摘要：最近几年冻结施工技术高速发展，成为当前比较有效果的土体加固工法，本文选取了某地铁联络通道水平冻结法加固土体，采用矿山暗挖法进行施工作业，以此为题材，简单阐述了冻结法的施工方法，参数的计算，施工设备器具的选用等。采用有限元法对冻土帷幕的受力和变形进行验算，结果表明冻土帷幕的强度以及刚度是能够满足设计和施工要求的，文章主要阐述了联络通道施工工艺、重难点控制及参数验算等冻结法施工工艺在现代地铁施工过程中的应用。

关键词：联络通道；冻结法；施工工艺；参数验算

1 实例分析

文章中以某地铁联络通道为例，联络通道的主体为钢筋砼结构，施工工艺为矿山法施工，主要的结构是复合式衬砌。衬砌使用初支和二衬的施工方式，初期支护喷射C25砼的厚度为0.25m；通道侧墙和拱顶二衬现浇钢砼结构层厚度为0.35m，通道底板和泵房的二衬钢筋混砼结构层厚度为0.4m。防水砼强度等级为C35，砼的抗渗等级为P10（泵房砼的抗渗等级为P12）。

2 冻结壁承载力验算

冻土壁的承载力采用许用应力法进行验算，安全系数的主要取值：抗压2.0，抗折3.0，抗剪2.0。均质线弹性平面应变模型可以应用于水平通道冻土帷幕力学的分析和验算。由于联络通道是均匀对称的，所以可取用通道结构的1/4作为模型进行验算。由有限元计算以及条件的复核，通道和泵房的帷幕强度以及位移都能满足有关的标准和要求，联络通道及泵房冻结帷幕的厚度取2.2m，平均温度-10℃可以满足施工要求。

3 冻结设计概况

联络通道均采用盐水循环冻结设备进行冻结作业。通过上述设计验算得出设计参数及结论，联络通道设计冻结帷幕厚2.2m，布置冻结孔94个。

4 冻结法施工工艺流程以及施工中要注意的控制点

4.1 施工流程

结合工程地质以及多方面的其他施工条件，决定使用“在隧道内设置水平孔、近水平孔土体临时冻结加固，矿山法暗挖”的施工方案，即：用水平孔和部分倾斜孔在隧道内冻结加固土层，使临近联络通道的外围土体冻结，冻土帷幕的强度高以及封闭性好，再由“新奥法”的基本理论，采用矿山法在冻土中进行施工，在隧道内进行地层冻结以及开挖构筑物的施工，主要施工工艺如下：

施工前的准备工作→冻结孔的施工→积极冻结→预应力支架安装→探孔的试挖→拆除管片→联络通道的掘进与初期的支护→通道二次衬砌的施工→泵房的掘进以及初期的支护→泵房的二次衬砌施工→充填注浆施工→自然解冻融沉注浆充填。

本工程的关键工序为冻结孔的施工和联络通道初期支护的施工；施工中要重点关注施工监测（冻结温度，土体变形，压力监测），信息化施工。

4.2 施工中冻结设备的选择及控制要点

4.2.1 制冷系统选择

①冷冻机的选择。施工中需注意的要点，如有以下情况，可启用备用冷冻机：一，因现场实际情况需要继续降低盐水温度或增加冻结孔冻结，单台冷冻机制冷量不足时，可启用备用冷冻机。二，现场须有备用冷冻机，在常用冷冻机出现故障时使用。②冻结系统辅助设备。一，选用两套IS150-200-315型的盐水循环泵，每台的流量为280m3/h，每台的电机功率不得低于55kw，一台作为备用设备。二，采用2台清水泵作为冷却水循环设备，每台流量360m3/h，每台电机功率须高于30kw，其中1台作为备用设备。冷却系统采用冷却塔；补充新鲜水15m3/h。三，冻结管选用Φ89×8mm，丝扣连接。冷冻排管选用Φ45×3mm。四，根据拟定的施工方案选用Φ32mm型号的钢管作为测温孔管浅孔使用，深孔应选用Φ89mm型号钢管。五，根据拟定的施工方案选用Φ48×4mm型号的钢管作为供液管，连接采用焊接工艺。六，根据现场经验选用Φ160mm型号的钢丝骨架管作为盐水干管和集配液管。七，选用Φ159×4mm的清水干管钢管。③其他。主要设备用电负荷：JYSLGF300III冷冻机机组单台110KW，同时使用2台共220KW；盐水循环泵单台55KW，同时使用2台共110KW；冷水泵单台30KW，同时使用2台共60KW；冷却塔单台5KW，同时使用4台共20KW。主要设备用电总功率约为：220+110+60+20=410KW。总功率考虑500KW。冷冻机油选用N46冷冻机油。选用氯化钙溶液制冷剂氟立昂R-22作为冷媒剂。

4.3 冻结孔施工及控制要点

冻结孔施工工艺：测量定位、开孔器开孔→孔口管安装调试→安装孔口装置→钻机钻孔→测量及检验→孔底部封闭→进行打压试验。

具体为：①定位开孔及孔口管安装：隧道内根据施工方案用测量仪器定好孔位。根据孔位在混凝土管片上进行测量定位，再使用钻机开孔，详细过程如下：混凝土管片上：应着重孔位须让开管片的接缝，管片之间连接的螺栓、用开孔器按要求在管片上开孔，开孔直径应为0.13m，在开孔深度达到0.25m时应停止取芯，及时安装好孔口管。钢管片上：一般是在管片上焊接好孔口管材，然后在孔口管上安装孔口装置，再接好闸阀，钻机头处安装金钢石钻头，通过孔口的装置，切割管片进行钻进施工。②孔口装置安装：用螺丝将孔口装置固定在闸阀上，要及时安装上密封垫片。③钻孔：通过方案确定钻机位置，固定在施工区域，将钻头插入孔口装置内，在孔口装置处安装上阀门，然后将盘根轻压在盘根盒内，先进行干式钻进，当钻进困难时，再进行注清水地钻进，同时打开小阀门，观察出水、出泥情况，通过阀门的开关控制出浆量，从而保证地面的安全，不出现大量沉降。钻机选用MX-60型或MX-100A型钻机。钻孔前先打地质探孔探明管片背后地质情况，如有必要进行注浆加固。当将砼管片钻穿出现涌水涌泥时，及时关闭孔口管阀门，在钻孔周边注浆孔进行注浆加固，打开阀门打探孔确认无渗漏涌泥时再进行钻孔。④封闭孔底部：采用丝堵封闭孔底。⑤打压试验：封闭完孔口后，用手压泵向孔内灌清水，在压力值达到0.8Mpa后，停止打压，关好阀门，观测压力的变化情况，在30分钟内压力没有变化或下降不超过0.05MPa时，继续持压15分钟后为合格。开孔的位置应避开接缝处、螺栓以及肋板处，冻结孔位置误差不应大于0.1m，偏斜最大允许值不超过0.15m。

4.3.1 冻结孔钻进以及冻结管设置应考虑的情况

①冻结管钻进采用跟管法钻进技术，考虑地层以软土和强风化为主，既能够减少了地层流出物的数量，也能够很好的控制地面不均匀沉降；②将冻结管作为钻杆，用丝扣将冻结管连接起来，用焊接加强连接；③在钻进工作的过程中严格监测斜率，发现时要及时纠偏，在偏斜超过0.15m，应及时与设计联系，并迅速进行处理。冻结孔施工完后采集地温值；④在冻结管安装完成后，管片之间的间隙用堵漏材料密封；⑤供液管在冻结管内下设，再去焊接冻结管端盖和羊角；⑥在工作过程中冻结孔土体流失量不能大于冻结孔的体积，不然须立刻进行注浆，以防止沉降；⑦提前测量隧道预留口位置；⑧在冻结孔工作完成后，在侧隧道联络通道外围敷设5排冷冻排管，排管之间的间距为0.5m；冷冻排管采用Φ45无缝钢管。排管敷设应密贴隧道管片；⑨联络通道开挖时，一般超挖5-10cm，冻结孔布置时必须考虑超挖造成的冻结帷幕净厚度减小的问题，调整布孔位置和冻结参数，保证冻结帷幕净厚度符合设计要求；⑩冻结管施工时，应考虑不同地层冻胀压力对冻结管的影响，调整冻结管的接头位置，冻结管应避免在地层分界处连接。

4.4 冻结施工及控制要点

4.4.1 设备安装及调试

①冻结站布置与设备安装。冻结站站内设备器具主要包括冷冻机、盐水泵、盐水箱以及变电站、冷却塔以及清水泵。按照使用说明书对设备进行安装；②机房管路的连接以及仪表的测试。为了避免影响隧道通行，在隧道管片斜坡上架设盐水用管。伸缩接头、测温仪、流量计等测试元件应设置在盐水管路和冷却水循环管路上。在隧道管片内侧安装冷冻排管并加强冻结，以控制隧道内管片的散热对冻结效果的影响。保温层敷设在冻结壁附近隧道管片内侧，敷设至冻结壁边界外200cm。钢管片由于散热快，设置保温层前先用混凝土将管片格栅填充，再用保温材料覆盖；③氯化钙的溶解和机组充氟及冷冻机加油。盐水比重在1.26～1.27，将清水充满系统管道内，充至一半时，将氯化钙溶解在盐水箱内，边化氯化钙边循环，在浓度达到设计要求时停止。

按照使用说明书进行机组充氟和冷冻机加油。

4.4.2 积极冻结

设计积极冻结时间约为40天。要求冻结孔单孔流量不小于3m3/h；积极冻结7天将盐水降低至－18℃及以下；积极冻结15天将温度降低至－24℃及以下，盐水温度差值应控制在2℃以内；开挖时盐水温度降至－28℃。在盐水温度和盐水流量均不能满足设计要求的情况时，必须要增加积极冻结的时间。

4.4.3 维护冻结

积极冻结的工作过程中，在冻结帷幕交圈达到设计要求的厚度，并且完全胶结后，此时可以进行维护冻结的工作程序。冻结时间贯穿于通道开挖和二衬结构施工过程中，并且维护冻结期温度应低于-28℃。

5 结语

本文从施工工艺流程及控制要点、参数计算及冻结设计等几分面简述了冻结法施工的应用，其加固土体的优势很显著。前期的冻结质量直接关系到后续的矿山法开挖的安全，因此保证冻结设计的安全、经济、可靠是设计方面的重点，在施工中保证冻结的质量、后期的融沉补偿注浆、冻胀融沉控制措施将是施工收尾中的重点。

参考文献：

[1]卲国鑫.宁波软土层地铁盾构隧道联络通道的冻结法设计与施工[J].工业建筑,2013(11).