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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

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文章编号：1009-6582（2004）03-0017-05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

王 晖 竺维彬 （广州市地下铁道设计研究院，广州510010） （广州市地下铁道总公司建设总部，广州510010）

摘 要 文章对南京地铁南北线一期工程某标段盾构区间联络通道冻结加固工法进行了分析，指出地铁联络通道冻结法施工中应采取的必要施工技术措施，并提出施工过程值得改进的方面，以确保施工质量和安全，可供其他类似工程参考。关键词 盾构隧道 联络通道 冻结法 控制技术

中图分类号：U457+.5 文献标识码：A

1 前 言地铁联络通道施工一般采用竖井开挖或隧道内开孔暗挖的方法，在软土地层施工中，无论采用哪种方法，开挖前都必须对开挖面土体进行加固。洞内冻结法加固，即沿开挖断面周边布置与联络通道方向基本平行的近水平或倾斜冻结孔，然后在冻结孔中循环低温盐水，使冻结孔附近的含水地层结冰，形成强度高、封水性好的水平冻土帷幕，在冻土帷幕的保护下进行隧道暗挖施工。合理选用冻结法施工工艺，可以确保土体加固质量和联络通道开挖安全。本文根据南京地铁某标段盾构区间隧道联络通道施工的成功经验，对联络通道冻结法施工技术措施进行了分析研究，同时结合其他联络通道冻结法施工中存在问题的共性，提出今后联络通道施工中仍有待进一步优化和解决的问题，希望能对以后的联络通道土体冻结法施工提供借鉴和指导。

2 方案的选定该联络通道位于交通繁忙的中央路下，上方是公交总公司站台，地表下有多根给排水管线、电力管线、通讯电缆。联络通道与泵房合并建造，联络通道顶部埋深17.8m，泵房底部埋深25.7m。

地质情况如图1和表1所示，地下水位在地下2m。联络通道主要处在②-2b4淤泥质粉质粘土

（上部）、③-2-1b2粉质粘土（中部）和③-3-1（a+b）1-2粉质粘土（下部）地层中，土层平均渗透系数小，透水性差，是冻结施工较为有利的土层。根据该联络通道埋深和土层特性，若采用普通单轴、双轴搅拌桩、旋喷桩等地面加固方法，很难保

图1 地质柱状图（单位：m）Fig.1 Stratumhistogram

修改稿返回日期：2004-04-15作者简介：王晖，男，工程师.・71・

第41卷第3期2004年6月 现代隧道技术ModernTunnellingTechnology Vol.41 No.3

Jun.2004表1 土层物理参数Table1 Physicalparametersofthestratum

土层名称土层厚/m含水量W/%天然重度γ/（kN/m3）压缩模量Es/MPa粘聚力C/kPa内摩擦角Ф/（º）渗透系数

kv/（10-7cm/s）

杂填土①-2b3-11.827.019.66.1550.55.8

粉土②-1c2-31.327.219.75.5529.315.9496

粉细砂②-1d3-44.026.719.510.9612.929.38951

淤泥质粉质粘土②-2b410.839.517.93.2810.37.23.56

粉质粘土③-2-1b23.825.119.74.6845.08.84.9

粉质粘土③-3-1（a+b）1-25.226.019.97.7268.78.40.33

证这一深度的加固质量；若选用大型三轴搅拌桩机，占用地面场地过大，很难进行交通疏解和管线迁移，且加固时间也须提前至盾构掘进前，对工期安排不利。综合地质情况和周边环境因素影响，最终研究决定采用“隧道内钻孔冻结加固，矿山法暗挖构筑”的施工方案。

3 冻结设计冻结设计主要通过对联络通道的受力情况分析，计算出冻结帷幕的轴力和弯矩，根据假定冻土层厚度和设计冻结温度下的冻土强度，得出冻结帷幕安全系数，进而完成冻土帷幕设计，进行冻结孔布置设计。本工程中，假定冻土层厚度为1.6m，计算模型采用矩形钢架（冻结孔布置按矩形布置，顶部两拐角作圆弧处理），计算得出联络通道中部冻土结构各截面承受弯矩及轴力图，如图2所示。以冻土

平均温度为-10℃时的粘土冻土强度为准，得出各截面抗压、抗拉和抗剪安全系数均大于1.6。

图2 冻土截面内力图Fig.2 Internalforceoffrozensoilatthecrosssection

根据冻结帷幕设计及联络通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置。开孔间距约为0.7m，冻结孔数55个。冻结孔布置剖面详见图3。

4 冻结设备和参数的选择

图3 冻结孔布置剖面图（单位：mm）Fig.3 Profileoffrozenholesarrangement

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现代隧道技术冻结设备选用YSLGF300Ⅱ型螺杆压缩机组一台套，设计工况制冷量为87500kcal/h，电机功率110kW。冻结系统主要辅助设备有：（1）盐水循环泵选用IS125-100～200型2台，流量200m3/h，电机功率45kW，其中一台备用；（2）冷却水循环选用IS125-100～200C型2台，流量120m3/h，电机功率30kW，其中一台备用。冷却塔选用NBL-100型一台，补充新鲜水15m3/h。地层冻结供冷工艺参数和指标为：积极冻结盐水温度为-28℃～-30℃，设计冻结帷幕交圈时间为25d，达到设计厚度的积极冻结时间30d，开挖后维护冻结时间35d，冻结孔单孔流量不小于4m3/h。5 施工过程重点控制措施5.1 冻结前的控制措施（1）管片开孔孔位应避开钢筋，为防止开孔过程外部水土涌入造成地表沉陷，管片开孔前必须事先安装孔口管，孔口管与管片之间的缝隙要充填密实，端部配置连接闸阀的孔口装置，钻孔过程中一旦发现涌水、涌沙情况，可以立即关闭闸阀。钻孔结束后，还应进行打压试验，观察管路和孔的密封情况。（2）隧道内支撑冻结过程中隧道受冻土力的作用，会发生隧道横向断面变形，从而影响隧道的椭圆度。为了减少这一变形，在冻结前隧道内安装了预应力隧道支架，即在上下行线隧道的联络通道洞口两侧安装两榀预应力钢支架（图4），每榀支架有8个支点，均匀地支撑在隧道管片上，施工中可根据观测到的隧道变形情况，调整各个支点的预应力大小，控制隧道变形。图4 预应力钢支架Fig.4 Prestressedsteelbracket（3）布置测温孔为了掌握冻土帷幕的形成过程、形成状况，以及判断冻土柱是否交圈、冻土墙厚度及其温度是否达到设计要求等等，在左、右线隧道联络通道洞口两侧共布置8个测温孔，其中左线隧道布置了6个，右线隧道布置了2个，每个测温孔内设3个测点，每个测

点间距600mm，测温孔深为2m，随时监测温度变化。（4）布置卸压孔为了减少冻结过程中土体冻胀对地表以及隧道的影响，隧道右线联络通道开挖断面内布置了一个卸压孔。通过卸压孔压力的测试，以及对卸压孔内水流观察，可以判断冻土的冻结情况。5.2 冻结过程中的控制措施（1）钢管片的拆卸为了判断钢管片拆除前联络通道土体冻结的帷幕墙厚度是否达到设计要求、土体强度是否达到要求以及保证土体开挖的安全进行，采用了以下措施。①对去路、回路盐水进行温度检测，2003年5月25日盐水的去、回路温度差已从2003年4月21日的平均2.4℃降到1.0℃，说明地层的热负荷减少，冻土帷幕形成良好。②根据土体测温孔的实测资料，按温度场公式进行计算，测点1和测点2冻土的发展速度为25.1mm/d，测点3的冻土发展速度25.7mm/d，测点5的冻土发展速度为32.1mm/d，测点6和测点8的冻土发展速度为31.2mm/d。冻土平均发展速度为28.5mm/d，按此推算冻结35天，冻土发展厚度

1.99m，超过设计厚度。③观察卸压孔的压力变化情况，从2003年4月21日冻结开始无压力到5月5日压力升到0.08MPa，后压力升到0.12MPa，到5月15日，压力不再升高，说明冻结帷幕已经形成，帷幕内的自由水由于水分迁移的作用已经基本补给到冻土中，2003年5月23日打开该泄压孔有少量水流出，6月1日土体开挖时该孔内没有水流出现象。④观察隧道内部管片上的结霜情况，其范围和轮廓比较均匀，反映出冻结过程正常。（2）土体支护联络通道土体开挖导致地层中原有的应力平衡受到破坏，引起通道周围地层中的应力重新分布。这种重新分布的应力不仅使上部地层产生位移，而且会形成新的附加荷载作用在已加固好的冻土帷幕上，引起冻土帷幕及冻结管的变形或破坏。为控制这种变形的发展，冻土开挖后就要及时对冻结壁进・91・

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行支护，所以联络通道的初期支护是维护地层稳定、确保施工安全的一项重要技术措施。经过力学计算分析，确定联络通道初期支护采用18#工字钢加工成的直腿拱形支架和矩形支架。钢拱架为封闭形式，用于喇叭口及通道内的临时支护。为增加支架的稳定性，每道支架中部加有一根横撑。拱形支架的排间距与通道的开挖步距相对应，为0.3～0.5m。相

邻支架间加有纵向拉杆，以增加整个支护体系的整体性和稳定性。矩形钢支架用于集水井，支护间距为0.5m，上下两排支架间由8根拉杆相互连接，必要时增加纵横向支撑，以增加支架整体的稳定性及抗变形的能力。为了控制支架间冻结壁的变形、减少冻结壁冷量损失，所有钢支撑架后用木背板密背，背板必须与冻结壁紧贴，尽量减少支护间隙，木背板不能松动，当支护间隙较大时，可增加背板厚度和木楔子，以提高支护效果（图5）。

图5 联络通道临时支护Fig.5 Temporarysupportfortheconnectingpassage

永久支护为结构设计中的钢筋混凝土结构。为减少混凝土施工接缝，联络通道开挖及临时支护完成后，一次连续进行浇筑。由于这种结构的特殊性，通道顶板内的混凝土浇筑较为困难，为提高混凝土施工质量，可采取分段浇筑的施工方式，必要时可采用喷浆机对浇筑空隙进行充填。上部结构施工完成

以后，开挖集水井。集水井开挖到设计深度，首先对集水井底板进行封底浇筑，然后一次完成集水井的钢筋混凝土浇筑施工。5.3 解冻过程中的控制措施联络通道主体结构施工完毕后，停止供冷，土体自然解冻。解冻过程中会引起地面的沉陷，如果沉陷过大，不但对隧道而且对地面建筑、地下管线将产生不利影响。为减少土体解冻产生的沉降量，本工程在施工过程中从联络通道内部预留了注浆孔，解冻前对初期支护背后进行了注浆处理，同时加密了地表和管线沉降、隧道收敛、隧道位移等项目的监测频率。根据观测到的隧道及地层沉降情况，采取跟踪注浆方式，及时对地层进行补偿注浆。

6 施工过程存在的问题（1）地表沉降为观测冻结施工过程各阶段地表变形情况，地表布置了33个沉降监测点。沿联络通道中轴布置的沉降槽10个监测点的沉降情况如图6所示。从监测成

果可以看出，钻孔结束后最大沉降点的地表累计沉降（包括盾构推进时的沉降量）达到19.2mm，冻结结束后达到17.2mm，开挖阶段结束后达到23mm，

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地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术

地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术

・隧道／地下工程・地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术刘艳滨（中铁十七局集团有限公司太原０３０００６）摘要结合上海地铁Ｍ８线施工实例，介绍了在粉质黏土地层中施作地铁盾构隧道通道的冻结法施工技术，包括冻土帷幕厚度设计、冻结孔布置、冻结施工参数、冻结施工工艺流程、施工安全技术措施等。

关键词地铁隧道盾构旁通道冰冻法施工１工程概况上海地铁Ｍ８线曲阳路站至虹口足球场站区间为单元盾构法双线隧道，在区间的最低点设一座旁通道及泵站。

旁通道及泵站由与左右线隧道正交的水平通道及通道中部的集水井组成。

通道为直墙圆收稿日期：２（）０４—０２—０８弧拱结构，集水井为矩形结构，通道和集水井均采用两次支护，支护层厚２０ｃｍ，通道墙、拱和集水井结构层厚４０ｃｍ，通道底板和通道与隧道连接处（喇叭口）结构层厚１ｍ。

通道开挖轮廓高４．２３ｍ，宽３．２ｍ，局部（喇叭口处）高４．８３ｍ，宽４．４ｍ；集水井开挖轮廓长４．７ｍ，宽３．２ｍ，深２．９ｍ。

旁通道及泵站结构如图１所示。

旁通道位置隧道中心高程为一１７．１５５ｍ，地面高・＋“－卜“—＋－“—－卜“—一“—＿卜“—・卜“—・卜ｎ■－一—・卜ｎ—－＿卜一—＿卜一—・卜”—卜一—・卜一—・卜－—・＋－－—＋－一—－＋＿－——＿卜－—・卜＊—・＋＿＊—・卜”＋一—卜一—・卜”—・卜＊＋“＋“＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋・・＋一＋＊＋”＋＊＋”＋＊＋－＋・・＋－・＋有的地段覆盖土层厚仅２．５ｍ，也因管壁被触变泥浆包裹而安全顶过。

顶进杭州湾的一根直径１．６ｍ、壁厚１７０ｍｍ、长ｌ５１１ｍ的钢筋混凝土管（用于排放污水），沿途有几根竖管通到各排污工厂的地面，都是采用膨润土触变泥浆减阻顶进的。

在铁路下顶管，不影响铁路运营的实例也很多。

最近上海隧道公司用触变泥浆将直径２ｍ、长２０００多ｍ的钢筋混凝土管一次顶到位。

４膨润土制品防水的优点在地下工程中，为了结构物的使用目的以及维持它的耐久性，需要防止水向内部渗透和污染水向外部流出。

软土地层联络通道冻结法施工技术

软土地层联络通道冻结法施工技术

软土地层联络通道冻结法施工技术【摘要】介绍了水平冻结法施工技术在上海轨道交通10号线国权路站一五角场站区间软土地层联络通道施工中的应用，并且重点论述了冻结帷幕设计、冻结孔布置及制冷设计等问题。

实践证明，采用的冻结法施工技术是科学、合理的，可为其他类似工程提供参考。

【关键词】地铁隧道;联络通道;冻结法;施工技术引言地铁隧道联络通道施工一般采用竖井开挖或隧道内开孔暗挖的方法，在软土地层施工中，无论采用哪种方法，开挖前都必须对开挖面土体进行加固。

隧道内冻结法加固，即沿开挖断面周边布置与联络通道方向基本平行的水平或倾斜冻结孔，然后在冻结孔中循环低温盐水，使冻结孔附近的含水地层结冰，形成强度高、封水性好的水平冻土帷幕，在冻土帷幕的保护下进行开挖与构筑施工。

随着近年来地下工程的迅速发展，冻结法加固技术因为其防水效果好、对周围环境影响小等优点而越来越多地应用于城市地铁建设中。

合理选用冻结法施工工艺，可以确保土体加固质量和联络通道开挖安全。

上海地铁隧道所处软土地层土质松软、含水丰富、稳定性差，在这种地层中进行联络通道施工，冻结法显示出了独特的优越性。

1、工程概况国权路站一五角场站区间联络通道及泵站工程是上海轨道交通10号线一期工程的重要组成部分，该联络通道位置里程、线间距及埋深如表1所示。

联络通道所在位置的隧道管片为钢管片，隧道内径为5.5m，管片厚度为350mm。

采用二次衬砌方式，临时支护层和永久结构层之间设防水层，在联络通道结构层底部上、下行线各预埋1根DN200不锈钢管。

国权路站一五角场站区间联络通道及泵站所处地层为淤泥质乳土层、勃土层、粉质赫土层。

淤泥质姑土层与豺土层为高含水量、高压缩性、低强度土层，具有明显的触变性，在一定的动力作用下易发生流变从而破坏土体结构，使土体强度骤降。

地下水主要有浅部豺性土层中的潜水以及深部粉性土、砂土层中的承压水。

浅部土层中的潜水位埋深离地表面0.3~1.5m，年平均地下水位离地表面0.5~0.7m。

冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点

冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点

冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点摘要：在地铁盾构区间联络通道施工中，要注意实现安全联络，做好暗挖施工作业，发挥搅拌桩与旋喷桩的作用，确保压力注浆质量。

与此同时，要制定科学的施工方案，发挥冷冻法的作用，对于隧道倒塌、地表沉降、洞门塌陷、地铁隧道涌水、涌砂与始发架失稳等安全事故，必须加强防范，努力降低施工风险。

本文将以某地铁隧道工程为例，简单介绍冷冻法的基本概念，并从做好施工前期准备工作，确保管片壁后注浆质量，优化管片钻冻结管孔工艺，科学安装冻结管，实施积极冻结等方面分层浅谈冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点。

关键词：冷冻法；地铁盾构区间；联络通道施工；应用关键要点在某地铁隧道施工期间，所选用的管片外径为8500毫米，配备使用的盾构机为土压平衡盾构机，其直径长达88分米。

在施工过程中，该隧道顶部和地面之间的距离在23米左右。

为了确保地铁盾构区间施工安全，施工技术人员参照拟定好的施工方案充分发挥冷冻法的作用，使施工质量与效率得以大幅度提高。

一、冷冻法基本概念从基本概念来讲，在地铁盾构区间联络通道施工中的冷冻法应用主要是借助冷冻机为冷冻液降温，同时，科学布置冷冻孔，经过所敷设的循环管路把冷冻液输送至要被冷冻的地层里，确保低温能够向外扩散，让土体在被冻结后形成帷幕，进而优化土体加固效果。

图一就是某地铁隧道施工期间的冷冻孔布置结构图：图一某地铁隧道施工期间的冷冻孔布置结构图从应用现状来看，运用冷冻法开展地铁盾构区间联络通道施工作业，有助于加固土体，避免占用路面，改善封水性能，确保施工安全性与可靠性[1]。

不可忽视的是，冷冻法施工需要的成本较高，施工时间长，容易滋生冻融问题，因此，要拟定合理的施工技术方案，促进施工流程的紧密衔接，在确保施工质量的基础上降低成本，科学处理冻融问题。

二、冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点（一）做好施工前期准备工作准确把握冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点，加固土体结构，确保施工安全，首先要做好施工前期准备工作，明确施工流程。

地铁盾构隧道联络通道冻结法施工技术 黄武略

地铁盾构隧道联络通道冻结法施工技术 黄武略

地铁盾构隧道联络通道冻结法施工技术黄武略摘要：冻结法施工技术广泛运用于城市地下铁路建设中，是对城市地下铁路建设工艺的丰富。

本文介绍了盾构盾构隧道施工的优点及不足，对冻结法施工技术进行了详细的剖析，有利于冻结法施工技术在地下工程建设中的使用和发展，对于推动我国地下铁路建设具有重要的意义。

关键词：地铁；盾构隧道；联络通道；冻结法0引言近年来，随着经济和科学技术的发展，城市交通用车数量不断增多，交通拥堵和城市交通承受力不足等问题涌现。

因此，城市地铁的开发成为了解决城市交通问题和改善城市建设环境的途径之一。

城市地铁的设计和施工技术在国内已经取得了突破性的进步，但是由于地铁建设中遇到的地形地质和环境条件的不同，在施工建设中也需要采取一些新的方法来适应工程建设的需要。

我国地铁修建工程建设中，主要采用除钻爆破法、TBM和盾构法。

地铁盾构在我国的运用不断增多，事故也时有发生。

在盾构施工中，冻结法是指在建设地层联络通道建设的过程中，按照预定的间隔埋设冻结管，通过物理降温的作用使周围土层形成冻土，并通过循环管路输送到需要冷冻的区域，提高土层的坚硬度和满足工程止水性的要求。

1.盾构施工的特点及不足盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，从而起到开挖隧道和衬砌等作业的施工。

通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程建设中。

1.1盾构施工的优点盾构施工法适用于软土地层、硬质地层和岩层中，是当前地铁施工的主要施工方法之一，主要具有以下优点：第一，安全开挖和衬砌，掘进速度快；盾构机的挖掘速度快，而且安全系数高，有利于地层安全开挖和衬砌；第二，盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；盾构机的使用大大减轻了施工工人的工作力度，缩短了施工时间；第三，不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；地表占施工表面的面积小，施工占地少，减少了地底施工对地面的影响；第四，穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；施工减少了对周边环境的影响，对施工周边地区居民生活和出行的影响小；第五，使用范围广，可适用于松软含水地层、软岩或者是硬岩等地层环境中，对于修建埋深较大的长隧道或在地质条件复杂的环境中进行施工建设具有技术和经济方面的优越性。