武汉市汉阳市政建设集团公司 张小飞 冯宝贵

摘要：以本公司承建的武汉市轨道交通6号线第二标段为例，车城东路站～江城大道站区间出车城东路站后，沿车城北路向东延伸，跨过太子湖路后，下穿南太子湖，然后转向东南，接入江城大道站。区间起点里程右K1+519.521，终点里程K3+623.238，全长2103.717m。区间线路宽度13.00m～16.2m，区间埋深约9.5m～17.86m，采用盾构法施工。为了满足区间防火疏散的要求，在里程右K2+700.000（左K2+690.640）设置联络通道，联络通道采用冻结加固后的矿山法施工。

车城东路站～江城大道站区间2#联络通道结构示意图

1.适用范围

场区地表水主要为南太子湖湖水，最高控制洪水位为19.1m，正常控制水位为18.6m，其水量主要来源于大气降水、地表径流和人工蓄水，水位变幅较小。勘测期间测得湖面高程18.1m（2012.3），湖底高程在17.0m左右，水深约1.0～1.5m，最大水深2.1m。南太子湖隧址穿越区目前为私人承包渔场，渔网栅栏密布，东方高尔夫球场建于其半岛上。

场区地下水主要为上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于表层的人工填土中，主要接受太子湖湖水侧向入渗补给，水位高程基本与太子湖水面高程持平；孔隙承压水主要赋存于覆盖层下部角砾层中；基岩裂隙水主要赋存于强～中等风化基岩内，与上部角砾层中的地下水连通，鉴于强风化基岩基本风化呈黏土状，而中等风化基岩裂隙不发育，偶见近水平向，故基岩裂隙水的水量不大。

2.施工方案

联络通道采用预先对联络通道的周边土体进行冷冻法加固，然后拆除联络通道洞门钢管片，采用矿山法开挖联络通道。联络通道采用人工开挖，保证掌子面稳定，开挖后，及时施做初期支护和临时支护，以便尽早封闭断面。联络通道施工时应坚持短进尺、强支护、尽早封闭成环，以控制周围地基的变形。须对洞内拱顶下沉、水平收敛、地下室的变形进行监控量测，采用信息化施工。

3.冷冻加固设计

3.1设计施工及技术要点

根据联络通道的特点以及所处地层的特性，本公司结合以往地铁联络通道施工的经验，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冻结帷幕厚度

车城东路站～江城大道站区间2#联络通道冻土帷幕有效厚度初支结构外侧不小于3m，冻土抗压强度设计值不小于4MPa，抗折强度设计值不小于1.8Mpa，抗剪强度设计值不小于1.8Mpa。设计冻结壁平均温度不大于-10℃。在与管片胶合处冻结帷幕平均温度为-5℃。

车城东路站～江城大道站区间2#联络通道冻结帷幕示意图

3.3 冻结孔、测温孔、泄压孔施工

3.3.1 冻结孔施工

一、冻结孔钻进

（1）在钻孔施工期间，必须保证孔口密封装置的有效性，加强对孔口管的固定，至少固定4个点，使孔口管与隧道管片连接在一起。

钻孔固定示意图

（2）冻结孔开孔前安装好孔口密封、防喷装置，安装完毕确认无误后，再进行开孔钻进。

钻孔钻进示意图

（3）透孔施工：根据冻结孔的布置，施工穿透孔时，在φ89mm冻结管前配置φ94mm锥体，再配上φ89mm岩心管一段，长度L≥65cm，并配φ91mm金刚石取芯钻头，在下管过程中，一旦钻头触及对面洞壁，马上改用回转钻进工艺钻进，用清水冷却钻头，开始按取芯的有关规定操作钻机。

工艺方法为：先慢速旋转低压给进，转速控制在100rpm左右，同时给进压力控制在1.0Mpa左右，防止钻头打滑错位，造成跑位，待进尺5～10cm后，采用正常取心钻进，直至打穿对面管片。

在钻具触及对面管片，提前派人到对面隧道处作好穿透面的封堵准备工作，一旦钻头穿透管片，立刻封孔。

二、冻结孔布置

车城东路站～江城大道站区间2#联络通道冻结孔的布置采取从上、下行线隧道两侧布孔。布置冻结孔总数62个，总长度546.123m；在通道中部设置2个穿透孔，供对侧隧道冷冻排管需冷用。另在冻结站对侧隧道上沿冻结壁敷设5排冷冻排管，总长度181m，以加强对管片处的保温效果。冻结孔技术参数如下：

（1）冻结管用Φ89×8mm 20#低碳钢无缝钢管。

（2）冻结孔的开孔位置误差不大于100mm，应避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。冻结孔最大允许偏斜不大于150mm。

（3）冻结管接头采用螺纹加焊接，抗拉强度不低于母管的80%。

（4）冻结管耐压不低于0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。

（5）冻结孔有效深度不小于冻结孔设计深度。冻结管管头碰到冻结站对侧管片的冻结孔，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。

（6）冷冻排管采用Φ45×3mm无缝钢管。

3.3.2 测温孔布置

车城东路站～江城大道站区间2#联络通道布置9个测温孔。目的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，测温孔布置图见图。测温孔技术参数如下：

（1）测温管选用∅32×3mm的钢管；

（2）测温管长度每个2～3m不等；

（3）管前端焊接密封，确保管内不得渗水。

3.3.3 卸压孔布置

通道在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔，左、右行线各2个，卸压孔布置图见图3-4。卸压孔技术参数如下：

（1）泄压管选用∅32×3的钢管。

（2）长度2m。

5 主要施工方法及工艺

5.1钻孔施工

5.1.1 冻结孔的定位

依据施工基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，孔位布置首先要依据管片配筋图和钢管片加强筋的位置，在避开主筋、管缝、螺栓及钢管片肋板的前提下可适当调整，不大于100mm。

5.1.2 冻结孔开孔及孔口密封装置

开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约250mm，控制不得钻穿管片。用钢楔楔断岩心，取出后，打入加工好的孔口管，并用至少有4个固定点固定在管片上，然后安装孔口密封装置，如图所示。当每个钻孔完成后，在孔口法兰与冻结管之间间隙用钢板焊接密封。

5.1.3冻结孔钻进

（1）钻孔设备使用MD-50或MD-80A钻机一台，配用BW250型泥浆泵，钻具利用φ89×8mm冻结管作钻杆；

（2）冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度。

（3）正常情况下，钻进时安装简易钻头，直接无水钻进。如果钻进困难时，在钻头部位安装一个特制单向阀门，采用带水钻进。冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部。

（4）钻进过程中严格监测孔斜情况，发现偏斜要及时纠偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。

（5）在冻结管内下供液管，然后焊接冻结管端盖和去、回路羊角。

5.1.4钻孔质量控制程序

钻孔质量控制流程图

5.2 冻结施工

5.2.1 冻结制冷系统设计

（1）需冷量计算

冻结需冷量计算：Q= Q1+Q2=1.2·π·K·(d1·L1+d2·L2)

式中: Q1 、Q2—分别为冻结管和冷冻排管的需冷量；

d1、 d2—分别为冻结管和冷冻排管的直径，Φ89mm，Φ45mm；

L1 、L2—分别为冻结管和冷冻排管的长度，547m，181m；

K—冻结管散热系数，Kcal/m2h，取K=314 Kcal/m2h；

根据冻结站的分布，进行冻结站需冷量的计算。

2#联络通道冻结站最大需冷量约为6.72×104 Kcal/h；

（2）冻结站设备选型

冻结站选用JYSLGF300III型螺杆机组1台套，备用LSLGF500型螺杆机组1台套。单台机组设计工况制冷量为8.6×104 Kcal/h，满足联络通道的制冷需求。冻结站盐水循环泵选用IS150-125－400C型1台，盐水循环泵的流量为160m3/h，功率22KW/h。冷却水循环选用IS125-100－250J型1台，每台泵的额定流量100m3/h，功率11KW/h。冷却塔选用2台KST-80型。

（3）管路选择

供液管选用Φ48×3.5钢管，采用焊接连接。盐水干管和集、配液圈选用Φ127×5mm无缝钢管。冷却水管选用Φ127×5mm无缝钢管。

（4）其它

制冷剂选用氟立昂R22。冷媒剂选用氯化钙(Cacl2)溶液。

5.2.2 冻结制冷系统安装

一、冻结站布置

根据现场施工环境，拟将冻结站安装在地面上，靠近风井井口的位置，站内设备主要包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。设备安装按照设备使用说明书进行。

二、保温施工

（1）盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为20mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。

（2）冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用20mm厚的保温板或棉絮保温。

（3）联络通道两侧管片保温：由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，为加强冻结帷幕与管片胶结，将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。

（4）在冻结站对侧隧道的冻结管的端部区域范围内布置冷冻排管，同样将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。

总结：对于通过断层破碎带、流砂层、淤泥层等易坍埸且富含水隧道，过去常规的施工方法：如大管棚小导管注浆超前支护或地面旋喷注浆加固地层等手段，有时受施工场地、工期、投资等的限制，甚至受其工法的制约，无法确保地层加固效果。而车江区间过太子湖段采用水平冻结法施工，制冷系统采用新型氟利昂盐水螺杆冷冻机组，降温速度快，盐水容易控制，自动化程度高，冻结效果非常好。在隧道掘进过程中，达到无漏水效果，很好地改善了洞内施工环境，且施工质量好，速度快，同时经冻结的地层稳定性好，安全性高。地表沉降的监测数据表明，用水平冷冻法施工所引的地表变化远远小于常规的施工方法。该方法的成功应用，对推动我国水平冻结技术的发展，具有极为重要的意义。