)靠近開挖面一側(cè)，設(shè)備安裝按設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行。鹽水和冷卻水管路用法蘭連接，并用管架架設(shè)在施工平臺上或隧道管片上?；芈符}水干管上要做搉字形彎起。鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保溫，保溫層厚度為50mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管。凍結(jié)孔每3～7個一串聯(lián)，串聯(lián)盡量應(yīng)間隔進(jìn)行，總分組控制在15組以內(nèi)，應(yīng)以每組凍結(jié)孔總長度相近為宜。冷凍機組的蒸發(fā)器及低溫管路保溫用軟質(zhì)泡沫塑料。鹽水箱、鹽水干管和冷凍板表面用聚苯乙烯泡沫板保溫。

3.積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)

鹽水系統(tǒng)試漏完成后，檢查確認(rèn)冷凍電路系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)正常后才開冷凍機。冷凍機先空轉(zhuǎn)1～3h，觀察運轉(zhuǎn)是否異常。在試運轉(zhuǎn)時，要逐步調(diào)節(jié)能量、壓力、溫度和電機負(fù)荷等各狀態(tài)參數(shù)，使機組在有關(guān)設(shè)備規(guī)程和運行要求的技術(shù)參數(shù)條件下運行。冷凍站正常運轉(zhuǎn)一周鹽水溫度降至-18℃以下，積極凍結(jié)15天鹽水溫度降到-24℃以下。開始凍結(jié)后，要巡回檢查凍結(jié)器是否有斷裂漏鹽水的情況發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)鹽水漏失，立即關(guān)閉閥門，并根據(jù)鹽水漏失情況采取補救措施。從開挖到施工結(jié)構(gòu)層前，鹽水溫度要保持不高于-28℃。

維護(hù)凍結(jié)過程中，要與積極凍結(jié)時一樣進(jìn)行凍結(jié)施工監(jiān)測，確保凍結(jié)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常， 及時分析凍結(jié)壁的溫度變化。在開挖過程中，每天監(jiān)測暴露凍結(jié)壁的表面溫度和位移量，如發(fā)現(xiàn)局部凍結(jié)壁溫度 較高、變形較大，可用串接管道泵的方法加大對應(yīng)位置的凍結(jié)孔流量。開挖期間，不允許 提高鹽水溫度和減小鹽水流量。維護(hù)凍結(jié)期間現(xiàn)場布置一天不小于400Kw發(fā)電機作為備用電源，如采用低壓接電則 布置于低壓一級箱附近如采用高壓輸送至工作面，則布置于開挖工作面處，確保臨時斷電后12h內(nèi)由發(fā)電機繼續(xù)供電。

4.開挖與構(gòu)筑施工

經(jīng)探孔確認(rèn)凍土帷幕已交圈并達(dá)到設(shè)計厚度后即可進(jìn)行凍結(jié)壁強度計算，根據(jù)測溫孔數(shù)據(jù)計算凍結(jié)壁內(nèi)部平均厚度，聯(lián)絡(luò)通道的開挖與構(gòu)筑施工。聯(lián)絡(luò)通道開挖，采取分區(qū)方式進(jìn)行施工。將聯(lián)絡(luò)通道分為通道內(nèi)和集水井兩區(qū)進(jìn)行開挖，即完成通道的開挖及初期支護(hù)和二次襯砌，再進(jìn)行集水井開挖及 初期支護(hù)和二次襯砌。開挖采用短段掘砌技術(shù)，開挖步距控制在設(shè)計要求值之內(nèi)。及時安裝臨時鋼支架、預(yù)埋注漿管及噴漿。開挖過程中需注意對開挖面中心水平方向的凍結(jié)管的保護(hù)。采用兩次支護(hù)方式。第一次支護(hù)（支護(hù)層）采用型鋼支架，并掛鋼筋網(wǎng)用混凝土噴射機噴射混凝土找平。第二次支護(hù)（結(jié)構(gòu)層）采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

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作者簡介：張紅興（1987-）男，陜西合陽人，工程師，工程部長，從地鐵建設(shè)與管理工作。