冷冻法加固技术在富水软土地层超长联络通道施工中的应用

陈秀文,,于春海,李程,张迪,李朝波

摘要：冷冻法加固技术出自于19世纪60年代的英国南威尔士，它主要被应用于建筑基础工程施工环节。而随后，该施工方法被煤矿施工采用并成功挖掘了深达103m的井筒，且申请了冷冻法加固技术专利，深受全世界所关注。本文中就着重探讨了冷冻法加固技术，并思考其在天津地铁7号线外院附中站至喜峰道站区间联络通道工程项目（以下简称D工程）富水软土地层超长联络通道施工中的具体应用技术要点。

关键词：冷冻法加固技术；富水软土地层；超长联络通道施工；技术应用

前言：

在我国，冷冻法加固技术实际上起步相对较晚，不过整体发展速度非常可观。该技术主要基于人工制冷技术展开，确保地层中的水结成冰，同时将天然土转化为冻土，强化其强度以及稳定性。而伴随冷冻法加固技术的不断升级优化，它在富水软土地层中的施工应用也越来越多，例如在超长联络通道施工过程中就有应用，且发挥了该技术灵活性表现良好、强度较高、隔水性以及均匀性突出等等特征。即在确保冻结法安全可靠基础上也满足了施工实践要求，为施工过程积累了大量经验，正式形成了比较成熟的施工方法被应用于轨道交通工程施工过程中。

一、D工程项目基本概况

D工程项目属于轨道交通项目，为单洞单线隧道，隧道结构内径5.9m、外径6.6m，左线1082m，右线1071m，线间距8.82m～133.39m，隧道结构顶部覆土厚度约5.22～14.23m,地层主要为粉质粘土层，区间设置联络通道兼废水泵房，联络通道处线间距24.26m。整体来看，联络通道为典型的矩形结构，其中采用二次支护方式连接，联络通道全程采用下穿设计，附近没有任何重要管线。不过，该区间联络通道受到节点工期影响，所以必须加快联络通道的整体施工速度，合理调整盾构掘进施工进度，保证贯通线路联络通道展开冻结孔施工。在冻结孔施工过程中，需要调整盾构机设备，满足联络通道开挖施工要求，主要是根据施工进度进行计划性安排，采用冷冻法加固技术在管路上输送联络通道冷冻管，确保施工到位[1]。

二、D工程项目富水软土地层超长联络通道开挖涌水情况及其发生成因

（一）D工程项目富水软土地层超长联络通道开挖用水情况

    在D工程施工中，对富水软土地层中的超长联络通道进行开挖，发现管道壁厚土体左边角位置出现一小股清水涌出，而在钢管片中清水涌水情况始终存在。而在继续开挖联络通道过程中，大约在24.26m位置发现清水涌出中断，且在继续开挖后清水继续涌出，不过不存在明显增大发展趋势。实际上，D工程项目中是存在粉质粘土层的，由于冷冻部位中心位置完全无法冻住，所以容易在冷冻交圈周围位大量积水，形成“糖心积水释放”现象，因此必须继续开挖，但无法避免涌水事故在D工程项目施工中发生。

（二）涌水情况发生成因

针对D工程项目中发生的涌水情况成因进行分析，此次涌水属于二次事故，因此需要结合现场实地展开勘察，同时分析资料，主要归纳总结以下几点原因：

第一，地下水原因。由于D工程项目施工区间的联络通道存在冻结期间，因此隧道盾构掘进施工中需要分析到达作业情况，了解到右线盾构发生涌水情况，形成了涌水薄弱环节。在结合盾构隧道展开拔桩处理分析过程中，也了解到封堵处理效果不佳，难以确保联络通道位置形成水利通道，有效抑制涌水情况发生。如果从冻结构筑物角度来讲，D工程项目中附近500m范围内的抽水量水源井实施200m³/h连续抽水，其中实测构筑物穿过含水层，地下水流流向明确但流速缓慢，这也说明了地下水出现了涌水冻结情况。

第二，地质原因。在结合D工程项目的联络通道范围内进行水样取出分析过程中发现，其水质质量相当之差，且咸味较重，因此必须对取出水样进行化学分析，了解氯离子含量达到7400.0，已经超标12倍以上。这说明了在D工程施工现场中土体内水中含盐量过高，造成了冰点温度严重降低情况。另外，地质原因也导致了冻土强度明显下降，在前期勘察中对水质状况进行了分析，同时根据冻结法设计单位，观察测温孔位置冻结情况。就整体看来，需要考察到盐水管道敷设相对较长情况，其中盐水流量压力偏小，在结合上部盐水支路流量进行检测过程中，发现其流量在2m³/h以下，这就证明了D工程项目中盐水支路顶部流量严重不足，严重影响管道顶部冻结效果。

总结上述原因可以了解到，D工程项目在开挖面上存在一层灰色粉砂层，其冻结过程中出现了薄弱环节，即出现了“开天窗”这一特殊现象[2]。

三、D工程项目富水软土地层超长联络通道开挖涌水情况的处理措施与经验

（一）处理措施

D工程项目中对富水软土地层展开超长联络通道施工，其中采用到了冷冻法加固技术有效增强管道整体冻结效果。

首先，通过管片注浆方式对注浆孔地层进行注浆，有效解决“开天窗”现象，做好封堵处理。具体来讲，就是在注浆孔注水泥浆，同时在钢线刮片位置注入水泥，保证注浆压力控制在0.2~0.25MPa范围内，同时避免测温孔出现渗漏现象。

其次，通过监测冻结壁厚度调整冻结壁平均温度，保证开挖区域附近地层冻结情况分析到位。在联络通道衔接隧道位置展开冻结分析过程中，D工程施工中也专门设置了4个泄压孔，管道正面2个，背面2个。考虑到冻结管管道长达600m，因此需要在冻结管上安装压力表以及流量计，有效监测冻结管内盐水压力与流量情况。在加强冻结措施过程中，需要打探孔深检查冻结效果。在重新对测温孔进行测温数据分析过程中，也需要保证在开挖前做好节点验收工作，结合D工程现场开挖施工条件，在现场施工开启安全门，满足开挖施工要求，了解计算对比机制，思考冻结壁交圈厚度变化，将其控制在2.5~3.0m范围内。

    在最后的检查验收环节，需要对开挖条件进行检查，满足开挖施工要求，结合实地检查与计算对比分析管道冻结壁交圈厚度，以便于顺利弯沉联络通道上部通道开挖施工工作。

（二）处理经验总结，

在D工程项目中，针对其超长联络通道展开施工，在经过地质勘察发现为富水软土地层后，了解到施工中容易出现管道冻结问题，故采用冻结法加固技术。实际上，在施工中也要关注并做到以下几点，有效优化处理效果，积累总结处理经验。首先一点，需要在联络通道施工之前就充分了解D工程项目周围环境，尤其是对其地下水含量、流动性、氯离子含量以及施工工况等等进行观察分析，在有条件情况下重新考虑补充勘探操作过程。

其次，在施工过程中需要考虑到所敷设的盐水管路长度、压力、流量等等，了解这3点对于项目管道冻结效果所产生的具体影响。

第三，需要在钢管片与混凝土管片散热方面加以调整，这主要是因为其散热系数相对偏高，非常容易造成土体交接位置冻结效果不佳情况，且施工中容易忽视了对于钢管片的填充。在如此情况下，应该分析保温层空鼓较大情况，在现场对相应施工位置进行处理，引发足够重视[3]。

第四，需要考虑到盐水管道敷设相对较长情况，管道内容容易积累大量气体，所以施工中必须及时排气，避免影响到盐水循环整体效果。

总结：

综上所述，本文中探讨了D轨道交通工程项目在富水软土地层上所展开的超长联络通道施工。施工中主要采用到了冷冻法加固技术，主要是为了有效规避盐水管道冻结问题，保证施工过程安全可靠、自由灵活、最终达到提高项目施工效率与质量的良好目标。

参考文献：

[1] 杨子健. 浅谈富水砂层盾构隧道联络通道冷冻法加固施工技术[J]. 中国设备工程,2022(9):205-207.

[2] 张文利. 冷冻法地层加固施工技术在地铁区间联络通道工程中的应用[J]. 广东水利电力职业技术学院学报,2021,19(3):5-8.

[3] 刘阳君,杨智麟,羊涛,等. 密闭钢套筒+冷冻法加固盾构接收技术[J]. 现代隧道技术,2020,57(z1):974-979.