龙得海赖理春
广东华隧建设集团股份有限公司
摘要：随着城市化的发展，地下工程建设中得到越来越广泛的应用。为了有效缓解交通压力，确保了城市的交通环境的畅通和畅通。本文以某标段工程区间两座联络通道的冷冻施工为背景，结合工程地质情况、设计方案，阐述了暗挖通道采用冷冻法施工的风险控制，为以后类似工程提供了良好的借鉴作用。
关键词：暗挖冷冻法风险控制
一、工程概况及方案变更
某标段工程区间有两座联络通道，本案例中的联络通道，隧道线间距13米，位于高速公路东侧绿化带下方，紧邻收费站出口。
原计划采用竖井开挖+横通道暗挖的方式进行，由于存在溶洞，在连续墙施工冲桩出现漏浆情况；另外地面加固、竖井施工场地与高速公路互通立交匝道施工交叉影响，不具备地面加固、开挖条件。为减少施工风险通过论证变更为洞内冷冻法施工，无需进行地面加固和临时占地。该案例当时为广州地铁在建项目采用冷冻法施工的首个完成工点。
二、地质条件
洞身上部份和拱部主要为填土、中砂地层，底部为中砂、部分粘土，为软弱地层，自稳性差，底部有部分中风化炭质灰岩，存在的溶土洞已进行处理。且在裂隙发育地段，水量较为丰富。
三、风险控制应对措施
1、设计方案：
联络通道采用冻结法加固地层，暗挖法施工，以保证施工安全和减少对地面环境的影响。主体结构主要包含隧道管片相接的水平通道及喇叭口。通道结构为直墙圆弧拱。
联络通道主要使用双层复合型衬砌，基础的初衬为C25P6喷射混凝土与钢拱架的结构，厚度250mm；二次衬砌为C35、P10钢筋防水混凝土结构，结构层为350mm厚的现浇钢筋混凝土，在初衬和二衬之间设一道防水层。
2、施工方案：
隧道地层加固主要是利用部分倾斜孔与水平孔冻结，冻结联络通道的外围土体，从而形成具有良好的封闭性，强度较高的动图帷幕。之后，使用矿山法在动图中进行联络通道的施工开挖构筑。应当在区间隧道中进行开挖构筑及地层冻结施工，并遵循以下施工顺序：
施工准备→冻结孔施工（同时进行盐水系统、冻结制冷系统以及监测系统的安装）→支撑隧道→积极冻结施工→探孔试挖→钢管片拆除→掘进联络通道并进行初期支护→永久支护联络通道→结构充填注浆→自然解冻与融沉注浆充填处理→撤场。
四、主要施工方法
1、冻结孔施工
冻结孔59个（左线隧道内布置14个冻结孔，右线布置45个冻结孔），测温孔8个，左线布置6个，右线2个，深度2.0m～4.3m；卸压孔布置4个，左右线各2个。
冻结孔施工中包含了定位开孔、安装孔口管与孔口装置、钻孔、测量，将孔底部封闭、试验打压。以下为冻结孔施工具体工序：
（1）定位开孔与安装孔口管：需要依据隧道设计中钢管片以及主管片上进行开孔定位。
（2）孔口装置安装：在闸阀上用螺丝固定安装孔口装置，需要注意密封垫片是否加好。
图4-1孔口密封装置示意图
（3）钻孔：
混凝土管片：首先，设置孔位需要避开栓管片中的受力主筋；其次，利用开孔器，其上配置金刚石钻头取芯，根据设计角开孔；最后，装好孔口管和DN125闸阀，再打开闸阀，利用开孔器对闸阀内进行二次开孔，直到砼管片开穿，涌砂出现，即可关闭闸门。
将孔口管焊在钢管片上，并接好孔口装置与闸阀，将金刚石钻头接到钻机上，利用空口装置，钻进切割钢管片。
（4）冻结孔测斜
冻结孔开孔位置误差不大于100mm，最大允许偏差值为150mm，其指的是设计轨迹与冻结成孔轨迹的距离。
（5）打压试验：需要将孔口封闭，将水利用手压泵打入孔中，当压力为0.8Mpa时，即可将打压停止，阀门关好，对压力变化进行观测，若是30min内并没有出现压力变化，则此次打压试验通过。
2、机房安装与设备试运转
在隧道内接近联络通道的位置设置冻结站，设备中包含盐水箱、箱式变电站、冷冻机、清水泵、盐水泵、冷却塔等。需要将保温棉絮或者保温板安装低温管路、盐水管路、盐水箱、冷冻机组的蒸发器、盐水干管位置。在左、右线隧道管片内侧将冷冻板安装好，加强冻结。隧道管片内侧冻结壁附近也需要敷设保温层，其范围应当到冻结壁边界2m之外。积极冻结期盐水温度为-20℃～-28℃，实际冻结时间40天。
3、开挖施工与临时支架安装
⑴安全门的安装
开挖隧道的联络通道预留洞口上需要安装应急防护门。防护门打压试验值0.30MPa。挖通水平通道完成初期支护后可拆除防护门。
图4-2安全门设置
⑵安装预应力支架
设4榀预应力支架，在区间隧道左右线联络通道开口两侧各架两相间距3m，对称布置。安装好预应力支架后顶实千斤顶，且各个千斤顶的顶力要基本均匀。
4、开挖施工方式
分析卸压孔、测压孔以及测温孔的实时数据，对冻结帷幕是否达到设计需求的厚度与强度进行判断，开始开挖。当钢管片拉开后，使用分层式进行联络通道的开挖，并注意在开挖时，除了拱顶与叭口处侧墙之外，需要全断面开挖，步距约为500mm。由于喇叭口两端断面较大，避免出现隧道变形情况，可以将步距控制在350mm左右。
图4-3施工简要步序图
使用两次支护方式进行联络通道结构的支护，第一次是临时支护，可以使用木背板、格栅钢架、喷射混凝土，第二次是永久支护，需要选择强度较高的钢筋混凝土结构。实际开挖及主体结构施工完成共18天。
5、冻结、停止冻结、解冻和注浆
开挖期间保持积极冻结，盐水温度不高于-28℃，联络通道主体结构施工结束后方可停止冻结。共设计注浆管36根，停止冻结后3～7天内进行衬砌壁后充填注浆。冻结帷幕采用自然解冻，应根据地层监测情况进行冻结帷幕融沉补偿注浆。
6、冻结孔封孔
施工结束后，应当将隧道管片上冻结管与孔口管割除，孔口管的割除深度需要大于60mm。所有冻结孔应用压缩空气吹干管内盐水，立即用速凝堵漏剂封堵，并预埋注浆管进行注浆堵漏。
7、信息化施工监测
监测内容为盐水温度、冻结帷幕温度、卸压孔压力、地面沉降、隧道变形监测等。
五、效果
联络通道采取冷冻法的施工工艺，有效解决了场地征用难的问题，避免了管线迁改、交通疏解、地面占道等难题。施工及融沉注浆整个过程地面沉降监测最大值为-3.6mm。冻结结束后，冻土墙融化，对建筑物周围地下结构影响非常小，能有效缩短施工工期。
六、经验总结
1、由于横通道全断面开挖，开挖期间掌子面外露，施工过程需做好保护、监测工作，快速开挖，快速支护。
2、考虑冷冻法特殊性，无需再使用锚杆、锚管、超前小导管等支护措施，以避免破坏冻结壁。格栅钢筋在拼装时必须整环一次性拼装，不然会导致钢架失稳，采取随挖随支，做好支护后，全断面一次性喷锚成型，减少对冻结壁温度的影响。
3、在裂隙发育、上部为粗砂层地下水渗透大的底层中，钻孔防喷涌是关键。钻孔期间，地质勘探不准确或者工人操作不当，容易造成涌水涌沙。开挖期间注意开挖作业时先确认冷冻管的位置，不要超挖过多，防止击穿冻结管。
4、横通道底部灰岩钻孔较难，冷冻效果一般；可结合岩性特点，优化钻孔。如果是在岩溶发育区，注浆预处理很重要。
5、在进行融沉注浆和回填注浆时，要量少多次，分层分断面进行。