摘要：在地鐵盾構隧道施工中，聯(lián)絡通道作為重要的結構部分，其施工安全與穩(wěn)定性直接影響整個隧道的運行安全。地鐵區(qū)間盾構與聯(lián)絡通道凍結同步施工技術是一種安全、有效、經濟的施工方法，特別適用于復雜地質條件下的地鐵隧道施工。采用凍結同步施工技術，可通過地層凍結形成高強度、封閉性好的凍土帷幕，防止管涌和流砂等地質災害。本文通過實施凍結同步施工技術，成功實現(xiàn)了地層的有效加固和對地下水位的有效控制，防止了施工過程中的管涌和流砂現(xiàn)象。

關鍵詞：地鐵區(qū)間；盾構；聯(lián)絡通道；凍結法

中圖分類號：U455" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：２０９６-2118（2024）04-0034-05

Freezing Synchronous Construction Technology of Shield and Communication Channel in Subway Section

WANG Yuekai

（China Railway 14th Bureau Group Tunnel Engineering Co.，Ltd.，Jinan Shandong 250000，China）

Abstract：In the construction of subway shield tunnel，the contact passage is an important structural part，and its construction safety and stability directly affect the operation safety of the whole tunnel.The freezing synchronous construction technology of shield and contact channel in subway section is a safe，effective and economical construction method，which is especially suitable for subway tunnel construction under complex geological conditions.By using the freezing synchronous construction technology，high strength and good sealing frozen soil curtain can be formed through formation freezing to prevent geological disasters such as piping and sand flow.In this paper，through the implementation of freezing synchronous construction technology，the formation is effectively strengthened and the groundwater level is effectively controlled，and the phenomenon of piping and sand flow in the construction process is prevented.

Keywords：metro area；shield；communication channel；freezing method

0 引言

凍結法具有防水效果好、不污染地下水、保護城市地質結構和減少周邊環(huán)境污染等優(yōu)點，在地鐵施工中得到了越來越多的應用，尤其是對于環(huán)保要求較高、處于富水砂土或軟土層中的聯(lián)絡通道加固，其用途更廣。本文以濟南地鐵9號線為例，結合盾構隧道的凍結加固技術進行研究，制定了凍結法聯(lián)絡隧洞的技術方案和施工措施，分析和研究了凍土的發(fā)展規(guī)律和實際工程中遇到的問題，并給出相應解決方案。

1 工程概況

濟南地鐵9號線一期勝利站是一座單柱島式兩層車站，為現(xiàn)澆矩形結構，主體長度230 m，標準斷面寬度21.1 m，深度18.3 m，均為盾構出站，共有4個出入口和2個風亭，車站的主體和附屬設施都采用明挖順作法施工，該車站的主要支護方式為地連墻+內撐。華山站是一座無柱島式二層大跨度站臺，為現(xiàn)澆矩形框架結構，該站點主體結構長236 m，標準斷面為20.9 m，深度為18.3 m，起始端和結束端都采用了盾構接收技術，共有4個出入口和4個風亭，車站的主體和附屬設施都采用明挖順作法施工，車站主要支護結構為地連墻+內撐。區(qū)間勝利路-華山站為一座雙洞單軌隧道，斷面為鋼筋混凝土預制管片，采用圓形斷面結構。該區(qū)段的左線全長1 195.015 m，右線長1 210.095 m，管片外徑6.4 m，拱頂深度10.8 m～17.8 m。區(qū)間內設2個聯(lián)絡通道，其中區(qū)間隧道以盾構法為主，聯(lián)絡通道以凍結法+礦山法為主。

2 總體施工方案

使用盾構法施工過程中，管片按節(jié)點錯縫拼裝。該標段盾構區(qū)間的管片均為外徑6 400 mm、內徑5 800 mm、環(huán)寬1 500 mm的普通楔形管片，每環(huán)劃分為6個節(jié)段，通過M27彎釘進行連接。在管片接頭處，用橡膠襯墊進行防滲處理。利用水泥漿對管片與圍巖間的環(huán)狀空隙進行同步灌漿。

待始發(fā)區(qū)段開挖完畢，再繼續(xù)開挖100 m后，將負環(huán)、反力架拆除，對其進行重新布局，盾構機恢復正常施工狀態(tài)。在盾構機掘進過程中，將1臺2×37 kW的軸流式風機、1 000 mm的軟風管安裝在盾構機的末端臺車上。在盾構施工過程中，始終應堅持“監(jiān)測、計量、管理、施工”信息化，從而有效地控制地層變形，確保工程的安全。隧道開挖結束后，相繼開展聯(lián)絡通道、泵房、洞門、車站預留洞口等工程，并進行防水、清掏等工程[1]。

采用水平、局部傾斜鉆孔對圍巖進行凍結處理，將聯(lián)絡通道、泵站周邊土體凍結，從而形成具有較高強度、較好封閉能力的凍結帷幕。在凍土區(qū)進行聯(lián)絡通道和泵房的開挖施工，在區(qū)間隧道中實施地層凍結與開挖施工。

3 施工技術

3.1 盾構始發(fā)

參考現(xiàn)場條件后，決定采取整體開挖方案。盾構機推進100 m后，將負環(huán)拆除，進入常規(guī)施工。待反力架端面找平后，再進行-7～0環(huán)混凝土管片拼裝。為了確保拼裝成環(huán)后的定位準確、不產生橢圓變形，整環(huán)拼裝后，用Φ20 mm鋼絲繩將管片從盾尾推出，在外側綁扎、張緊，以確保管片拼裝就位。

3.2 凍結施工

凍結加固技術是一種利用低溫狀態(tài)下的土壤特性對隧道進行加固的方法，其主要原理是在隧道周圍通過冰凍方法凍結土體，形成一個凍結體，達到隔離、支撐和固結的目的。凍土圈內土體變硬后，可充分利用土體的強度參數(shù)進行支撐和固結，達到加固的目的。在地鐵建設中，凍結加固技術可有效增強隧道結構強度和穩(wěn)定性，提高地鐵建設的安全性和穩(wěn)定性。

3.2.1 凍結鉆孔法

1） 凍結鉆孔的施工程序。首先進行透孔段的鉆孔，然后依據(jù)鉆孔的偏離程度，對相關鉆孔參數(shù)進行相應調整。按照施工中所確定的孔位，從上至下依次進行施工，避免下部凍結孔對上層地層的干擾，從而降低鉆進過程中的安全隱患。

2） 凍結孔定位。根據(jù)凍結孔圖紙及施工參考點，在避開主筋、管件、螺栓和鋼管片肋板的情況下，對凍結孔位置進行定位。

3） 凍結孔開孔和孔口密封設備。鉆孔時，選擇J-200型金剛石鉆孔機，使用d130 mm金剛石巖芯鉆頭進行鉆孔，鉆孔深度約300 mm，不能穿透管片。用鋼楔將巖心劈成楔形，將其取下，埋入已加工好的孔口管，在管片上用4個定位點將其緊固，再安裝孔口密封裝置，見圖1。

4） 凍結孔鉆進和凍結管的安裝。采用MD-80A型鉆機，配有BW250泥漿泵，鉆具采用Φ89 mm×8 mm的凍結管。凍結管間的管道用螺紋連接，在擰緊后，用手工電弧焊對其進行焊接，以保證其同心度和焊接強度。在進行每一個凍結孔鉆進之前，首先要按照各個孔的具體參數(shù)對鉆機進行調節(jié)，然后將凍結管緩慢地推進到已經安裝好的密封設備中，再將密封設備的螺栓擰緊，并打開孔口管上的大球閥。用裝在孔結管內的取芯鉆穿剩余的管片，取芯后更換普通鉆頭，繼續(xù)常規(guī)鉆進。在常規(guī)鉆進中，使用現(xiàn)場制作的簡單鉆頭，并優(yōu)先使用無水鉆進，以降低水土流失，有利于控制地表及巷道的沉降。如遇到鉆進困難，可在鉆頭位置加裝一套專用的單向閥，利用水力進行鉆進。當冷凍管道達到設計深度時，沖洗止回閥，并將其封住。在對凍結管道進行焊接后，要清除所有的焊渣，對其進行全面的檢查，如果發(fā)現(xiàn)有問題，要立即修復，使其自然冷卻5 min～10 min后，才能繼續(xù)鉆進工作。在鉆進期間，如果出現(xiàn)土壤侵蝕現(xiàn)象，可以通過設置在孔口管上的旁路閥，每天進行監(jiān)測，對地層進行補充壓漿，主要是單液泥漿，以便對鉆孔周圍環(huán)境的影響進行控制。在施工中嚴密監(jiān)控孔斜，有偏斜應立即糾正，埋設凍結管后，重新測量凍結管的長度，再用照明測斜儀測斜，畫出鉆孔偏斜圖。將供液管放入冷凍管，再將冷凍管端蓋及回路羊角焊接。

3.2.2 冷凍站安裝

1） 冷凍站的布局和設備安裝。根據(jù)工程實際情況，擬在隧道中設置凍結站，并在聯(lián)絡通道附近布置凍結站，需按照《設備操作手冊》的規(guī)定進行設備安裝，站內設施主要有：冷凍機組、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔和配電控制柜。

2） 管路連接、保溫。為避免對隧道施工造成影響，管道采用法蘭相連。在鹽水管道和冷卻水管上安裝測試裝置，如閥門、溫度計、壓力表等。鹽水管道試漏、清潔后，用保溫板或棉布包覆，保溫層厚度20 mm。將高壓軟管與集液圈連接在一起，在凝結管的進口和出口各安裝一個閥門，從而有效控制系統(tǒng)流量。制冷機組的蒸發(fā)器和低溫管道采用棉絨或絕緣板進行隔熱，鹽水箱、鹽水干管采用20 mm厚保溫板或棉花進行隔溫。聯(lián)絡通道兩端分段保溫：考慮到混凝土及管片較土壤更易散發(fā)熱量，聯(lián)絡通道兩端均使用聚乙烯F板絕熱材料對隧道周邊管片實施絕熱保溫，以降低冷耗。

3.2.3 凍結運轉

凍結作業(yè)分為兩大施工階段，即積極凍結和維護凍結。積極凍結階段是指在基坑形成過程中形成的帷幕，在滿足設計條件后，將其轉入維護凍結階段，同時進行基坑開挖與結構建設階段[2]。

1） 冷凍系統(tǒng)的試運行和積極凍結。在設備安裝完成后，開始試運行。此過程應隨時調整各種工況，如壓力、溫度等，以保證機組在相關工藝規(guī)范及設備技術參數(shù)下正常工作。當凍結系統(tǒng)工作正常后，就會進入積極凍結狀態(tài)。這一時期是凍結幕形成的過程，該過程中鹽水溫度＜-28 ℃，設計凍結時間為45 d，積極凍結7 d，鹽水溫度＜-20 ℃，積極凍結15 d，鹽水溫度＜-24 ℃，進出水管溫差≤2 ℃；在開挖過程中，鹽水溫度已經下降到-28 ℃。當鹽水溫度、鹽水流速不符合設計要求時，積極凍結的持續(xù)時間要適當延長。

2） 維護凍結。積極凍結時，需依據(jù)現(xiàn)場測溫數(shù)據(jù)，判定其是否交圈、是否已達到設計厚度，對其與圍巖的黏結狀況進行監(jiān)測，經測溫確定其交圈部位，并與隧道充分黏結后，即可進入維護凍結階段。維護凍結期間的氣溫≤-28℃，凍結時間應貫穿聯(lián)絡道、泵房、主體結構施工的全過程，以確保施工的安全和質量。

3.3 同步注漿

在施工過程中，灌漿和盾構施工是同步進行的，采用同步注漿和盾尾外注漿，盾構機掘進時，將產生盾尾空隙，使用雙泵四線式（8個注入點，有4個注入點可供備用）對稱灌漿工藝。灌漿可按要求分為自動和人工控制兩種。為避免施工過程中灌漿管線發(fā)生阻塞，影響清通過程，在灌漿管線上設置了一個備用注漿管，詳見圖2。

3.4 管片拼裝

該標段盾構區(qū)間襯砌管片為普通楔形環(huán)形管片，兩側楔塊為40 mm。在地下工程中，特別是在凍土區(qū)進行聯(lián)絡通道和泵房的開挖施工時，糾偏是確保工程質量和安全的重要步驟。

1） 管片拼裝過程中，應注意襯砌環(huán)表面的平直度、環(huán)面的超前尺寸和橢圓度的控制。

2） 拼裝過程中，首先將下部管片安放好，再由下至左、右交錯進行，每環(huán)之間的管片要平均分布，并且要控制好環(huán)面的平整度及密封處的尺寸，最后將覆蓋段插入，調準后，從縱向緩慢插入，遇到障礙時，要慢慢地拔出，既不能強行插入，也不能做大幅度調整，否則會造成止水條的損壞或松動。

3） 施工前，要先將管片表面清洗干凈，再貼上密封橡膠墊。彈性襯墊由三元乙丙橡膠制成，形狀為有尖棱邊的橡膠圈，蓋塊兩邊的防水橡膠條在組裝之前都需涂上一層潤滑油，以減小上蓋塊插入過程中彈性襯墊之間的摩擦阻力。

4） 施工過程中，要注意管片的準確定位，特別是首節(jié)段的定位，其位置直接關系到整環(huán)管片的安裝質量，也關系到與盾構機之間的相對位置。因此，可以通過精確的測量與定位、調整盾構機的姿態(tài)、控制推進的參數(shù)以及采取適當?shù)募m偏措施，確保隧道的線形和穩(wěn)定性滿足設計要求[3]。

3.5 聯(lián)絡通道施工

1） 加固聯(lián)絡通道和泵站。為保證聯(lián)絡通道、泵房工程及地表結構的安全，在開挖聯(lián)絡通道和泵室之前，要對其周邊土體進行加固。此標段的聯(lián)絡通道和泵房布置在軟土地區(qū)，采用洞室水平凍結法補強。凍結帷幕的有效厚度應＞2.0 m ，加固后的基礎應具有良好的均一性、自立性及所需強度。加強區(qū)如圖3所示。

凍結法在聯(lián)絡通道中應用MD-60A型鉆機，配用BW-250型泥泵，研究選用Φ89 mm×8 mm的凍結管作鉆桿，將其擰緊后，再用手工電弧焊對其進行焊接，以確保其同心度和焊縫強度。凍結孔按自上而下的順序施工，以避免下部凍結孔對上層地層的干擾，可降低鉆進過程中的安全事故率。

2） 通道口管片的拆除。聯(lián)絡通道盾構隧道襯砌結構為特種襯砌環(huán)管片，襯砌環(huán)為鋼管片與鋼筋混凝土管片相結合形成的專用結構。在每條聯(lián)絡通道上，分別設置4個專用管片（左右線各2個），每環(huán)2個鋼管片（3個內嵌、3個小型管片用來拆卸開洞）和4個混凝土管片（1個頂蓋、1個鄰接塊、2個標準塊）。為控制襯砌環(huán)在施工過程中的變形，在特制的襯砌環(huán)上設置了臨時支架、支撐板等。

3） 聯(lián)絡通道建設。區(qū)間隧道建好后，聯(lián)絡通道開挖施工。開挖過程中，嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤監(jiān)測”的施工工序，以保證工程安全。①在盾構掘進到擬建的聯(lián)絡隧道時，必須逐一進行特殊襯砌環(huán)形管片的拼裝。②為確保管片后方充填密實，在聯(lián)絡通道穿線過程中，應強化參數(shù)控制，防止盾構施工對地層的過度干擾，同時加大同步注漿和二次注漿的注漿量，確保管片后充填密實。③在特制環(huán)形隧道段中，將開口段的鋼管段拆掉，在拆除現(xiàn)場四周設置警示標志，明確非施工人員禁止進入施工區(qū)域。④做好施工中的上、下臺階開挖和聯(lián)絡通道的前期支撐。⑤進行聯(lián)絡通道二層鋼筋混凝土澆筑。⑥在初期支護及二襯背面的空隙，應及時注漿，灌漿材料為水泥漿，灌漿壓力為0.05 MPa～0.15 MPa。

3.6 盾構區(qū)間隧道防水施工

3.6.1 管片結構自防水

①使用高精度鋼模板制造管片（制造容許誤差±0.5 mm），保證誤差在可接受范圍之內。②管片為C50高強度鋼筋混凝土，混凝土要求密實，并可摻入適量的外加劑。管片鋼筋保護層外側40 mm、內側35 mm、端面35 mm，防水等級為P12；混凝土抗?jié)B性能≤5×10-13 m/s，氯離子擴散系數(shù)≤3×10-12 cm2/s。③要加強管片堆置和運輸過程中的管理與監(jiān)督，避免管片因受力過大而出現(xiàn)裂紋，保證管片的完整性，到達工地的管片應通過檢驗，并進行歸類堆放。

3.6.2 管片接縫防水

管片接頭處的防水處理采取EPDM橡膠彈性襯墊和嵌縫兩層防水措施，并以彈性襯墊作為主要防水措施。

1） 彈性襯墊防水。在管片接頭外部的預留槽中，應該鋪設一層多孔徑聚乙丙橡膠彈性襯墊，當接縫張力為6 N，錯臺為8 N時，該襯墊能承受0.6 MPa的水壓。在管片的變形節(jié)點處，應在縱向接縫處粘貼2.0 mm厚的環(huán)氧樹脂膠，并在環(huán)縫處粘貼6.0 mm的丁腈軟木橡膠片。

2） 嵌縫防水。管片內側圓弧處預留的溝槽，必須采用填縫法進行防滲處理。其中進出孔各25環(huán)，聯(lián)絡道兩側各25環(huán)，整環(huán)嵌縫，使用聚硫膠。其余的拱頂部為45°，底部為90°。

3） 其他防水方法。①螺栓孔及鉆孔處，必須使用彈性橡膠或吸水膨脹橡膠圈密封。②在盾構隧道與終端井連接處，要做好防水工作，即在施工期間做好臨時連接，在施工完成后做好永久性連接，臨時連接件主要使用簾布橡膠環(huán)和其加壓設備，輔助井圈注漿封堵。永久性接縫使用鋼筋混凝土接頭，其與井壁及管片間的接縫應采用多重防護措施加加固。③強化盾構施工中的同步灌漿與二次灌漿[4]。

4 區(qū)間盾構與聯(lián)絡通道凍結同步施工效果

地鐵區(qū)間盾構是地鐵建設中最重要的組成部分，其施工技術至關重要。區(qū)間盾構的施工過程可分為掘進和支護兩個階段，其中支護階段主要采用凍結加固技術。在掘進階段，盾構機在巖石侵入區(qū)域工作時，其轉動刀盤可將巖石開采為圓形土層，再由管架貫穿隧道，將土體運出隧道。之后在管殼上焊接墻體，組成一段段的盾構殼。在支護階段，為保持隧道結構的穩(wěn)定性和安全性，通常采用多種支護措施，如壓實法和凍結法等。其中，凍結加固技術是一種高效可靠的技術方案。具體而言，應預先在設計區(qū)域內設置一定數(shù)量的孔隙，布置冷槽和加熱管道。然后，注入冷卻劑，用相應的氮氣或者底層柔性板施加壓力。隨著冷卻過程的進行，土體內的水分開始結冰，形成冰體。由此，可以利用土體的冰凍特性達到一定的加固和支撐作用。凍結加固技術在地鐵區(qū)間盾構支護中的應用，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提高加固和固結效果。

1） 提高加固效果：凍結加固技術是一種利用土體本身材料的力學特性進行加固的方法。在該方法下，土體變得更加堅硬，能夠充分利用土體自身的力學特性進行支撐和固結，從而提高隧道的加固效果和穩(wěn)定性。

2） 減少施工難度：與其他支護方法相比，凍結加固技術可減少施工中一些因素的影響。由于其利用原有材料結構，能夠大幅減少施工難度，更好地保證工程的安全性和穩(wěn)定性。

3） 提高施工效率：采用凍結加固技術，能夠較好地突破施工限制，提高施工效率。其可使承受導向力的冰凍土變得異常堅固，加速施工進度。

由此可見，凍結加固技術在地鐵區(qū)間盾構支護中的應用，是一個行之有效的技術方案，需要合理安排施工計劃與工程進度，以確保工程安全、順利、高效地推進。

5 結語

本文經過實際案例的應用，證實了在區(qū)間盾構施工與聯(lián)絡通道凍結加固同步進行，兩條聯(lián)絡通道共用一座凍結站的技術方案和有關措施是安全、可行的。該方案比原設計方案中的盾構掘進工期提前約60 d，聯(lián)絡通道施工工期提前約45 d，節(jié)約了建設費用。采用同步施工和共享凍結站的方案，顯著提升了施工效率，縮短了工期，降低了成本，增強了項目的經濟效益和安全性。

參 考 文 獻

[1]胡俊杰，胡敏清，田中勝，等.軟土條件下聯(lián)絡通道凍結施工[J].工程建設與設計，2022（12）：165-167.

[2]蘇國琳.地鐵盾構區(qū)間施工沉降處理技術探討[J].工程建設與設計，2019（9）：226-227，231.

[3]黃金龍，黃建，賈德華.北京地鐵區(qū)間聯(lián)絡通道凍結法施工技術[J].鐵道建筑，2020，60（7）：55-58.

[4]劉啟清，黃君，翁國亮，等.城際鐵路盾構聯(lián)絡通道凍結法施工技術[J].鐵道建筑，2019（6）：55-58，73.

編輯：楊 洋