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摘 要：结合北京地铁6号线二期玉带河大街站至郝家府站区间2#联络通道冻结工程，阐述联络通道冻结施工工艺，并通过整理工程实测数据以及工程实际出现的问题，分析了影响冻结帷幕形成的原因，最终在冻结帷幕薄弱区域采用补孔加固冻结等措施解决高水头高流速全断面富水砂层冻结难题，为以后类似工程提供了理论依据。
关键词：冷冻法；联络通道；流速；富水砂层；冻结帷幕
1 工程概况
北京地铁6号线二期玉带河大街站至郝家府站区间，区间于右线K39+50.000设置2#联络通道兼泵站，距离玉带河大街站约790.8m，距离后加会展中心站约500m。2#联络通道中心标高约为
-4.98m，地面标高约为+20.45m，隧道中心间距为15.0m。2#联络通道及泵站正上方为杨坨村前银杏树林。联络通道冻结加固如图1-1所示。
2号联络通道覆土主要为：粉土粘土填土①1层、粉土②层、细中砂②3层、中粗砂⑤1层、细中砂⑦层，围岩稳定性较差，较难形成自然应力拱，施工过程中容易形成坍塌，存在一定的施工安全隐患。开挖范围内为细中砂⑦层：灰黄～灰色，密实，饱和，标贯技术平均值为75，属低压缩性土，局部含粉细砂夹层；联络通道位于现状潜水（二）水位线以下，侧壁围岩土体的再自稳能力差，加上潜水（二）的影响，容易发生涌水涌砂和流土等不良现象，极易发生隧道坍塌。（表1）
2 冻结施工情况
2#联络通道及泵站冻结工程，共布设4个泄压孔，左线X1、X2，右线X3、X4，泄压孔原始压力分别为0.1MPa、0.09MPa、0.1MPa和0.1MPa。到2014年2月9日，积极冻结26天，压力升到0.15MPa、0.14MPa、0.15MPa和0.14MPa。到2014年2月24日，积极冻结41天，压力未发生变化，期间也进行泄压，有持续清水流出，阀门关闭后，压力迅速回升到0.15MPa。
根据冻结壁厚度测算出通道未冻区域方量约133方，由于加强孔距离侧墙冻结约4m，加强孔未能将通道和集水井完全隔开，集水井与通道连通，集水井未冻结区域约20方，推算得到总未冻区约153方。根据地勘资料，该⑦号土层孔隙率约为0.39，活水方量约59.67方。同时参考1#联络通道，泄压孔压力最高也为0.15MPa。并持续泄压，对泄压量及水温进行测量记录。
3月2日开始敞开泄压孔泄压，3月3日左线底部泄压孔X2冻住，同时X1泄压孔流量明显减小，清水带有气体。从3月3日到3月12日一直持续泄压，每天泄压8小时，水流未见减小，泄水总量约30方。由于工期原因，拟增大放水量，故在左右线腰线往下30cm开泄压孔，加大放水。3月13日到3月14日，大量泄压，出水量约为38方，共计泄压量约68方，后停止泄压。2#联络通道及泵站冻结壁基本未交圈，可能有薄弱位置。
3 影响冻结帷幕闭合的原因排查及分析
地铁联络通道冻结法施工过程中，影响冻结帷幕闭合的原因有：
①水文地质资料不准确，冻结加固不稳定含水层时，冻结深度冻结范围不够；
②所冻地层含盐量高，较高的含盐量将使得土层冰点降低、冻土帷幕厚度减小、冻土力学性能降低；
③冻结地层范围内水的流速过大，将地层中冻结管的冷量带走；
④外界因素影响冻土温度升高，使得冻土强度迅速降低，可能导致冻结帷幕部分位置形成漏洞；
⑤外部压力大于冻结帷幕的支护力等。
2#联络通道右线施工探孔6个，对集水井三角区域进行探测，集水井三角区域是否冻实，如集水井冻实，可确定通道某部位薄弱，再对通道可能薄弱区域进行探测，逐步缩小范围。先施工T8探孔，发现集水井处未冻实，随后施工探孔T11，探测冻结壁，发现东侧墙冻结壁在D29处薄弱且涌砂，有明显与外界沟通迹象。
利用钻机打深探孔测温及相关冻结管纵向测温进行分析。此外并对薄弱位置冻结孔D29、D31、D33及右线底部孔D56进行密封性试验检测，检测合格。盐水箱盐水液面稳定，无盐水漏失迹象。2014年3月25日，对西侧墙D29、D31、D33及右线底部D56进行纵向测温，温度随位置变化如图3-1所示。
从温度曲线图可以推断，D29、D31处冻结壁薄弱，薄弱的范围大约沿冻结管方向5-7m，竖向约2-3m。D33、D56处冻结壁基本完好。
根据上海市工程建设规范《圆隧道旁通道冻结法技术规程》（2005），在地层冻结区域内有地下水流速大于5m/d、有集中水流或地下水水位有明显（≥2m/d）波动的情况时，设计中应进行深入分析并采取针对性措施。通过对玉带河大街站～郝家府站区间联络通道地下水流速检测发现，2号联络通道地下水流速远远大于设计的5m/d。
4 针对地下水流速快采取的具体措施
4.1 延长冻结时间
根据理论计算，2号联络通道冻土发展速度平均按20mm/d计算，交圈时间约为20～23天。在45天左右冻结壁厚度发展到2米以上。冻结壁发展示意图如下。（图4-1，4-2）
在45天的基础上，继续进行积极冻结，增加冻结壁发展厚度。
4.2 增加备用冷冻结机组
2号联络通道及泵站冻结总需冷量为7.4×104kcal/h，配备JYSLGF16型冷冻机组一套作为主运转机，7.4×104kcal/h<8.60×104 kcal/h。选择一台套YSLGF16型或相当制冷能力的冷冻机组作为1#联络通道和2#联络通道及泵站共用备用机。将备用机和主运转机同时开启，加大制冷量。
4.3 增加冻结孔
为确保安全及争取工期，主要采取在冻结壁薄弱部位外侧增加冻结孔为主。图4-3中阴影部分为冻结薄弱区，位于联络通道的西北侧，也是水流方向的迎水侧，一共补打8个冻结孔，加快薄弱区域的冻结交圈速度。具体位置如图4-3～图4-6所示。
4.4 辅以在联络通道冻结壁范围内注水化热较小的浆液，降低地下水流速。
在联络通道冻结范围内，局部地下水流速较大，实测达到15m/d，对冻结效果影响较大。为了加速薄弱环节冻结，确保冻结参数达到设计要求，本工程采用了注膨润土措施，并有效地解决了地下水流速过大问题，使地下水流速降到8 m/d。施工过程中调配好膨润土泥浆的稠度，在冻结区域地下水的上游，采用后退式注浆技术，使膨润土尽可能渗入到冻结区域地层中，封堵地层中的孔隙，从而降低地下水在地层中的通过系数，保证了地层冻结效果达到设计要求。
5 结论
①根据冻结帷幕形成机理，结合工程实际出现问题，分析了高水头高流速下富水砂层地质下影响冻结帷幕形成因素以及进行原因排查采用的措施，为今后出现类似工程问题提供依据。
②在高水头高流速富水砂层中，在钻孔时采取二次开孔工艺有效地防止了涌水涌砂风险的发生，为今后富水砂层钻孔施工提供了很好的指导意义。
③探孔是直接观察冻结效果的有效手段，探孔测温是检验冻结帷幕形成效果的重要方法，对工程实践有着重要意义。
④冻结帷幕薄弱区域采用补孔和注膨润土进行冻结加固是修复冻结帷幕的重要方法。
⑤本工程的施工技术研究通过相关控制措施总结出了相关工法施工的重要参数，为北京地区今后采用类似工法施工提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1]北京地铁6号线二期玉带河大街站～郝家府站区间1#联络通道施工图[R].2013.7.
[2]王鹏.地铁施工中冻结法地基加固可行性研究[J].城市轨道交通研究，2007.
[3]曾丰姿，李兆平.区间盾构隧道联络通道施工对隧道结构和周围地层安全性影响的研究[J].中国安全科学学报，2006.
[4]陈朝晖，李方政.地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析[J].施工技术，2007，1.
[5]肖朝昀.人工地层冻结冻土帷幕形成与解冻规律研究[D].上海：同济大学，2007.
关键词：冷冻法；联络通道；流速；富水砂层；冻结帷幕
1 工程概况
北京地铁6号线二期玉带河大街站至郝家府站区间，区间于右线K39+50.000设置2#联络通道兼泵站，距离玉带河大街站约790.8m，距离后加会展中心站约500m。2#联络通道中心标高约为
-4.98m，地面标高约为+20.45m，隧道中心间距为15.0m。2#联络通道及泵站正上方为杨坨村前银杏树林。联络通道冻结加固如图1-1所示。
2号联络通道覆土主要为：粉土粘土填土①1层、粉土②层、细中砂②3层、中粗砂⑤1层、细中砂⑦层，围岩稳定性较差，较难形成自然应力拱，施工过程中容易形成坍塌，存在一定的施工安全隐患。开挖范围内为细中砂⑦层：灰黄～灰色，密实，饱和，标贯技术平均值为75，属低压缩性土，局部含粉细砂夹层；联络通道位于现状潜水（二）水位线以下，侧壁围岩土体的再自稳能力差，加上潜水（二）的影响，容易发生涌水涌砂和流土等不良现象，极易发生隧道坍塌。（表1）
2 冻结施工情况
2#联络通道及泵站冻结工程，共布设4个泄压孔，左线X1、X2，右线X3、X4，泄压孔原始压力分别为0.1MPa、0.09MPa、0.1MPa和0.1MPa。到2014年2月9日，积极冻结26天，压力升到0.15MPa、0.14MPa、0.15MPa和0.14MPa。到2014年2月24日，积极冻结41天，压力未发生变化，期间也进行泄压，有持续清水流出，阀门关闭后，压力迅速回升到0.15MPa。
根据冻结壁厚度测算出通道未冻区域方量约133方，由于加强孔距离侧墙冻结约4m，加强孔未能将通道和集水井完全隔开，集水井与通道连通，集水井未冻结区域约20方，推算得到总未冻区约153方。根据地勘资料，该⑦号土层孔隙率约为0.39，活水方量约59.67方。同时参考1#联络通道，泄压孔压力最高也为0.15MPa。并持续泄压，对泄压量及水温进行测量记录。
3月2日开始敞开泄压孔泄压，3月3日左线底部泄压孔X2冻住，同时X1泄压孔流量明显减小，清水带有气体。从3月3日到3月12日一直持续泄压，每天泄压8小时，水流未见减小，泄水总量约30方。由于工期原因，拟增大放水量，故在左右线腰线往下30cm开泄压孔，加大放水。3月13日到3月14日，大量泄压，出水量约为38方，共计泄压量约68方，后停止泄压。2#联络通道及泵站冻结壁基本未交圈，可能有薄弱位置。
3 影响冻结帷幕闭合的原因排查及分析
地铁联络通道冻结法施工过程中，影响冻结帷幕闭合的原因有：
①水文地质资料不准确，冻结加固不稳定含水层时，冻结深度冻结范围不够；
②所冻地层含盐量高，较高的含盐量将使得土层冰点降低、冻土帷幕厚度减小、冻土力学性能降低；
③冻结地层范围内水的流速过大，将地层中冻结管的冷量带走；
④外界因素影响冻土温度升高，使得冻土强度迅速降低，可能导致冻结帷幕部分位置形成漏洞；
⑤外部压力大于冻结帷幕的支护力等。
2#联络通道右线施工探孔6个，对集水井三角区域进行探测，集水井三角区域是否冻实，如集水井冻实，可确定通道某部位薄弱，再对通道可能薄弱区域进行探测，逐步缩小范围。先施工T8探孔，发现集水井处未冻实，随后施工探孔T11，探测冻结壁，发现东侧墙冻结壁在D29处薄弱且涌砂，有明显与外界沟通迹象。
利用钻机打深探孔测温及相关冻结管纵向测温进行分析。此外并对薄弱位置冻结孔D29、D31、D33及右线底部孔D56进行密封性试验检测，检测合格。盐水箱盐水液面稳定，无盐水漏失迹象。2014年3月25日，对西侧墙D29、D31、D33及右线底部D56进行纵向测温，温度随位置变化如图3-1所示。
从温度曲线图可以推断，D29、D31处冻结壁薄弱，薄弱的范围大约沿冻结管方向5-7m，竖向约2-3m。D33、D56处冻结壁基本完好。
根据上海市工程建设规范《圆隧道旁通道冻结法技术规程》（2005），在地层冻结区域内有地下水流速大于5m/d、有集中水流或地下水水位有明显（≥2m/d）波动的情况时，设计中应进行深入分析并采取针对性措施。通过对玉带河大街站～郝家府站区间联络通道地下水流速检测发现，2号联络通道地下水流速远远大于设计的5m/d。
4 针对地下水流速快采取的具体措施
4.1 延长冻结时间
根据理论计算，2号联络通道冻土发展速度平均按20mm/d计算，交圈时间约为20～23天。在45天左右冻结壁厚度发展到2米以上。冻结壁发展示意图如下。（图4-1，4-2）
在45天的基础上，继续进行积极冻结，增加冻结壁发展厚度。
4.2 增加备用冷冻结机组
2号联络通道及泵站冻结总需冷量为7.4×104kcal/h，配备JYSLGF16型冷冻机组一套作为主运转机，7.4×104kcal/h<8.60×104 kcal/h。选择一台套YSLGF16型或相当制冷能力的冷冻机组作为1#联络通道和2#联络通道及泵站共用备用机。将备用机和主运转机同时开启，加大制冷量。
4.3 增加冻结孔
为确保安全及争取工期，主要采取在冻结壁薄弱部位外侧增加冻结孔为主。图4-3中阴影部分为冻结薄弱区，位于联络通道的西北侧，也是水流方向的迎水侧，一共补打8个冻结孔，加快薄弱区域的冻结交圈速度。具体位置如图4-3～图4-6所示。
4.4 辅以在联络通道冻结壁范围内注水化热较小的浆液，降低地下水流速。
在联络通道冻结范围内，局部地下水流速较大，实测达到15m/d，对冻结效果影响较大。为了加速薄弱环节冻结，确保冻结参数达到设计要求，本工程采用了注膨润土措施，并有效地解决了地下水流速过大问题，使地下水流速降到8 m/d。施工过程中调配好膨润土泥浆的稠度，在冻结区域地下水的上游，采用后退式注浆技术，使膨润土尽可能渗入到冻结区域地层中，封堵地层中的孔隙，从而降低地下水在地层中的通过系数，保证了地层冻结效果达到设计要求。
5 结论
①根据冻结帷幕形成机理，结合工程实际出现问题，分析了高水头高流速下富水砂层地质下影响冻结帷幕形成因素以及进行原因排查采用的措施，为今后出现类似工程问题提供依据。
②在高水头高流速富水砂层中，在钻孔时采取二次开孔工艺有效地防止了涌水涌砂风险的发生，为今后富水砂层钻孔施工提供了很好的指导意义。
③探孔是直接观察冻结效果的有效手段，探孔测温是检验冻结帷幕形成效果的重要方法，对工程实践有着重要意义。
④冻结帷幕薄弱区域采用补孔和注膨润土进行冻结加固是修复冻结帷幕的重要方法。
⑤本工程的施工技术研究通过相关控制措施总结出了相关工法施工的重要参数，为北京地区今后采用类似工法施工提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1]北京地铁6号线二期玉带河大街站～郝家府站区间1#联络通道施工图[R].2013.7.
[2]王鹏.地铁施工中冻结法地基加固可行性研究[J].城市轨道交通研究，2007.
[3]曾丰姿，李兆平.区间盾构隧道联络通道施工对隧道结构和周围地层安全性影响的研究[J].中国安全科学学报，2006.
[4]陈朝晖，李方政.地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析[J].施工技术，2007，1.
[5]肖朝昀.人工地层冻结冻土帷幕形成与解冻规律研究[D].上海：同济大学，2007.