基于冻结法的地铁联络通道施工技术研究

李芳舒

（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东 青岛 266100）

随着城市化进程的不断加速，地铁交通作为一种高效、便捷的城市公共交通方式，在现代城市中扮演着越发重要的角色[1]。然而，随之而来的是地铁线路的建设和扩展往往会涉及复杂的地质环境和城市基础设施，特别是在需要经过富水砂层[2]、软弱土层[3]或下穿既有建（构）筑群[4]等交通障碍物时，此时地铁联络通道的施工就显得极为关键而复杂。因此，高效地完成地铁联络通道的施工是地铁建设中的重点，同时也为保持城市正常交通秩序提供了保障。

冻结法技术作为一种先进的地下工程施工方法，是通过冻结周围土体，形成临时性的固体土体，以增强地层稳定性和降低施工风险。冻结法不仅可以有效应对地下水位较高、土壤松软等复杂地质情况，还能够在施工过程中减少对周围环境和结构的影响，从而为地铁联络通道的建设提供了可行的技术途径。然而，尽管冻结法在地铁隧道联络通道的施工中具有许多优势，但其本身也面临着一系列的技术挑战和问题。首先，冻结法施工需要精确控制温度、湿度等参数，以确保地下冻结体的稳定性，这对施工管理提出了更高的要求[5]。其次，冻结体形成后，如何高效地进行开挖和支护，以及如何处理冻结体融化后可能出现的沉降问题，都需要进一步研究和探讨。本文重点阐述基于冻结法的地铁联络通道施工要点、总结分析工程重难点并提出合理高效的管控措施。相关研究成果为解决复杂地质条件下的隧道施工难题提供了参考，推进了交通基础设施建设水平的提高。

1 工程概况

1.1 设计概况

本研究依托于青岛地铁1 号线庙头站-文阳路站区间施工工程，区间为土压平衡盾构区间，全长1 100 m，区间设置1 座联络通道兼泵房，联络通道总长9 m（线间距15 m），带泵房总高7.2 m、宽4.3 m，采用暗挖法施工。

1.2 工程水文地质概况

联络通道兼泵房处土层自上而下依次为：黏土、含黏性土粗砂、粗砂-砾砂、强风化安山岩。其中通道地层位于黏土、粗砂-砾砂，集水井地层位于强风化安山岩，覆土约16.2 m，洞身主要地层为强透水层，场区地下水主要类型为第四系孔隙水和基岩裂隙水，地下水位线6～10 m，围岩级别Ⅵ级。

1.3 工程背景

联络通道周边地层进行过多次加固，各工法先后加固效果不佳，具体情况如下。

1.3.1 旋喷桩加固

原方案设计暗挖施工前采用Φ00@450 旋喷桩对周边地层进行加固。联络通道开挖前进行了水平取芯，芯样局部不完整，且有水涌出，带少量泥沙，考虑富水砂层深孔旋喷存在缺陷，止水效果不明显，为确保安全开挖，再次进行了洞内水平双液浆加固，加固中管片局部位移，地面裂缝长度达30 m，后停止注浆。

1.3.2 增设降水井

地面增设降水井，仍存在涌水涌沙。为保证联络通道开挖安全可控，水平注浆后，地面增设了8 口降水井（直径297 mm 的桥式滤水管），开挖前井内水位均降至地面以下28 m，洞内打设4 个水平探孔均未见出水（孔深2 m），后进行了上导管片拆除，管片拆除过程中，3 个水平探孔出水，且带沙流出（每2 h 流1 方沙）。

1.3.3 增设泄水孔

洞内增设泄水孔，开挖仍难以保证。为保证上导开挖，分别在联络通道下导及两侧打设了10 个泄水孔，深度2 m，效果不理想，仅2 个孔泄水，且带沙流出，上导探孔流水流沙无变化。

鉴于联络通道周边地层已多次扰动，地层软弱不均匀，相应冻结壁强度不均匀，联络通道兼泵房拟采用局部加强的水平冻结法加固现状地层，以确保矿山暗挖法安全施工。

2 冻结法施工要点

2.1 施工方案

为了有效实现地铁联络通道的建设，本研究根据工程地质条件和相关施工要素，制定了一套基于冻结法的施工方案。该方案旨在通过地层冻结加固和矿山法开挖构筑来完成联络通道的建设。

在施工方案的第一阶段，将在地下隧道内进行钻凿作业。通过布设水平孔和部分倾斜孔，将对周围土体进行冻结加固。这一步骤将在隧道内形成一个临时的冻土帷幕，以提供稳定的工作环境。水平孔和倾斜孔的布设将确保冻结范围覆盖到联络通道的外围土体，从而形成高强度和封闭性优良的冻土固结体。

在冻结加固的基础上，第二阶段的施工将采用矿山法进行。根据“新奥法”的原理，将在冻结土体内进行联络通道的开挖构筑。这一方法将充分利用冻结土体的支撑性能，减少施工过程中的地层变形和沉降风险。矿山法的采用还将有助于保持施工环境的稳定，从而为工程的顺利进行提供有力支持。

通过在区间隧道内分阶段进行施工，可以更好地控制施工进度，确保工程的安全性和顺利性，总的施工流程如图1 所示。

图1 施工工艺流程图

2.2 冷冻帷幕设计

冷冻帷幕是冻结法技术在地下工程中的核心应用之一，其设计对于确保地铁隧道施工的安全性、稳定性及周围环境的保护具有重要性。本研究中冻结主要设计参数见表1。

表1 主要参数

2.3 制冷系统设计

冻结站需冷量的计算如公式（1）所示。

式中：Q为需冷量；d为冻结管直径；H为冻结管总长度；K为散热系数。

本区间1 个联络通道，机房设置在靠近联络通道处文阳路方向，联络通道距离机房较近，本研究中机房选用电机功率110 kW 的JYSLGF300III 冷冻机机组2 台，冻结站单台机组工况制冷量12.3×104Kcal/h，制冷量满足施工要求。

与上述冻结系统所匹配的辅助设备具体见表2。

表2 冷冻系统辅助设备表

2.4 冻结施工

冻结施工主要包含了施工准备、冻结孔施工、冻结机房建设、积极冻结和维护冻结等几部分，其中冻结孔施工对于整个工程的进度和成本控制具有重要影响，其主要施工工序包括了空位标定、钻孔施工、管道安装及孔口封堵等内容组成。

在进行钻孔之前，必须确保孔口装置的正确可靠安装。应通过螺丝将球阀固定在孔口管上，并注意正确加装密封垫片。随后，通过螺丝将孔口压紧装置固定在球阀上，在进行压紧操作之前，使用牛油盘根充填以确保密实，具体如图2 所示。

图2 孔口密封装置示意图

此外，钻孔偏斜在地铁联络通道的施工中具有重要的意义，为了确保施工质量和工程的稳定性，钻孔偏斜需要满足以下一系列条件。

第一，开孔位置误差限制。钻孔开孔位置的误差是确保施工精度的关键因素。在一般情况下，正常冻结孔的开孔位置误差不得超过50 mm。这确保了冻结孔的实际位置与设计位置之间的偏差在可控范围内，从而保证后续的施工步骤的准确性。

第二，特殊结构的开孔位置限制。对于一些特殊结构，如管片螺栓孔等，由于其在工程中的重要性，其开孔位置的误差限制更为严格。在任何情况下，特殊结构的开孔位置误差不得超过100 mm，以确保这些关键位置的精确度。

开孔间距误差限制。冻结孔的开孔间距是保持施工整体均衡性和稳定性的重要因素。开孔间距的误差不应超过150 mm，以保持孔位分布的均匀性，防止不必要的结构变形。

第三，最大允许偏斜限制。冻结孔的最大允许偏斜是衡量施工精度和稳定性的重要标准。在实际成孔轨迹与设计轨迹之间，最大允许偏斜不应超过150 mm。这有助于确保冻结孔的整体位置与设计要求保持在可接受的范围内。

第四，管片结构加固措施。当开孔位置存在管片结构强度较低的情况时，必须额外采取管片加固措施。这可以包括使用适当的加固材料、结构支撑等方式，以确保开孔位置的稳定性和承载能力。

在冻结管长度和偏斜检查合格后，继续进行压力测试和泄漏检测，对于试压不合格的冻结孔，可以采取下套管或进行补孔处理的措施，在保证试压合格的前提下进行冻结系统的积极运转及维护。

2.5 联络通道开挖构筑

联络通道开挖前，根据测温孔测温情况分析，推算冻土发展速度，根据冻土发展速度计算冻结壁厚度，分析冻结帷幕是否满足施工要求，结合泄压孔情况及探孔情况，确定最终开挖时间。

首先，施工准备。包括三通一平、隧道内工作平台搭建、初期支护金属支撑架、预应力支架安装、排水系统、设备材料进场和防护门安装等。其中，预应力支架及防护门的安装均在积极冻结时期安装，其目的是防止土方开挖时出现涌水涌砂等不安全因素。

其次，开挖顺序。开挖过程划分为4 个阶段：开挖联络通道并完成初期支护→喷砼防水并完成联络通道二衬→开挖泵站并完成初期支护→喷砼防水并完成泵站二衬，对应开挖图示如图3 所示。

图3 开挖顺序示意图

最后，施工效果。基于前期施工准备，在正式施工过程中取得了较好的施工效果，包括初期支护、喷射混凝土施工、防水施工、钢筋施工和浇筑施工等。

3 施工重难点探讨

针对工程特点，在此提出施工过程中存在的潜在风险及对应的管控措施，为相关类似工程提供参考，具体见表3。

表3 工程重难点分析与对策表

4 结束语

本文针对青岛地铁1 号线庙文区间联络通道周边地层存在的涌水涌沙等问题，采用局部加强的水平冻结法达到地层加固的效果，探究基于冻结法的地铁联络通道施工技术要点，总体施工效果良好，提升了工程建设的效率和质量。同时，总结分析了相应的工程重难点，并给出对应的管控措施，为解决复杂地质条件下的地铁隧道施工难题提供了参考。