广深港客运专线联络通道冻结法施工中的优化及应用

广深港客运专线联络通道冻结法施工中的优化及应用

王培补

[中煤矿山建设（集团）有限责任公司，安徽合肥230000]

摘要：随着冻结加固法在地铁联络通道施工中应用越来越广，冻结工法的细节设计和优化施工将是控制复杂地层施工风险的关键技术措施。本文通过工程实例说明冷冻工法细节设计和优化施工技术措施在香港地铁联络通道冻结法施工中的应用。

关键词：联络通道冻结法施工优化；测温孔；冻结器头；冻土机器开挖；冻结孔封堵

前言

随着我国地下交通事业地铁的高速发展，各种复杂地层下使用冻结法加固施工联络通道的应用越来越多，冻结法的细节设计和风险控制将是冻结工法发展的必然趋势。

1工程概况

广深港客运专线深港衔接段工程为连接深圳与香港的隧道，分为内地段和香港段两部分。内地段主要包括：皇岗竖井36m、矿山法隧道374m、盾构隧道1856m和设有8个联络通道。香港段主要包括：盾构隧道1490m和设有6个联络通道。香港段联络通道6座（CP1号～CP6号联络通道）均采用隧道内冻结法加固地层、矿山法暗挖施工。

构筑联络通道所在位置的隧道管片内径为Ф8.7m，管片厚度450mm。衬砌采用二次衬砌方式，临时支护层和永久结构层之间设防水层。

2工程地质条件

从提供的地质纵断面图看，深港衔接段主要揭示存在软硬不均的复合地层、不整合破碎带发育、球状风化、溶洞等不良地质情况。

联络通道穿越地层主要为全～强风化变质砂岩及花岗岩、大理岩侵入带，部分地段拱部穿越粉质粘土层。

3施工优化及改进

本工程地处香港地界，设计和施工均按照香港的规范标准和要求（欧洲标准）。为了适应香港的施工要求，我们在施工中做了许多技术改进措施，同时也在施工中学习了香港的冻结技术，下面分别介绍。

3.1测温孔的布置设计

测温孔是监测冻结壁发展状况的重要措施，测温孔设计布置的合理不合理对判断冻结帷幕厚度非常重要。

（1）国内联络通道测温孔施工设计：测温孔设计一般是依据冻结孔的布置来设计的，国内冻结孔一般是带仰俯角的水平孔，测温孔的设计大部分都是布置在冻结孔间距最大处且平行冻结孔打设，测点间距为1m左右，单个测温孔总深度在2.5m左右，一个联络通道设计测温孔数量在8个左右（一般冻结孔侧隧道设计3个测温孔，对侧隧道设计5个测温孔）。

（2）香港联络通道测温孔施工设计：我们施工的几个香港段联络通道是不带集水井的，冻结孔全部设计为仰俯角零度的水平孔（为保护管片主筋，管片分为钻孔区域和非钻孔区域，钻孔只能在钻孔区域施工）。右线布置测温孔12个（外圈8个，内圈4个），左线布置测温孔12个（外圈8个，内圈4个），左右线对称设计，测点间距0.5m，测温孔深度均为5m。测温孔设计原则从冻结区可钻区带角度打向外圈（内圈）冻结壁薄弱处的等温线。冻结孔及测温孔布置见图1。

（3）联络通道测温孔布置国内和香港的比较

通过上表分析比较可知：香港段联络通道测温孔的设计更科学、更合理、更全面、更直接，能够极大降低判断冻结壁发展失误的发生，保证了施工的安全。同时由于测温孔数量和测点密度较大，测温监测工作量增大很多，可采用现代化自动监测技术。

3.2冻结器头部改进

冻结器头部是连接胶管和冻结管的一个构件，起到连接、传输盐水的作用。之前联络通道冻结工程冻结器头部施工大部分是在冻结管全部钻进完毕、测深、测斜和试压完成后电焊工现场焊接连接，造成现场电焊作业工作量大，且焊缝复杂，焊接质量得不到保证，不适应现在城市地铁建设工期紧张的要求。且不能重复使用，造成一定浪费。

本工程冻结器头部采用法兰螺栓连接，可提前在地面将冻结器头部焊接好，焊缝质量可以得到保证，使用时运到现场直接螺栓连接即可，工期可缩短2～3天。且工程结束冻结期头部可拆除重复使用于下一个工程。冻结器改进图纸如图2所示，冻结器头部传统做法与改进后做法比较见表2：

3.3冷冻排管优化设计

常规冻结管从隧道一侧钻进至对侧管片（不打穿对面管片），冻结管前端径向冻结发展速度小于正常段径向发展速度。因冻结管顶端包括单向阀等无盐水循环部分（长度约为20cm），造成对侧管片和冻土胶结面形成冻结薄弱点，此想象在隧道内环境温度较高时尤为明显，胶结面冻结效果会更差。我们可以采用增设冷冻排管的措施对此类冻结帷幕闭合缺陷的情况进行弥补。

冷冻排管即在冻结范围内的隧道管片表面，围绕冻结壁轮廓线布置一定圈数的低温循环盐水的管路（本工程采用Φ3.2×3.0mm无缝钢管，柔性和导热性都比较好），降低管片温度，达到降低冻土与管片胶结面的温度的目的。常规情况下，对侧隧道管片冷冻排管可布置4～6圈，每圈间距300～500mm，分2～4组与透孔上的小集配液圈连接，形成冷媒盐水循环。钻孔侧冷冻排管可布置2圈，间距300～500mm，分2组与集配液圈连接，形成冷媒盐水循环。保温材料选用30mm橡塑保温材料，保温范围从冻结管向外延伸2m。本工程实际应用结果表明，本措施在隧道高温环境下（本工程隧道环境温度为35-40度）管片胶结面取得良好冻结效果。

3.4冻土机械开挖

因冻结管距离开挖边线距离大约在1m左右，冻土的开挖如果震动过大会造成冻结管的断裂或冻结壁的裂缝，形成一定的透水风险，所以很少采用机械开挖。国内一般要根据原土层来选择开挖工具，粘性土形成的冻土开挖难度较大，一般采用人工风镐开挖，砂层和风化岩形成的冻土采用风镐或劈裂机开挖。体力劳动强度很大，开挖进度相对较慢。

本工程考虑到工期较紧，原始地层为变质砂岩和变质粉砂岩，开挖设备采用瑞典BROKK90型遥控机器人开挖，结合人工修边的的方式，大大缩短了工期和降低了劳动强度。且在开挖过程中未出现冻结管断裂的情况。分析可知小型挖机更适合在大断面的非粘性土层形成的冻土中开挖。

3.5冻结孔封堵技术措施

管片上冻结孔的封堵是联络通道冻结法施工中最后一道风险工序，封孔的主要难题有以下两点：冻结管的充填密实度和孔口密封。相对之前的封孔措施，本工程增加了砂浆蠕动机对冻结孔进行充填和孔口增加遇水膨胀橡胶圈来密封孔口。具体施工步骤如下：

（1）将冻结管内的盐水用隧道内气管吹到泥浆箱内由电瓶车运到地面进行无害化处理（可每组串孔一次进行吹盐水，若一组一次吹盐水困难可单孔吹盐水，尽量将盐水吹尽）。

（2）清除冻结管头部的冰块，拆掉羊角器头并拔出里面的供液管，贴管片割掉冻结管头部。

（3）管片往里割除冻结管12cm，割除孔口管10cm。

（4）按设计配比严格配制DS-60灌浆料并搅拌均匀，将500型软管蠕动式砂浆泵的注浆软管插到冻结管底部注浆，边注边拔，以保证冻结管内注浆密实，浆液以达到靠近管口12cm割口为宜。

（5）用不小于5mm厚的圆钢板焊接在孔口管处，要求满焊，以达到密封冻结管和孔口管处的缝隙的作用。

（6）在孔内混凝土管片上距离圆钢板2～3cm处对称钻直径14mm的2个膨胀螺丝孔，并将孔内清除干净。

（7）将外径116mm的遇水膨胀橡胶条圈（10mm×15mm）安放在膨胀螺丝孔和圆钢板之间，并用奥迪美NS612灌浆料把胶条圈固定在管片上。

（8）在孔内安装2根?12的膨胀螺栓，在孔内放置少许棉纱并安装2根导流管。

（9）用奥迪美NS612灌浆料把孔口填平压实，并在靠近导流管区域预埋一根水针。

4结语

冻结法作为一种地层加固方法，其安全性和环保性是其他工法无法代替的。随着中国地下工程的高速发展，冻结法必将得到更广泛的应用。工法的完善和细化也是发展的必然产物。