南京地铁联络通道冻结法施工措施分.docx

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南京地铁联络通道冻结法施工措施分

南京地铁联络通道冻结法施工措施分

摘要：

对南京地铁一期工程TA4标联络通道冻结法施工的成功经验进行了总结。

指出地铁联络通道冻结法施工中，必须采取必要的施工技术措施，才能保证施工安全、顺利的进行。

本工程的成功经验可供其他工程参考。

关键词：

地铁；联络通道；冻结法1前言

南京地铁一期工程（南北线）南起小行北至迈皋桥，全长21.7km，其中地下部分长14.5km。

工程于2000年底开工，计划2003年底完成车站、区间隧道的土建工程部分。

南京地铁TA4标盾构法区间隧道，北起钓鱼台工作井北侧，南至三山街车站南端头井，由左线（下行线）和右线（上行线）隧道组成。

隧道外径6.2m，内径5.5m，每块管片宽为1.2m，厚为350mm。

联络通道位于两站区间隧道中间，隧道中心埋深13.13m，联络通道及泵站采取合并建造模式，它既保证上、下行隧道间的联络作用和必要时乘客安全疏散的功能，又起到地铁运营中两车站之间的集、排水作用。

工程结构由两个与隧道相交的喇叭口、通道以及集水井等组成。

地铁联络通道一般位于区间隧道的中间，通常与集、排水泵站连在一起，共同起着两隧道连结、集排水和防火等作用。

联络通道土体开挖前，必须对其周围土体进行加固，土体加固的方法常用的有深层搅拌法和冻结法。

目前冻结法在国内地铁建设中得到了广泛应用[1-3]，积累了一定的成功经验。

南京地铁一期工程TA4标中，联络通道施工成功引用了冻结施工，并取得了圆满成功。

本文对施工中的技术措施进行了总结、分析研究，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工程地质状况

工程地质资料如表1所示，另外地下水标高为地下1～2m，水位较高。

表1土层物理参数3冻结设计

从表1看出，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。

经研究采用隧道内钻孔冻结加固，矿山法暗挖构筑”的施工方案，即：

在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道以及集水井外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻土帷幕。

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，其主要施工顺序为：

施工准备?

联络通道连通地面的垂直水管施工?

冻结孔钻孔施工（同时安装冻结制冷系统）?

安装冻结盐水系统和检测系统?

积极冻结?

探孔试挖?

拆钢管片?

联络通道掘进与临时支护?

联络通道永久支护?

泵站开挖与临时支护?

泵站永久支护?

必要时进行土层注浆充填。

根据冻结帷幕设计及联络通道的结构，冻结孔的倾角采用上仰、近水平、下俯三种角度布置，开孔间距为0.7m，冻结孔数58个。

冻结孔的布置见图1所示。

图1冻结孔布置（括号内数字为孔深，单位mm及倾角（o）

4冻结参数的选择

选用YSLGF300?

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。

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℃；冻结孔单孔流量不小于4m3/h；冻结系统辅助设备：

（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。

5施工技术措施

5.1冻结前的施工措施

冻结孔钻进工程中会引起周围地表的沉降，为了控制沉降对周围环境的影响，在联络通道地表进行了布点监测，监测结果如图2所示（选取最大变形点）。

2002年11月10日开钻，21日结束。

从图2中看出，开钻过程中由于土体的开挖以及钻孔数量的增多，地表的沉降逐渐增大，到11月21日即钻孔结束时最大沉降为4mm，24日最大沉降达5mm，并且一直保持到开始冻结前，11月29日开始冻结，地表点开始表现为隆起，并随着冻土效果逐渐增大，从12月30日到2003年1月20日隆起量在15mm处达到平稳，说明冻土发展良好，并且在这一段时间内冻土柱已经交圈，因此，实际土体开挖时间定在了2003年1月8日。

由于其它原因，冻土温度进一步降低，冻土圈有所扩大，地表从1月21日开始隆起增加到2月1日达到19mm，一直保持到主体结构完工。

图21#测点地表变形与时间的变化关系

5.2冻结过程中的施工措施

5.2.1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，因此在冻结前，隧道内安装预应力隧道支架，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（如图3所示），每榀支有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3预应力钢支架

5.2.2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，在上、下行线隧道联络通道洞口两侧共布置10个测温孔，其中在下行隧道中布置了4个，上行隧道中布置了6个（开挖是从下行隧道开始的）。

每个测温孔内设3个测点，每个测点间距600mm，测温孔深为2m。

测量频度为每天1次。

5.2.3布置卸压孔

为了减少冻结过程中，土体冻涨对地表以及隧道的影响，隧道下行线联络通道开挖断面内布置一个卸压孔。

另外，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。

如本工程卸压孔，在12月24日，压力不再升高，说明冻结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1月3日打开该泄压孔，有少量水和泥浆流出，几分钟后停止。

1月8日土体开挖时，该孔内没有水流出现象。

5.2.4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，是否交圈，土体强度是否达到要求以及保证土体开挖的安全进行，采用了以下施工措施。

（1）对去路、回路盐水进行温度检测，2003年1月7日盐水的去、回路温度差已从2002年12月24日的平均2℃降到0.5℃，说明地层的热负荷减少，冻土帷幕形成良好。

（2）根据第3#测孔的实测资料，其距冻结主面400mm，降温幅度最大，到2002年12月14日其温度降到-0.5℃，此时冻结15d，冻土平均发展速度26.7mm/d；第2#测孔距冻结主面450mm，12月19日其温度降到-0.2℃，此时冻结20d，冻土平均发展速度25.0mm/d；第5#测孔距冻结主面700mm，12月27日其温度降到-0.2℃，此时冻结27d，冻土平均发展速度27.8mm/d。

以上3个孔的冻土平均发展速度为26.5mm/d，按此推算，到实际开挖时间2003年1月8日，冻结时间39d，冻土发展厚度2.06m，超过设计厚度0.46m。

（3）在隧道下行线布置了4个冻胀压力测孔，根据冻胀压力测孔1的实测数据，2002年12月18日冻胀压力达到最大值0.73MPa，此时冻结时间19d；测孔4的实测数据，12月19日冻胀压力达到最大值1.81MPa，此时冻结时间20d。

说明冻结20d左右时冻土柱已经交圈，冻结帷幕已基本形成。

此后冻胀压力趋于稳定并逐步减少，冻土帷幕厚度增加，符合冻土冻结规律。

另外，隧道下行线联络通道开挖断面内布置一个泄压孔，其压力变化，到12月24日，压力不再升高，说明冻结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1月3日打开该泄压孔，有少量水和泥浆流出，几分钟后停止。

1月8日土体开挖时，该孔内没有水流出现象。

5.2.5土体支护

采用两次支护方式。

第一次支护（临时支护）采用预应力钢支架加背板。

第二次支护（永久支护）采用现浇钢筋混凝土。

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，会引起冻土帷幕及冻结管会产生变形或破坏，为控制这种变形的发展，冻土开挖后就要及时对冻结壁进行及时的支护，所以联络通道的临时支护即做为维护地层稳定，确保施工安全的一项重要技术措施，又作为永久支护的一部分，是支护工艺最为关键的一步。

经过力学计算分析，确定联络通道临时支护的结构形式，如图4所示。

临时支护采用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，拱形支架的间排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，背板必须同冻结壁紧贴，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4联络通道的临时支护

永久支护为结构设计中的钢筋砼结构，为减少砼施工接缝，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，通道顶板内的砼浇筑较为困难，为提高砼施工质量，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砼浇筑施工。

5.3解冻过程中的施工措施

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，可通过隧道及联络通道预留的注浆孔，采取跟踪注浆的形式，根据观测到的隧道及地层沉降情况，及时地对地层进行补偿注浆。

6结论

冻结法在南京地铁一号线TA4标的成功经验说明南京地质条件下――在地下水位较高的软土且含砂层的土质采用冻结施工是可行的，随着工程的开展，冻结法会地铁建设中得到更广泛的应用。

但在冻结施工中必须采用必要的施工技术措施相补充，必须重视施工中的跟踪检测措施，及时反馈信息，对施工的方案及时补充修正，确保万无一失，工程顺利进行。

参考文献

[1]周晓敏,苏立凡,贺长俊等.北京地铁隧道冻结法施工[J].岩土工程学报,1999,21（3）:

319-322.

[2]马玉峰,苏立凡,徐兵壮等.地铁隧道联络通道和泵站的水平冻结施工[J].建井技术.2000,21（3）:

39-41.

[3]郭晓江.冻结法在广州地铁二号线暗挖隧道中的应用[J].煤炭工程.2001（12）:

27-29.