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摘 要：由于郑州地铁农业东路站至七里河站和七里河站至新郑州站两个区间所处的地层比较复杂，施工风险较大，在施工中必须采取切实可靠的技术措施，以确保联络通道施工的安全并保证施工工期，结合以往地铁联络通道施工的经验，决定采用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工方法。本文通过介绍冻结法的施工工艺，进一步探讨冻结法的施工难点，提出了相应的解决措施，为其它地铁施工提供重要的参考价值。
关键词：郑州地铁；冰冻施工法；联络通道；矿山法
中图分类号：U455.4 文献标识码：
0.引言
冻结施工法[1，2]是指在构筑物（旁通道）掘砌之前，用人工制冷的方法，将构筑物周围含水松散不稳定的冲积层或岩层进行冻结，形成封闭的符合工程施工安全要求的起到临时保护作用的冻结壁（俗称冻土帷幕或冻土墙），然后在冻结壁的保护下进行构筑物挖掘砌工作的一种施工方法。该工法在郑州地铁建设中，之前还未得到使用。
1.工程概况
1.1工程简介
此工程为郑州市城市轨道交通1号线04合同段，含农业东路站～七里河站和七里河站～新郑州站两个区间，隧道总长4100m，采用盾构法施工，如图1所示。盾构机外径Ф6140mm，隧道内径Ф5400mm，管片环宽1.5m，厚度0.30m。两区间各设有1座联络通道兼排水泵房。农业东路站～七里河站区间隧道联络通道及泵站工程联络通道位置里程右线DK29+200.250、左线DK29+181.000，线间距13356mm，联络通道位置隧道中心标高右线69.649m、左线69.653m，联络通道处隧道中心埋深17.0 m。七里河站～新郑州区间隧道联络通道及泵站工程联络通道位置里程右线DK30+453.490、左线DK30+460.694，线间距13544mm，联络通道位置隧道中心标高右线69.928m、左线69.916m，联络通道处隧道中心埋深17.9m。
1.2工程地质条件
（1）农业东路站～七里河站区间
农业东路站～七里河站区间隧道联络通道基本位于粉土和粉砂层，泵房基本位于粉砂层和中砂层。根据勘探，本区间场地内浅层地下水可分为孔隙潜水和承压水两种类型。孔隙潜水主要赋存于15.4～20.6m以上的Q4-3al+plQ4-2al+pl的粉土地层中。承压水主要赋存于15.4m～42.6m范围内的Q4-1al+pl 粉砂、中砂地层中。
（2）七里河站～新郑州站区间
七里河站～新郑州站区间隧道联络通道基本位于粉质粘土、细砂和中砂层中，泵房基本位于中砂层中。根据勘探，本区间场地内浅层地下水可分为孔隙潜水和承压水两种类型。孔隙潜水主要赋存于14.6～19.7m以上的Q4-3al+plQ4-2al+pl的粉土地层中。承压水主要赋存于16.0m～34.3m范围内的Q4-1al+pl 粉砂、细砂、中砂地层中。
2.冻结施工
2.1施工工艺和流程
冷冻法工艺原理是利用人工制冷技术，在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道外围土体冻结，隔绝地下水，以便形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻结壁的保护下，采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工。联络通道施工可分为冻结孔施工、土体冻结和开挖构筑施工三个主要部分，其主要施工顺序如图2所示。
2.2需冷量计算及设备选型
冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K
式中：H—冻结总长度：
d—冻结管直径：Φ89mm
K—冻结管散热系数；
将上述参数代入公式得出各通道需冷量：7.03×104最大需冷量（Kcal/h）。
根据需冷量，每个联络通道选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台套，另外备用一台。单台机组设计工况制冷量为8.75×104Kcal/h，完全满足联络通道的制冷需求。盐水循环泵选用IS150-125-315型1台，流量200m3/h。每个通道冷却水循环选用IS150-125-315型1台，流量200m3/h。冷却塔选用KST-80型2台。
2.3冻结孔施工
2.3.1冻结孔施工顺序
先施工透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关的钻进参数[3]。然后根据联络通道施工的孔位，采用由上向下的顺序进行施工，这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率，同时在施工通道顶部孔时根据地面打孔数据及通道孔位放样图，在设计许可范围内进行调整孔位放样，避免打到竖向排水管。
2.3.2冻结孔的定位
依据施工基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，孔位布置应在避开主筋、管缝、螺栓及钢管片肋板的前提下可适当调整，不大于100mm。
2.3.3冻结孔开孔及孔口密封装置
开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约250mm，控制不得钻穿管片。用钢楔楔断岩心，取出后，打入加工好的孔口管，并用至少有4个固定点固定在管片上，然后安装孔口密封装置，如图3所示。
2.3.4冻结孔钻进与冻结管设置
1）钻孔设备使用MD-50或MD-80A钻机一台，配用BW250型泥浆泵，钻具利用φ89×8mm冻结管作钻杆；冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度。
2）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，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。
2.4积极冻结与维护冻结
2.4.1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。冻结系统运转正常后进入积极冻结[4]。此阶段为冻结帷幕的形成阶段，联络通道设计冻结时间为50天，要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去回路温差不大于2℃；开挖前盐水温度降至-28℃以下。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。 2.4.2维护冻结
在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后，可进入维护冻结阶段。
3.施工顺序及工艺流程
施工顺序：联络通道先开挖一侧导硐，再开挖通道中间段，而后另一侧导硐贯通；贯通后，进行通道部分的临时支护、防水层、结构层施工。
施工工艺流程：联络通道开管片、试挖——一侧导硐、临支——通道挖掘、临支——另一侧开挖、临支——做通道防水层、扎钢筋、立模、浇砼——拆模、清理——壁间、壁后充填注浆。
4.关键施工技术措施
4.1冻结水平孔施工技术措施
1）冻结孔施工前，在布孔范围内打若干小孔（Φ38mm）探孔，以判断地层是否稳定，是否易喷水、涌砂，以便做好各方面的准备工作[5]。
2）冻结孔开孔分二次进行，以此来控制泥浆涌出。第一次开孔用金刚石取芯钻头，取芯钻进入管片约250mm，取芯后，安装孔口管及密封装置。第二次开孔在密封装置的保护下进行，穿透整个管片后，及时地密封孔口。
3）采用强力水平钻机，在条件允许的情况下，优先采用无泥浆钻进。
4）钻孔过程中，严格控制水土流失，最好控制在不大于所有冻结管占用体积量，如流失过多，可在成孔后及时利用密封盒上的注浆管向土体充填压浆。水泥浆采用单液水泥浆。
5）钻孔前，对冻结孔的长度、角度及时检查，并做好记录，钻机找平找正，调整好角度后，及时固定牢固。在钻孔过程中，严格控制冻结管的焊接质量，经检查合格后方可继续钻进。钻进结束后，及时对冻结孔进行测斜、打压检漏试验、复测其深度。及时画出各孔的偏斜图。检漏压力控制在0.8MPa，稳定15分钟为合格。终孔间距超出设计要求的，需打补孔。
4.2冻结施工主要技术措施
1）因联络通道的施工危险点多，发生事故损失严重，事故影响大，本工程施工用电负荷按二级负荷考虑。现场变电所上源供电采取双电源供电模式。从现场变电所引到联络通道冻结机组处采取双回路供电。
2）冻结站安装2个冷却水蓄水箱，总蓄水达16m3。在供水中断的情况下，可利用蓄水箱清水保证冷却用水需求。同时积极联络各方，及时恢复供水。
3）冻结站安装有二套冷冻机组，正常情况下需一台正常运转。一旦发生机械故障，可暂时利用其中一台继续维持冻结，同时修复故障机组，及时恢复冻结。平时加强设备的管理与维修，冷冻机运转前安排有熟悉机器性能的设备员对机组进行全面细致的检修，确保其安全性。
4）加强冻结过程中对盐水浓度的检测，要求其比重控制不小于1.26（29.8Beo），其结晶温度在-38.6℃。一旦浓度偏小，及时补充CaCl2。
5） 在冻结帷幕内，布置4个卸压孔，上、右线各2个，冻结过程中，加强对卸压孔内压力的观测，当压力上升至0.3Mpa时，需及时打开卸压孔，释放因土体冻胀引起的冻胀力，减少对管片的危害。同时在冻结交圈之前，安装预应力支架，进一步控制管片的变形。
5.结语
对于因冻结帷幕各部分发展速度的不平衡、冻结土体周围有暗流水流过、冻结管盐水泄漏入冻结土体内、与管片的胶结不好等原因而引起的薄弱点，则在冻结孔期间和冻结期间，积极采取措施，完全得以控制。开挖过程则要求不得超挖，确保冻结帷幕的有效厚度和强度满足设计要求。开挖过程中，工作面出现不正常现象采取的措施：当发现冻结帷幕变形过大时，则进一步加强冻结，同时减少开挖步距，缩短临时支护间距；当发现有冒砂涌水现象时，应及时采用应急砂袋等抢险物资及时充填，控制事故的扩大；当控制无效时，则关闭安全应急门，向通道内打气或注水，确保土体不得坍塌。
参考文献
[1] 周晓敏、苏立凡、贺长俊等.北京地铁隧道冻结法施工[J].岩土工程学报，1999.21（3）：319-322.
[2] 马玉峰、苏立凡、徐兵壮等.地铁隧道联络通道和泵站的水平冻结施工[J].建井技术，2000.21（3）：39-41.
[3] 陶龙光、巴肇伦.城市地下工程[M].北京：科学技术出版社，1999.
[4] 郭晓江.冻结法在广州地铁二号线暗挖隧道中的应用[J].煤炭工程，2001（12）：27-29.
[5] 吴祥祖、李大勇、金明.南京地铁试验段旁通道水平冻结法施工技术[J].施工技术，2004（1）：40-42.
关键词：郑州地铁；冰冻施工法；联络通道；矿山法
中图分类号：U455.4 文献标识码：
0.引言
冻结施工法[1，2]是指在构筑物（旁通道）掘砌之前，用人工制冷的方法，将构筑物周围含水松散不稳定的冲积层或岩层进行冻结，形成封闭的符合工程施工安全要求的起到临时保护作用的冻结壁（俗称冻土帷幕或冻土墙），然后在冻结壁的保护下进行构筑物挖掘砌工作的一种施工方法。该工法在郑州地铁建设中，之前还未得到使用。
1.工程概况
1.1工程简介
此工程为郑州市城市轨道交通1号线04合同段，含农业东路站～七里河站和七里河站～新郑州站两个区间，隧道总长4100m，采用盾构法施工，如图1所示。盾构机外径Ф6140mm，隧道内径Ф5400mm，管片环宽1.5m，厚度0.30m。两区间各设有1座联络通道兼排水泵房。农业东路站～七里河站区间隧道联络通道及泵站工程联络通道位置里程右线DK29+200.250、左线DK29+181.000，线间距13356mm，联络通道位置隧道中心标高右线69.649m、左线69.653m，联络通道处隧道中心埋深17.0 m。七里河站～新郑州区间隧道联络通道及泵站工程联络通道位置里程右线DK30+453.490、左线DK30+460.694，线间距13544mm，联络通道位置隧道中心标高右线69.928m、左线69.916m，联络通道处隧道中心埋深17.9m。
1.2工程地质条件
（1）农业东路站～七里河站区间
农业东路站～七里河站区间隧道联络通道基本位于粉土和粉砂层，泵房基本位于粉砂层和中砂层。根据勘探，本区间场地内浅层地下水可分为孔隙潜水和承压水两种类型。孔隙潜水主要赋存于15.4～20.6m以上的Q4-3al+plQ4-2al+pl的粉土地层中。承压水主要赋存于15.4m～42.6m范围内的Q4-1al+pl 粉砂、中砂地层中。
（2）七里河站～新郑州站区间
七里河站～新郑州站区间隧道联络通道基本位于粉质粘土、细砂和中砂层中，泵房基本位于中砂层中。根据勘探，本区间场地内浅层地下水可分为孔隙潜水和承压水两种类型。孔隙潜水主要赋存于14.6～19.7m以上的Q4-3al+plQ4-2al+pl的粉土地层中。承压水主要赋存于16.0m～34.3m范围内的Q4-1al+pl 粉砂、细砂、中砂地层中。
2.冻结施工
2.1施工工艺和流程
冷冻法工艺原理是利用人工制冷技术，在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道外围土体冻结，隔绝地下水，以便形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻结壁的保护下，采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工。联络通道施工可分为冻结孔施工、土体冻结和开挖构筑施工三个主要部分，其主要施工顺序如图2所示。
2.2需冷量计算及设备选型
冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K
式中：H—冻结总长度：
d—冻结管直径：Φ89mm
K—冻结管散热系数；
将上述参数代入公式得出各通道需冷量：7.03×104最大需冷量（Kcal/h）。
根据需冷量，每个联络通道选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台套，另外备用一台。单台机组设计工况制冷量为8.75×104Kcal/h，完全满足联络通道的制冷需求。盐水循环泵选用IS150-125-315型1台，流量200m3/h。每个通道冷却水循环选用IS150-125-315型1台，流量200m3/h。冷却塔选用KST-80型2台。
2.3冻结孔施工
2.3.1冻结孔施工顺序
先施工透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关的钻进参数[3]。然后根据联络通道施工的孔位，采用由上向下的顺序进行施工，这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率，同时在施工通道顶部孔时根据地面打孔数据及通道孔位放样图，在设计许可范围内进行调整孔位放样，避免打到竖向排水管。
2.3.2冻结孔的定位
依据施工基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，孔位布置应在避开主筋、管缝、螺栓及钢管片肋板的前提下可适当调整，不大于100mm。
2.3.3冻结孔开孔及孔口密封装置
开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约250mm，控制不得钻穿管片。用钢楔楔断岩心，取出后，打入加工好的孔口管，并用至少有4个固定点固定在管片上，然后安装孔口密封装置，如图3所示。
2.3.4冻结孔钻进与冻结管设置
1）钻孔设备使用MD-50或MD-80A钻机一台，配用BW250型泥浆泵，钻具利用φ89×8mm冻结管作钻杆；冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度。
2）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，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。
2.4积极冻结与维护冻结
2.4.1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。冻结系统运转正常后进入积极冻结[4]。此阶段为冻结帷幕的形成阶段，联络通道设计冻结时间为50天，要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去回路温差不大于2℃；开挖前盐水温度降至-28℃以下。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。 2.4.2维护冻结
在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后，可进入维护冻结阶段。
3.施工顺序及工艺流程
施工顺序：联络通道先开挖一侧导硐，再开挖通道中间段，而后另一侧导硐贯通；贯通后，进行通道部分的临时支护、防水层、结构层施工。
施工工艺流程：联络通道开管片、试挖——一侧导硐、临支——通道挖掘、临支——另一侧开挖、临支——做通道防水层、扎钢筋、立模、浇砼——拆模、清理——壁间、壁后充填注浆。
4.关键施工技术措施
4.1冻结水平孔施工技术措施
1）冻结孔施工前，在布孔范围内打若干小孔（Φ38mm）探孔，以判断地层是否稳定，是否易喷水、涌砂，以便做好各方面的准备工作[5]。
2）冻结孔开孔分二次进行，以此来控制泥浆涌出。第一次开孔用金刚石取芯钻头，取芯钻进入管片约250mm，取芯后，安装孔口管及密封装置。第二次开孔在密封装置的保护下进行，穿透整个管片后，及时地密封孔口。
3）采用强力水平钻机，在条件允许的情况下，优先采用无泥浆钻进。
4）钻孔过程中，严格控制水土流失，最好控制在不大于所有冻结管占用体积量，如流失过多，可在成孔后及时利用密封盒上的注浆管向土体充填压浆。水泥浆采用单液水泥浆。
5）钻孔前，对冻结孔的长度、角度及时检查，并做好记录，钻机找平找正，调整好角度后，及时固定牢固。在钻孔过程中，严格控制冻结管的焊接质量，经检查合格后方可继续钻进。钻进结束后，及时对冻结孔进行测斜、打压检漏试验、复测其深度。及时画出各孔的偏斜图。检漏压力控制在0.8MPa，稳定15分钟为合格。终孔间距超出设计要求的，需打补孔。
4.2冻结施工主要技术措施
1）因联络通道的施工危险点多，发生事故损失严重，事故影响大，本工程施工用电负荷按二级负荷考虑。现场变电所上源供电采取双电源供电模式。从现场变电所引到联络通道冻结机组处采取双回路供电。
2）冻结站安装2个冷却水蓄水箱，总蓄水达16m3。在供水中断的情况下，可利用蓄水箱清水保证冷却用水需求。同时积极联络各方，及时恢复供水。
3）冻结站安装有二套冷冻机组，正常情况下需一台正常运转。一旦发生机械故障，可暂时利用其中一台继续维持冻结，同时修复故障机组，及时恢复冻结。平时加强设备的管理与维修，冷冻机运转前安排有熟悉机器性能的设备员对机组进行全面细致的检修，确保其安全性。
4）加强冻结过程中对盐水浓度的检测，要求其比重控制不小于1.26（29.8Beo），其结晶温度在-38.6℃。一旦浓度偏小，及时补充CaCl2。
5） 在冻结帷幕内，布置4个卸压孔，上、右线各2个，冻结过程中，加强对卸压孔内压力的观测，当压力上升至0.3Mpa时，需及时打开卸压孔，释放因土体冻胀引起的冻胀力，减少对管片的危害。同时在冻结交圈之前，安装预应力支架，进一步控制管片的变形。
5.结语
对于因冻结帷幕各部分发展速度的不平衡、冻结土体周围有暗流水流过、冻结管盐水泄漏入冻结土体内、与管片的胶结不好等原因而引起的薄弱点，则在冻结孔期间和冻结期间，积极采取措施，完全得以控制。开挖过程则要求不得超挖，确保冻结帷幕的有效厚度和强度满足设计要求。开挖过程中，工作面出现不正常现象采取的措施：当发现冻结帷幕变形过大时，则进一步加强冻结，同时减少开挖步距，缩短临时支护间距；当发现有冒砂涌水现象时，应及时采用应急砂袋等抢险物资及时充填，控制事故的扩大；当控制无效时，则关闭安全应急门，向通道内打气或注水，确保土体不得坍塌。
参考文献
[1] 周晓敏、苏立凡、贺长俊等.北京地铁隧道冻结法施工[J].岩土工程学报，1999.21（3）：319-322.
[2] 马玉峰、苏立凡、徐兵壮等.地铁隧道联络通道和泵站的水平冻结施工[J].建井技术，2000.21（3）：39-41.
[3] 陶龙光、巴肇伦.城市地下工程[M].北京：科学技术出版社，1999.
[4] 郭晓江.冻结法在广州地铁二号线暗挖隧道中的应用[J].煤炭工程，2001（12）：27-29.
[5] 吴祥祖、李大勇、金明.南京地铁试验段旁通道水平冻结法施工技术[J].施工技术，2004（1）：40-42.