凍結法在地鐵聯絡通道施工過程中的風險控制研究

莫 濤 中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司

1 前言

在地鐵聯絡通道施工過程中，由于凍結法存在著防水性良好和強度較高等多方面特點，所以其在施工過程中的應用比較廣泛。但是在凍結法的不斷發展過程中仍然存在著一些工程施工事故，在施工過程中凍結管可能會突然斷裂，或者是由于凍結帷幕缺陷，而導致通道穩定性下降等多種現象[2]。因此就需要有效預測和控制凍結法聯絡通道施工的相關風險，合理識別凍結法施工中各個階段存在的潛在風險，從而采取科學有效的措施進行預防，有效保證地鐵聯絡通道施工的順利進行。

2 凍結法的相關施工風險

2.1 鉆孔事故

在地鐵聯絡通道的鉆孔施工過程中，其孔口處可能會出現涌水和涌砂等情況，其孔口密封管還可能會存在失效現象，在對地鐵聯絡通道開挖時，還可能會存在凍結管斷裂等情況[3]。

2.2 管片損壞事故

在地鐵聯絡通道鉆孔時可能會出現管片損傷等情況，使其管片出現過大變形，甚至會破壞其穩定性。

2.3 凍結帷幕事故

地鐵聯絡通道施工過程中，凍結帷幕風險事故中存在多種現象，其中包括了設計方案缺陷、流水、流砂和帷幕破壞等，對凍結帷幕性狀的判斷出現失誤，或者其施工管理工作存在不當等問題[4]。

2.4 凍脹和融沉事故

在凍土的形成過程中，就可能會出現凍脹等情況，在凍土消失時就會出現融沉，這就可能引發凍結管的斷裂，或者是地下結構變形，如果出現了過量凍脹和融沉，就會使其工程面臨較大的風險[5]。

3 凍結法施工風險的主要原因

3.1 鉆孔事故的主要原因

在地鐵聯絡通道的鉆孔施工過程中，出現涌水和涌砂等現象的主要原因就在于其孔口管出現了脫落等問題。其凍結管面臨斷裂等情況的原因可能就是由于地層比較復雜，不同土層其凍脹率會有所差異，因為凍脹就會引發凍結管斷裂，如果存在過度凍結等問題，就會導致地鐵聯絡通道完全凍實，這時卸壓孔的作用就不能得到發揮，在一部分地鐵聯絡通道開挖后，就會釋放相應的應力，從而導致凍結帷幕存在變形等情況，最終使凍結管面臨斷裂。

3.2 管片損壞事故的主要原因

出現管片損壞等問題的主要原因，就是由于相關管片的設計存在問題，或者由于管片鉆孔過程中存在著操作不當等情況，從而使管片面臨著過大損傷。同時在對地鐵聯絡通道的開挖過程中，由于對一部分管片的拆除，就會在隧道開口處集中較大的應力，從而造成管片逐漸喪失自身的完整性，導致管片出現了過大的變形，甚至會出現失穩等情況。

3.3 凍結帷幕事故的主要原因

凍結方案設計的合理性與凍土物理力學性質、凍結系統參數選擇、凍結帷幕結構參數計算合理性存在著很大關系。凍結帷幕出現流水和流砂等問題，主要是由于凍結帷幕各個部分存在著不平衡的發展速度，其凍結土體周圍存在相關暗流，或者對凍土體存在著大量超挖情況，就會使凍結帷幕出現相應的薄弱點，從而引起相應事故。如果不能準確合理的判斷凍結帷幕的安全性狀，就會使施工質量與安全受到直接影響，或者對凍結帷幕性狀存在誤判問題，就容易導致地鐵聯絡通道施工出現凍結帷幕事故。

3.4 凍脹和融沉事故的主要原因

土的粒度成分就可能導致其出現凍脹和融沉問題，同時一旦土中含有較大的水分，就可能使土在凍結時發生凍脹。不同土體存在著不同的凍脹溫度，其停止凍脹的溫度也會具有一定差異，而其凍結速度也會使凍脹受到相應影響。其外部荷載增加，就可以使凍結面的水分遷移量有所減少，從而使其凍脹得以有效減少。

4 凍結法在地鐵聯絡通道施工過程中的風險控制策略

4.1 針對鉆孔事故的控制措施

面對地鐵聯絡通道的孔口涌水和涌砂等問題，就需要對其進行兩次開孔，當施工過程中存在著涌水和涌砂等現象時，如果其出水量與出砂量相對較少，就可以對其盤根進行及時的更換，并且將其壓緊，而如果其出砂量相對較大，就需要利用雙漿液及時封堵孔口和土層，有效控制其孔口的涌水和涌砂現象。針對凍結管斷裂問題，就需要有效采用水平鉆進，如果其條件允許，就可以優先采用無水鉆進的方法。對于孔口管密封管和結構間要確保其連接具有較高的牢固性，從而有效避免其孔口密封管與結構脫離，防止出現突發性噴砂等現象，有效保證施工的順利進行。

4.2 針對管片損壞事故的控制措施

針對管片損傷事故，就需要嚴格根據相關施工的基準點進行施工，按照相關的凍結孔事故圖紙，對地鐵聯絡通道的凍結孔孔位進行放線，首先就需要根據管片配筋圖的位置進行孔位布置，在避開主筋和管縫等多個位置的前提下，對其孔位進行適當的調整，其孔位要小于100mm，同時要使其孔位合理避開管片縫之間的止水帶。對于過密凍結孔布置方案要進行合理調整，防止對過多的管片主筋切斷，從而避免其結構的完整性與穩定性被破壞。如果出現了管片變形過大等情況，就要對其管片進行合理支撐，使管片變形可以有效減少，進一步保障管片的穩定性。

4.3 針對凍結帷幕事故的控制措施

對凍結方案設計風險進行有效控制，首先就要確保凍土物理力學性能參數具有較高的可靠性，對各種不利因素進行全面考慮，細心合理的設計凍結系統中各個參數，對凍結設備進行正確的選擇，對其荷載進行正確的估計，同時選擇科學合理的力學模型，對凍結帷幕結構參數進行準確的計算，從而使凍結帷幕結構參數具有較高的安全性。如果凍結帷幕發生了涌水和涌砂問題，就要對已開挖區域利用水泥黃沙迅速填充，在此時還要及時做好應急防護門的關閉準備，由內向外進行通道開挖區域的填充，當其填充完成后，就要將通道防護門進行關閉，將螺栓及時的擰緊，從而將其封條壓緊，并且要對開挖區域進行持續的充氣，使水土的壓力可以保持平衡。對于凍結管的鹽水流量要對相應部位進行合理調整，使其凍結得以加強，還要對凍結帷幕加強溫度監測，對凍結帷幕的穩定性進行適時掌握，針對其墻部，可以對聚乙烯保溫板進行應用，使其保溫效果可以有效增強，從而有效減少相應的冷量損失，使開挖步距可以明顯減少，進一步提升支護強度，使凍結帷幕的收斂變形情況可以明顯減小。

4.4 針對凍脹和融沉事故的控制措施

首先就需要對水分的遷移凍脹進行合理控制，對其進行間歇性的供冷凍結，另外要對快速凍結法進行有效采用，使大量水分來不及遷移，從而避免形成大量的冰晶體。其次，要對施工卸壓孔進行合理設置。最后就要對水分遷移進行及時有效的阻斷，對注漿和水泥攪拌等方式進行合理應用。

5 結束語

地鐵聯絡通道的凍結法施工屬于高風險工作，在施工各個環節中，需要嚴格根據凍結法的特殊性進行合理有效的風險事故控制，從而及時有效的采取相應措施進行處理，進一步保證工程的施工安全性。