冷冻法在地铁工程中的应用

冷冻法在地铁工程中的应用

肖婷

佛山市铁路投资建设集团有限公司，广东 佛山 528000

摘要：近年来，我国城市交通压力明显提升，为了缓解当前交通困境，提升人们出行体验感，我国越来越重视城市交通工程建设，地铁工程建设也进入快速发展的高峰期。由于地铁线路大部分采用地下敷设，而地下作业空间有限，水文地质条件复杂，施工难度较大，容易发生工程质量风险。因此，为保证地铁工程质量安全，地铁工程常应用冷冻法快速冻结土体，来加固土体，保持结构稳定。基于此，本文以新时代发展为背景，简述冷冻法的原理以及发展历程，分析地铁工程中冷冻法施工方案，探究冷冻法在地铁工程中的实际应用以及优化措施，进而促进我国城市交通工程建设的发展。

关键词：冷冻法；地铁工程施工；实际应用；施工方案

一、冷冻法概述

冷冻法是利用人工降温技术将土体中的孔隙水冻结成冰形成冻结璧，这种方法既可以提高地层稳固性也可以隔绝地下水。冷冻法最早起源于欧洲，被应用在煤炭领域。19世纪60年代的滦林西井工程是我国首例应用冷冻法，之后冷冻法在我国的煤矿领域发展运用起来。由于冷冻法在我国地铁工程应用的较晚，其中相关技术手段的发展发的不够完善，再加上冷冻法的成本较高，因此，早期冷冻法在地铁工程中发展较慢。近年来，我国城市化发展进程不断加快，国内各大城市兴建地铁工程。地铁建设常需要穿越淤泥黏土层、含水土层以及含水砂层等，冷冻法因能够有效地解决饱水地层工程施工难的问题，在地铁工程建设中得到广泛应用。虽然冷冻法有安全性高、适应性强、绿色环保等优点。但也存在一定的弊端，例如开展冷冻法需要消耗大量的成本，并且在施工中容易产生冻胀和融沉的现象，影响周边建筑和地铁工程施工质量。

二、地铁工程施工中冷冻法施工方案

（一）冻结钻孔施工分析

冻结孔施工方法一般有钻孔法、夯管锤法以及顶管法。常用的为钻机法。使用钻机进行冻结孔施工工序为：定位-开孔-孔口管安装-孔口装置安装-钻孔-测量-封闭孔底部-打压试验。孔洞的倾斜率控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度情况下，一般终孔间距不得大于1.2米，否则应补孔。钻孔过程中，作业人员一定要保证匀速控制，并根据地质情况，实时调整钻孔速度，避免出现钻孔速度忽快忽慢，造成土体内部压力时大时小，影响工程施工质量。在钻孔开始施工时，要反复校验钻杆钻机位置，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，然后再用经纬仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。冻结管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，试验压力≥0.8MPa，30分钟内压力无变化为合格。

（二）定位开孔以及孔口管安全分析

在钻孔过程中，首先要明确孔洞的位置，要严格按照设计图纸进行冻结孔位置放线。通常选择金刚石钻头作为开孔器，按照设计方案进行钻孔。将孔洞的直径设定为160毫米，在钻孔深度达到1500毫米时将160毫米的孔芯钻入孔洞当中，在安装孔口管。其中孔管口在安装过程中，必要保证孔洞口部位平整，采利用膨胀螺丝钉固定孔管口四周，随后做好孔管口的密封措施，在将其安装进孔管口内部，为了提升其稳定性，采用膨胀螺丝钉进行固定操作。

（三）孔口装置安装设计分析

在地铁工程钻孔施工操作中，孔口安装逆止阀是非常关键的，在选择逆止阀种类环节中，要保证阀门的质量以及性能符合地铁工程施工要求。在孔口密封钻口装置安装操作中，根据工程的实际情况制定施工设计方案，基于方案开展施工作业，保证装饰密封的紧密性，防止在钻孔施工中发生泥沙喷涌的现象，影响地铁工程的质量安全。其次，由于我国地质结构较为复杂，在地铁工程施工中受地质条件的影响，钻孔施工难度较大，尤其在冻土层，钻孔施工进度较慢。为了缓解上述现象，可以通过改良土壤的手段提升钻孔的施工进度。

（四）冻结器安装流程分析

基于地铁工程的实际情况，在冻结器施工中要严格按照施工设计开展施工操作，根据方案不断调整钻孔机的位置以及角度，在钻机固定完成后，安装密封装置，在准备工程结束后正式开始钻孔施工。在施工初期采用无泥浆钻进的方式，如钻机受到阻碍，无法正常开展施工作业时，调整钻机钻进分方式，同时重视钻孔过程中出水以及泥沙的情况，保证钻机稳定开展施工操作。设备安装完成后进行调试和试运转，运转正常后进入积极冻结。在积极冻结过程中，要确保冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行开挖。

三、冷冻法在地铁工程的实际应用分析

（一）冷冻法施工技术管理

由于我国冷冻法的操作的难度系数较大，专业性较强。因此，为了保证冷冻法设计的科学合理性，冷冻法的设计单位应选择技术水平较高，具有专业资质，并且有良好业绩的专业团队。影响较大的重要工程设计施工方案需要通过专家审查。施工前做好图纸会审和施工交底。联络通道开挖前，应组织专家进行开挖前验收。专家验收通过后进行试挖和正式开挖。

（二）地铁工程施工中冷冻法的施工应用分析

在地铁工程中，冷冻法主要应用在两个方面，一是盾构始发或者接收时，利用冷冻法对盾构机端头及开洞口范围内土体进行冻结加固,形成强度高,封闭性好的冻土墙，保证盾构安全始发或接收。图1为盾构接收端冷冻法施工流程图。

图1盾构接收端冷冻法施工流程图

二是联络通道开挖前，利用冷冻法对待开挖区域进行土体加固，隔绝地下水，保证施工安全。联络通道冷冻法施工流程如图2所示

图2联络通道冷冻法施工流程图

（三）冷冻法质量控制对策

冷冻法的施工单位应选择技术水平较高，具有专业资质，并且有良好业绩的专业团队。施工前对施工人员进行针对性的培训。认真做好施工交底。同时，要求监理单位指派具有相应施工经验的监理人员对施工过程进行监理。冷冻法施工前应对潜在风险进行分析，编制现场应急处置预案，并按照应急预案进行演练。施工过程中，利用信息化检测手段对洞内各项数据进行实时监督和测量。开挖联络通道前要检查探孔情况、测温孔温度、泄压孔压力是否满足条件，

结束语：

通过上述分析可以看出，地铁工程冷冻法施工专业性极强，一定要重视施工方案设计，选择高水平专业的设计单位和施工单位、积极引进先进的施工仪器，在地铁工程施工中，相关技术人员一定要加强施工要点质量控制，提升施工技术水平，保证冷冻法能够在地铁工程中发挥出最大价值。

参考文献：

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[2]史楠,左朋,王黎钧,朱家俊,段景尧. 滇池湖相沉积区地铁联络通道冷冻法施工技术[J]. 云南水力发电,2020,36(09):150-152.