地铁联络通道冻结施工监测分析及控制研究                                     

地铁联络通道冻结施工监测分析及控制研究

陈志健

广州红海瀚洋人力资源有限公司佛山南海分公司，广州 528200

摘要：目前地铁隧道联络通道施工常用的加固方法为地面加固及冻结法加固，处于列车调试阶段中的地铁隧道下方近距离采用冻结法施工联络通道的工程实例在全国实属罕见，本文依托佛山某地铁隧道联络通道施工实例，通过冻结盐水温度、测温孔、泄压孔、探孔等四大主要方面监测数值分析，并结合既有隧道的自动化监测数据提出相应的设计和施工措施，为联络通道的顺利开挖提供了有利的条件，同时为后续类似工程提供了一定的参考价值。

关键词：地铁隧道；联络通道；近距离下穿；冻结法加固；

中图分类号:TU354；U231；文献标识码:A

Analysis and research on the influence of freezing method construction on the upper tunnel in Foshan Metro

CHEN Zhi-jian

（Guangzhou Red Sea Hanyang Human Resources Co., LTD foshan Nanhai Branch，Guangzhou 528200，China)

Abstract:At present, ground reinforcement and freezing method are commonly used in the construction of contact channel of subway tunnel. It is rare in China to adopt freezing method to construct contact channel at close distance under subway tunnel during train commissioning. Based on the construction example of contact channel of a subway tunnel in Foshan, Through the monitoring numerical analysis of freezing brine temperature, temperature measuring hole, pressure relief hole and probing hole, combined with the automatic monitoring data of the existing tunnel, the corresponding design and construction measures are put forward, which provides favorable conditions for the smooth excavation of the connection channel, and provides a certain reference value for the follow-up similar projects.

Key words:Metro tunnel；Connecting passage；Close down wear；Freezing reinforcement；

1 前言

目前联络通道采用冻结法加固在北京、上海、广州、天津等地区应用广泛，成功案例较多[1~3]。但在地面加固效果欠佳的基础上增设冻结法加固的工程案例比较少见，类似工程如佛山地铁水口站~大墩站区间联络通道在深厚淤泥质粉细砂层中的应用[4]，顺利完成了联络通道的实施，该联络通道周边无重要建构筑物，形成冻结交圈时间共56天，地面隆起值为8.4mm。本工程联络通道施工不同之处为冻结过程受邻近既有隧道的制约，在此条件下进行冻结监测数据的分析及提出设计及施工措施。

2工程背景

2.1工程概况及地质水文条件

本工程地铁隧道联络通道邻近河流，且上方存在既有地铁隧道，两者竖向净距为3.6m。根据详勘资料联络通道主要处于<2-1b>淤泥质土及<2-2>淤泥质粉细砂层，拱顶覆土厚度为23.5m，拱顶及底部位于<2-1b>淤泥质土层，洞身位于<2-2>淤泥质粉细砂层，联络通道底部以下软土层厚度为12m。土层物理力学参数如表1所示。

表1 土层物理力学参数表

Table 1 The physical and mechanical parameters of soil

结合周边环境及地质条件，联络通道与地铁隧道前期均采用三轴水泥搅拌桩加固，达到强度后联络通道拟在既有隧道下方采用暗挖法施工。由于联络通道开洞前水平探孔揭示存在较大涌水涌砂险情，为确保联络通道施工及上方既有隧道安全，增设冻结法加固，以形成一定强度、厚度且止水效果佳的冻结帷幕[5]。

作者简介:陈志健，男，本科学历，工程师，从事城市轨道交通结构设计工作，422866291@qq.com。

图1 三轴搅拌桩+冻结法加固横剖面图

Figure 1 Cross section diagram of triaxial mixing pile + freezing method reinforcement

2.2冻结法设计及施工

2.2.1冻结孔布置

冻结孔设计为116个（含6个穿透孔），冻结管用∅89×8mm低碳钢无缝钢管。测温孔设计14个。卸压孔设计4个。冻结孔允许偏斜150mm，冻结孔布置见图2。

图2 联络通道冻结孔布置（左右线）

Figure 2 Freezing hole layout of contact channel

2.2.2 冻结壁设计

联络通道冻结壁厚度≥2.2m，冻土平均温度≤-10℃。冻结帷幕交圈时间为23～28天，积极冻结为46天。冻土强度指标为：抗压5.0MPa，抗折2.3MPa，抗剪2.0MPa。冻结孔单孔流量不小于5m3/h，冻结总需冷量126130Kcal/h；积冻结孔极冻结7天盐水温度降至-18℃以下；积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下，去、回路盐水温差不大于2℃。

3联络通道积极冻结施工情况及数据分析

3.1 盐水总去总回温度变化情况分析

10月14日下午溶化氯化钙完成，10月15日开始积极冻结，盐水温度正常下降，因10月21日上方既有隧道隆起累计值接近初始控制值5mm，适当关停部分拱顶冻结管，局部出现盐水温度起伏，温度降至-18.10℃(冻结7天)；10月22日~11月10日盐水温度受冻结管长度优化的影响略有波动，温度降至-28℃；11月11日至11月28日期间为满足列车跑图需求，温度调升至-22℃左右，减缓隆起速率。跑图结束后采取快速冻结，温度处于-28~-31℃之间，至12月25日形成冻结交圈，冻结历时共72天。如图3所示。

[1]

图3 盐水温度变化图

Figure 3Brine temperature change diagram

3.2测温孔温度变化情况分析

测温孔共打设14个,每个测温孔内设8个测温点，测点深度分别为0.50m至10.46m不等。冻结期间除C3、C10测温孔异常外其余测温孔均正常下降，冻土如图3所示，至12月25日均在0℃以下。测温孔C3各测点温度降温异常缓慢，测点越深温度越高，根据温度变化情况，C3最深处2个测点始终未降到0℃。经判断此处局部地层质地不均匀，温度传递效果比较差，后将C3测温孔改为冻结孔进行冻结，加强此处冻结效果测温孔。测温孔C10位于冻结帷幕外侧，前期降温异常但总体上处于降温趋势，经现场排查分析，采取在地面相应位置打孔注浆的措施，改变此处地质。经注浆后，C10测温孔测点降温明显，所有测点均已降至0℃以下，满足设计要求。另根据实测数据，冻土平均发展速度为23.33mm/d，积极冻结有效时间为51天（不考虑列车跑图温度控制影响），冻结有效厚度达到2.283m，满足冻结设计2.2m的厚度要求。根据盐水温度、孔间距、冻土厚度及开挖面温度通过计算可知，冻结帷幕平局平均温度为-11.05℃。

图3 测温孔温度变化图

Figure 3Brine temperature change diagram

3.3泄压孔变化情况分析

左、右线各布置了2个卸压孔，分别为X1、X2和X3、X4。初始压力分别为0.16MPa，0.20MPa、0.20MPa、0.21MPa。12月17日对左、右线泄压孔放水泄压，右线X1、X2泄压孔无水流出，左线泄压孔X3泄压孔放水过程中存在流水流量增大、水温升高情况，经分析判断局部可能存在三轴加固后冻结薄弱区，存在裂隙水，采取对X3进行注浆，共计注入浆液约3m³。至12月25日打开右线泄压阀无水流出，泄压孔均没有压力，且没有出水出砂现象。

3.4探孔变化情况分析

联络通道共打设18个探孔，芯样多为水泥块、水泥碎渣、部分探孔含有粗砂等。9个探孔位于冻结帷幕边缘，开挖断面外侧，其温度均都达到0℃以下，已形成环形闭合冻土结构，无泥水流出情况。剩余9个探孔位于安全门内部，即非冻结区域，其温度均在0～3℃，探孔内部无水、泥沙流出，已形成环形闭合冻土结构。

3.5上方既有隧道道床竖向位移变化情况

从图5可知，上方隧道隆起累计值曲线呈山峰状，影响最大区域为联络通道正上方位置及相邻两侧各延伸1~2环，远离冻结体越远上方隧道隆起累计值越小，如图5所示。10月15日~10月23日，隆起速率较小，基本稳定；10月24日~11月11日，隆起速率为1.6~1.9mm/d之间波动；11月12日~11月28日，为满足既有隧道列车顺利跑图，隆起速率降低至0.97mm/d；列车跑图介绍后，11月29日~12月27日快速冻结，隆起速率增至1.57mm/d。从上述隆起变化速率分析，不同时期采取不同的控制措施呈现不同的隆起速率，但对上方隧道冻胀作用持续增加，经多次控制值调控，截止至2021年12月27日隆起量最大值出现在990环，达91.95mm，后续隆起值持续稳定，如图4所示。既有隧道总体趋势呈整体上浮，最大椭圆度最为5.3‰。

图4 既有隧道自动化监测竖向位移累计变化趋势图

Figure 4 Cumulative trend of vertical displacement of existing tunnels-Active freezing stage

图5 既有隧道每环管片道床竖向位移累计变化曲线图

Figure 5 The cumulative vertical displacement curve of each ring pipe sheet track bed in the existing tunnel

6建议及结论

根据上述盐水总去总回温度、测温孔温度、泄压孔压力值、探孔情况等4大主要方面综合对冻结帷幕进行分析，结果表明：冻结帷幕已经交圈，冻结帷幕有效厚度为2.28米，冻结帷幕平均温度为-11.05℃，冻结指标符合冻结设计要求，满足开挖需求。针对类似工程提出几点建议，与同仁分享：

（1）隧道设计时可适当考虑加强交叠区域管片钢筋或增加钢管片以及提高管片接缝防水性能，以增强隧道的抗变形和抗渗能力，降低管片变形开裂造成渗漏水等风险[6]。[2]

（2）在满足自身承载力要求的前提下结合计算优化冻结厚度，形成封闭交圈达到止水效果即可，增大冻胀缓冲空间。

（3）联络通道冻结产生的冻胀力在已完成加固土体中无法完全释放，导致应力集中，既有隧道隆起最大累计值已远超规范限制。分析表明，联络通道冻结时间越长，冻胀引起的邻近隧道累计变形越多，需快速冻结，减少冻结时间。

参考文献[3]

[1]陆忠发.软土地层冻结法施工地铁联络通道风险控制[J].中国市政工程,2006,(2):58-60.

LU Zhongfa. Risk control of subway connection passage construction by freezing soft soil layer [J]. China Municipal Engineering,2006,(2):58-60.

[2]邵国鑫.宁波软土层地铁盾构隧道联络通道的冻结法设计与施工[J].工业建筑,2013,(11):148-152.

Shao Guoxin. Freezing method design and construction of connecting passage of shield tunnel in Ningbo soft soil [J]. Industrial Construction,2013,(11):148-152.

[3]乔卫国.地铁联络通道冻结监测分析[J].岩土力学,2003,(4):666-669.

Wei-guo qiao.Freezing monitoring and analysis of metro contact channel[J].Rock and Soil Mechanics,2003,(4):

666-669.

[4]广州地铁设计设计研究院股份有限公司.佛山地铁三号线水口站~大墩站区间施工图设计[R].

Guangzhou Metro Design And Research Institute Co., LTD. Design of Construction Drawing of Shuikou Station ~ Dadun Station of Foshan Metro Line 3 [R].

[5]孙成伟.广州地铁隧道联络通道冻结法施工技术研究[J].现代隧道技术,2012,(3):161-165,181.

Sun Chengwei.Research on construction technology of freezing method for contact Passage of Guangzhou Metro Tunnel[J].Modern Tunnel Technology,2012,(3):161-165,181.

[6]王晖.软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研究[J].现代隧道技术,2004,(3):17-21.

Wang Hui. Research on construction control Technology of freezing Method for contact Passage of metro shield tunnel in soft soil layer [J]. Modern Tunnel Technology,2004,(3):17-21.

1

[1]这张图曲线有重影

[2]结论建议里面不用写引用文献，写本文的研究成果就行。

[3]引用文献建议增加至10~12项，同时建议放一两篇准备投的期刊的文献。