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冻结法在地铁盾构隧道联络通道施工中的应用
李栋
[摘要]冻结法是在地层中按预定间隔埋设冻结管（φ100mm的管径）冷却液在冻结管上循环，则管周围地层中的孔隙水以管为中心生成年轮形柱状冻土。若使邻近的冻土柱连结在一起，即形成止水墙或反力墙。冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。公司在杭州地铁隧道联络通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，本文通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。
[关键词]冻结法地铁联络通道应用
1工程概况
杭州地铁九堡东站～乔司南站盾构区间隧道联络通道及泵站位于区间隧道中部，联络通道及泵站采取合并建造模式，距离联络通道上部地面正上方14m处有一居民房，联络通道上方无重要管线。
拟构筑联络通道所在位置的隧片为钢管片，隧道内径为φ5.5m，上、下行线隧道中心线距离15.46m。联络通道结构见图1。

图1联络通道结构示意图
2工程地质及水文地质条件
根据离联络通道最近的地质勘探孔提供的地质情况，联络通道所处地层上部和中部为③5砂质粉土、下部③6粉砂夹砂质粉土，见图1所示。该土层具有高压缩性、低强度、灵敏度高、透水性强等特点，在动力作用下易产生流变现象。
在该地层内进行联络通道开挖构筑，须对土体进行稳妥、可靠的加固处理。冻结法加固土体具有强度高，封水性好，安全可靠的优点，极适于本工程。
3施工工艺过程
3.1施工方案选定
根据上述联络通道施工条件，决定采用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工方案。即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及泵房外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。
3.2冻结法的施工工艺

图2冻结法施工流程图
3.3冻结加固设计
3.3.1冻结帷幕的加固范围
联络通道冻结帷幕按冻结加固设计图的要求进行施工。冻结壁平均温度设计为-10℃，相应的冻土强度的设计指标为：单轴抗压3.6Mpa，抗折1.8Mpa，抗剪1.6Mpa，无侧限抗压强度qu≥3.0Mpa，土体渗透系数k≤1×0-8cm/sec。
3.3.2冻结孔、测温孔与卸压孔的布置
.1冻结孔布置
从上、下行线隧道两侧打孔方式进行施工。冻结孔按上仰、水平、下俯三种角度布置，共布置冻结孔78个，其中上行线64个，下行线14个。设置穿透孔4个。冻结孔的布置详见图3、图4。

图3：冻结孔立面透视

图4：冻结孔平面布置

.2测温孔布置
测温孔共布置8个，上行线4个，下行线4个，深度为2～6m，主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施，确保施工的安全。
.3卸压孔布置
在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔(利用管片上的注浆孔)，上行线、下行线各2个。在卸压孔上安装压力表，可以直观的监测冻结帷幕内的压力变化情况，通过每日观测，及时判断冻结帷幕的形成，并可直接释放冻胀压力。
3.3.3冻结参数
积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃，维护冻结期温度为-25℃～-28℃。
积极冻结时间为40天，维护冻结时间与开挖和结构施工相同。
冻结孔单孔流量不小于3m3/h。
积极冻结7天盐水温度降至18℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去、回盐水温差不大于2℃，开挖时盐水温度降至-28℃以下。
3.3.4需冷量计算和冷冻机选型
冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K
式中:H—冻结总长度，m；
d—冻结管直径；
K—冻结管散热系数；
将上述参数代入公式得出最大需冷量为：
根据以上计算需冷量，选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组二台套，并联安装，单台运行，互为备用。单台机组设计工况制冷量为8.7×104Kcal/h，电机功率110KW，完全满足制冷需求。
3.3.5冻结系统辅助设备
（1）盐水循环泵选用IS150-125－315型2台，流量200m3/h，电机功率30KW。
（2）冷却水循环泵选用IS150-125－315型2台，流量200m3/h，电机功率30KW。冷却塔选用NBL-50型2台，补充新鲜水15m3/h。
3.3.6管路选择
（1）冻结管选用Φ89×8mm,20#低碳钢无缝钢管,丝扣连接,另加手工电弧焊焊接。单根长度1～1.5m。
（2）供液管选用1.5″钢管，采用焊接连接。
（3）测温管和卸压管选用Φ32×3.5mm,无缝钢管。
（4）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6m