地铁工程联络通道施工方案

地铁工程联络通道施工方案

1 联络通道情况介绍

本项目共有2个联络通道，区间各设置1个联络通道。

根据天津地铁联络通道修建成功经验和本联络通道所处工程地质条件、周边环境，采用冻结法施工联络通道。

为保证联络通道在无水条件下安全施工，减小联络通道施工对已建区间隧道结构的影响，联络通道及周边一定范围内地层需采取加固措施。 加固方法选用冷冻法，要求经加固后的土体有良好的自立性、均匀性、密封性及足够的强度。

加固范围：平面上沿隧道主线线路方向为联络通道轴线两侧各6m，沿垂直隧道主线线路方向为区间隧道左右线线路中心线之间；立面上顶部为区间隧道结构顶以上4m，联络通道底以下3m。加固强度见联络通道专设计。

10003000100030004000 联络通道冻结范围示意图

2 工艺流程

联络通道采用冻结法施工联络通道。为保证联络通道在无水条件下安全施工，减小联络通道施工对已建区间隧道结构的影响，联络通道及周边一定范围内地层需采取冷冻加固措施。

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施工准备 积极冻结、隧道加固 通道开挖，临时支护 冻结围护 通道结构层施工 集水井开挖，临时支护 集水井结构层施工 停冻、封冻结孔、地层注浆 联络通道冻结法施工工艺流程图

加固方法选用冷冻法，要求经加固后的土体有良好的自立性、均匀性、密封性及足够的强度。加固范围单轴抗压不小于3.6MPa，弯折抗拉不小于2.0MPa，抗剪不小于1.5MPa（-10℃）。

3 冻结孔打设

（1）冻结孔布置

加固通道周围土层的冻结孔在中部沿通道四周基本呈水平布置；顶部冻结孔按上仰布置；加固集水井土层的冻结孔，呈向下倾斜密集布置。

联络通道冻结管选用低碳钢无缝钢管，采用丝扣连接，后用手工电焊进行补焊。

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冻结孔布置断面示意图

冻结孔布置与冻土帷幕断面

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（2）测温孔：

隧道每段面设长测温孔2个；短测温孔2个。分别布置在隧道冻结壁内外侧。 测温孔布置位置视最终打钻偏斜情况和现场打钻施工条件确定。 （3）水文孔、卸压孔：

水文孔主要报导冻结帷幕是否交圈。 卸压孔用于消除冻结过程中的冻胀水压力。

每个联络通道各设水文孔、卸压孔2个。孔口安装泄压阀和压力表。 （4）钻孔设备

在水平冻结法施工的钻孔施工中， 一般选择水平钻机进行钻孔， 在联络通道及泵站工程中， 除对穿孔外，其它冻结孔均采用了夯管锤进行冻结孔施工。

针对冻结孔的施工特点以及施工场地的限制，采用了煤炭科学研究总院自行研制的MK-5S型水平孔钻机及H190型夯管锤。设备体积要小，搬运灵活。

钻杆采用无缝钢管，钻头系自行研制的高精度机械式组合钻头，钻杆即冻结管，实施跟管钻进。

夯管法工艺简单、无需后背力；施工方法安全，无需排土，地层泥土不流失、地表沉降容易控制；遇到特殊的土质，如鹅卵石、流沙、地下水等，对夯管施工基本没有影响等优点。

（5）钻孔控制

1）采用煤矿强力水平锚杆钻机，加大钻进扭力和顶力，严格控制地层出砂量，钻进后及时补压单液水泥浆，保证地层的压缩性、密实性，为后期因打钻破坏地层，融沉后地层松软造成地面沉降作好补救措施。

2）严格控制冻结孔开孔孔位，不得任意移孔，如移孔位应重新定孔的方位角和仰俯角；冻结孔终孔偏写斜率不宜大于1%。

3）保证钻孔的深度大于设计值0.3～0.5m，碰到管片的除外。

4）冻结孔安装完成后，进行水压实验，压力0.8MPa，30min降压≤0.05MPa，再延长15min压力不降为合格；发生冻结孔打压保压不合格的冻结孔，要采用在泄露孔冻结管内下入小一级冻结管（套管）的方法处理此类事故。

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5）冻结管内供液管的下入深度要进行复测，供液管的连接质量要保证合格，确保冻结的全断面正常工作。

6）在进行钻孔施工中，当钻机钻透隧道管片时和夯管锤夯管时，孔口很可能出现涌水涌砂现象，若出现严重的涌水涌砂现象，将引起严重的地层沉降，影响到地面建筑的安全。为此，在施工中研究开发并采用二次开孔方法开孔并安装孔口密封装置，以防止钻透隧道管片和夯管时孔口涌水涌砂。当第一个孔开通后，没有涌水涌砂，但以后钻孔仍要装孔口装置，已防止突发涌水涌砂现象出现；若涌水涌砂较厉害，还应当进行注水泥浆（或双液浆）止水。

7）在钢管片开孔处，预先安装应急防护门，遇有突发事故难以控制，可快速关闭防护门，从防护门预留孔内注浆填充和封闭。

4 冻结施工

（1）冻结站布置位置：

联络通道距盾构井距离较长，如果冻结站布置在盾构井内，冷量损失很大，将大大增加了制冷成本。因此确定冻结站布置在先期完工的左线区间隧道内。

（2）冻结站布置数量：

联络通道距离短，只在一侧隧道内布置一个冻结站，冻结站内的低温盐水通过供液管输送到冻结孔中，回水通过透孔的环形空间流回到冻结站重新降温。

（3）制冷设备选型：

选用300型螺杆机组，制冷工质为氟利昂。带经济器的螺杆机组，在-35℃/+32℃的工况条件下，其制冷能力可达19×104kca/h。

（4）冻结制冷温度参数 冻结盐水温度： 积极期：-25～-28℃； 维护期：-22～-25℃；

开机冻结要求7d内盐水温度下降到-20℃； 冻结壁平均温度：-10℃； 冻结孔单孔盐水流量：6m3/h。

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（5）冻结站布置与设备安装

冻结站设置在隧道内，设备安装按设备使用说明书的要求进行，考虑冷冻机运转的连续性，不能停机检修，在运转前联系厂家来人检修冷冻机，并将备用冷冻机的管路连接完成，以保证冻结机可靠连续运转。

（6）管路连接、保温与测试仪表

管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。联络通道四周主冻结孔每两个一串联，其它冻结孔每三个一串联。冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。考虑两侧喇叭口冻结的效果以及管片的散热，对上下行线隧道管片内侧安装冷冻板加强冻结。

（7）溶解氯化钙和机组充氟加油

盐水（氯化钙溶液）比重为1.26，先在盐水箱内充满清水，溶解氯化钙，再送入盐水干管内，直至盐水系统充满为止，溶解氯化钙时要除去杂质。机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。

（8）冻结系统试运转与积极冻结

设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。

（9）隧道预应力支架安装

冻结过程中隧道受冻土力的作用，会发生隧道横向断面变形，从而影响隧道的椭圆度。为了减少这一变形，在冻结前隧道内安装预应力隧道支架，即在左、右线隧道的联络通道洞口两侧安装两榀预应力钢支架，每榀支有8 个支点，均

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匀地支撑在隧道管片上，施工中可根据观测到的隧道变形情况，调整各个支点的预应力大小，控制隧道变形。 I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20I20 隧道预应力钢支架示意图 5 开挖前准备 （1）水、电和场地 供水：采用冻结孔施工时的供水系统（用于喷射混凝土施工），水量5m3/h； 供电：用电量约74kw； （2）提升运输

端头井提升采用汽吊或小型电动桁车。隧道内运输采用小型翻斗车。 （3）隧道内工作平台搭设

按联络通道出口尺寸及施工需要，工作平台由上下两层平台和一个斜坡道构成。

（4）金属管片接缝焊接

在开挖前必须将联络通道口部的金属管片之间（欲拉开的管片除外）接缝采用满焊的方式将每条拼装缝一一焊接好，以提高其整体性。焊接前应首先对拼装

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缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。

（5）隧道预应力支撑安装

开挖之前，需在通道开口处隧道中设置简易预应力隧道支架，以减轻联络通道开挖构筑施工对隧道产生不利的影响。在上下行线隧道联络通道口两侧各架两榀，在联络通道两侧沿隧道方向对称布置。架设时要有专人负责指挥， 拼装时螺栓必须拧紧，每榀支架有7个支点，由千斤顶提供预应力，施加预应力时每个千斤顶要同时慢慢平稳加压，每个千斤顶以压实支撑点为宜。高处千斤顶应系在主架上，防止脱落。要定期检查千斤顶压力情况，发现卸压或漏油等情况要及时处理。

（6）通风排水系统 利用冻结通风与排水系统。 （7）开管片

加固土体强度达到设计要求及其他准备工作就绪后即可打开钢管片。钢管片可以用千斤顶及手拉葫芦拉开。开管片时，准备2台32t千斤顶、5t和2t手拉葫芦各一个。两台千斤顶架在被开管片两侧，中间用一根横梁同钢管片直接相连，通过顶推横梁向外推拉钢管片，5t葫芦作为主拉拔管片用，一端钩住欲拆管片，一端套挂在对面隧道管片上，水平方向加力向外（隧道内）拉拔管片。2t葫芦悬吊在欲拆管片上方管片上，一端钩住欲拆管片，以防管片拉出时突然砸落在工作平台上。在用千斤顶及5t葫芦拉拔期间要注意观察管片外移情况，并随时注意调整2t葫芦拉紧程度和方向。因管片锈蚀拉出困难时，应用大锤锤振管片，减小拔出拉力。

6 开挖及衬砌施工

（1）工艺流程

开挖构筑施工流程为：积极冻结运转同时进行开挖构筑施工准备→钢管片接缝焊接→隧道预应力支撑安装→探孔试挖，打开洞口钢管片→通道掘进与支护层施工→施工防水层→通道钢筋混凝土结构层施工→集水井开挖与临时支护→集水井防水层施工→钢筋混凝土结构层施工→跟踪注浆。

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（2）开挖条件判断

联络通道是否具备开挖条件，应依据冻土交圈的规律和特性实施分析、计算和观察进行判断。根据测温孔实测数据，推算冻土发展速度，并计算交圈时间和冻结帷幕厚度；利用卸压孔所显示的压力数值，根据相近土质的冻结经验，判断冻结帷幕交圈情况。一般说来，卸压孔的数值交圈前后打开卸压阀卸压再关闭后差别为0.1～0.2MPa；开挖前进行探孔检查，探孔应打在冻结帷幕薄弱处，探孔处无涌沙突水现象（该处会有稀泥因冻胀压力的作用而缓慢流出，流量稳定，此为释放压力属正常现象）；根据盐水去、回路温差进行判定，倘若某一时期盐水去、回路温差（其它冻结参数不变）突然变小或盐水温度在某一阶段徘徊数天后突然下降，则可初步判定已经交圈，此现象可作判断交圈的参考。

（3） 开挖方式

根据工程结构特点，联络通道开挖，采取分区方式进行施工，施工顺序如下图所示。由于土体采取冻结法加固，冻土强度较高，冻结壁承载能力大，因而开挖时（除喇叭口侧墙和拱顶外）可以采用全断面一次开挖，开挖步距视土体加固情况，一般控制在0.5m。人工开挖的工具根据土体强度，可用风镐或手镐。由于通道中冻土温度较低，风镐中空气中的水凝结成冰屑经常积集 在管子的接头或进风口处，堵塞管路。这就要采取措施，一方面把风管悬吊起来，另外每隔1～2小时向风管内注入酒精，防止冰屑的出现，保证施工的顺利进行。开挖断面严格按照施工图进行，尽量避免超挖。

联络通道开挖顺序图

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（4）临时支护

采用两次支护方式。第一次支护(支护层)采用预应力钢支架加木背板，并挂网喷射混凝土找平。第二次支护(结构层)采用现浇钢筋混凝土。

通道的支护层既作维护地层稳定、确保施工安全的一项重要技术措施，又作为结构层的一部分，是支护工艺最为关键的一步。

在铺设防水层前，按设计尺寸层找平支护层。

在开挖和支护层过程中，根据冻结壁位移监测情况，调整开挖步距和支护强度，以确保施工安全。

（5）止水带施工

喇叭口部位全部刷扩至设计尺寸，支护层完成后，即可进行止水带施工。止水带是用粘接剂沿着支护层断面内侧直接粘到隧道管片上，粘接前必须对管片采用特殊溶剂进行清洗，止水带一定要粘牢，不能留有空隙。

（6）防水层施工

按设计要求选择防水材料和铺设工艺。防水板材敷设基面需抹灰平整，并在防水板材内外侧均铺设土工布，以保护防水层不受损坏。防水层与管片之间用专用胶粘接。

（7）结构层

结构总的施工顺序为：通道(含喇叭口)→集水井(含盖板)。 通道混凝土浇筑顺序为：底板→侧墙→拱顶。

由于拱顶结构的特殊性，通道顶板内的混凝土浇筑较为困难，用人工和气泵共同浇筑混凝土。

集水井混凝土浇筑顺序为：底板—侧墙。 1）钢筋绑扎

钢筋间距应严格按结构设计图纸进行绑扎，钢筋搭接部分应调直理顺，绑扎牢固，搭接部分长度应符合设计要求，在结构混凝土与钢管片接触部位应按规定焊接锚筋，且纵筋与钢管片搭接处采用T形焊接。

2）立模板

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模板选用钢模，模板就位前，应在模板上均匀涂刷脱模剂，按结构特征顺序安装模板，并检查模板的垂直度、水平度、标高、钢筋保护层的厚度以及结构层尺寸。校正合格后，将模板固定。

3）浇筑混凝土

结构层采用商品混凝土。混凝土由溜灰管输入端头井下手推车或直接装手推车提放井下，推至工作面用人工法将混凝土送入支好的模板内并用插入式振捣棒反复均匀振捣。每次浇筑混凝土时在现场用试模制成标准试块，用于检测混凝土强度及抗渗性。浇灌混凝土之前埋设注浆管。

7 事故的预防及处理

（1）涌砂、涌水

首先开孔时不能一次打穿砼壁，应预留8～10cm厚一层作为安全层，待安装孔口装置后，再换用Φ108mm钻头打穿，及时关闭孔口阀门，通过孔口管侧面的卸压阀观察孔口处地层压力的具体情况，判断涌沙、涌泥的可能性。决定是否进行孔口加固注浆，注浆时用泥浆泵给地层中注入水泥浆或化学浆液，待地层凝固后二次重新开孔、下管。

开孔时如发生地下水或地层泥砂大量涌出时的处理措施： 1）立即停止开孔，迅速拔出开孔钻具；

2）将孔口管立即打入孔内，当地下水、砂压力较大时，可将回水阀打开卸压，然后快速将孔口管打设到位，将孔口管与砼壁相连接，并按好闸阀，然后关闭闸阀。

3）钻进中，发生地下水和地层泥沙大量涌出时的处理措施：

① 在钻头处安装逆止阀，其可以正向从钻杆内通入泥浆进行，在不供泥浆时，逆止阀自动关闭，避免地层中的水土逆向涌出，从而防止正常钻进涌水、涌泥。

② 根据地层稳定情况，在孔口管和密封装置之间安装6分闸阀，必要时关闭。

③ 在软土层中可实现不循环钻进，控制水土流失。

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④ 在钻管埋设后，及时利用孔口管上的旁通阀注浆，浆液选用单液水泥浆或水泥—水玻璃浆液。其作用可固定冻结管，堵住孔口的涌泥通道；注浆浆液注入钻孔环状断面内，补充流失的水土，并对地层有压密作用，起到压密注浆的作用，减少地面沉降。

（2）冻胀防治

土层冻胀主要是土层中水结冰膨胀引起，影响冻胀的因素除含水量的多少外，还与冻土压力大小、冻结速度快慢、冻结温度高低、冻土中水量补给状况等因素有关。

① 加强冻结壁温度、厚度监测，及时调节冻结盐水温度和冻结时间，并尽可能采用间隔制冷冻结措施。

② 在开挖断面内外，视地层情况施工泄压孔（槽），减少冻胀压力。控制冻胀影响范围和方向。

③ 加快冷冻降温速度，加大盐水流量，以利加快冻土发展进度，减少冻土的水分迁移，即减少冻胀。

④ 加强内衬结构强度，防止冻胀对结构产生破坏影响。 3、融沉防治

冻土的融沉是相对冻胀产生的，因为冻土融化后，土中水份因自重作用渐小，融土在围岩压力及土颗粒自重作用下，压缩体积引起融沉。人工地层冻结施工中，影响地层或地表的沉降的原因很多，除冻土融沉本身影响因素外，如开挖施工中支护方式，冻结壁变形大小，衬砌和土层的接触是否密实，是影响沉降的关键。

① 在隧道开挖过程中，根据揭露地层情况在软土、粘土中预埋或预留注浆孔，在冻结壁融化时，视融沉发展情况，及时跟踪压密注浆控制融沉。

②合理的对冻结壁分区、分期进行强制性解冻，控制其整体融沉机理现象。

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