冻结技术的原理：

冻结法施工的原理是:沿开挖断面周边布置与通道方向基本平行的冻结孔,然后在冻结孔中循环低温盐水,使冻结孔附近的含水地层结冰,形成强度高、封水性好的冻土帷幕,然后在冻土帷幕的保护下进行隧道暗挖施工。冻结原理见图1 。

冻结技术的发展：

1955 年我国首次将冻结技术应用于矿井建设中,并取得了成功。随着近年来地下工程的迅速发展,冻结加固技术因为其防水效果好,对周围环境影响小等特点而越来越多的被应用于城市地铁建设中,特别是对环境保护要求高、又处在软土地质条件下的联络通道加固和盾构始发、到达端头的加固,其应用更为广泛。

冻结法施工的优点

• ①冻结帷幕强度较高: – 10 ℃时冻结粘土的抗压强度一般可达5MPa ,冻结砂土的抗压强度一般可达8MPa 以上。
• ②冻土帷幕的止水性好,并且容易通过在冻土帷幕内设水文孔来检验。
• ③对所处地层扰动较小,地面沉降控制把握性大。
• ④不必占用地面场地。

冻结法施工的缺点

• ①施工周期长。
• ②造价高。
• ③冻胀、融沉会造成一定的地面隆沉。

冻结法施工对周围环境的影响及预防措施

• ①冻胀和融沉引起联络通道附近管片变形、位移、开裂等。
• ②引起地面隆沉,地下管线、地面建筑物隆沉,甚至破坏。
• ③解冻期间沉降原因分析:
  • a. 冻胀土体消融引起地层沉降。
  • b. 在结束维护冻结的第五天,南京市发生20 年不遇的特大暴雨,致使联络通道处隧道内积水达2m多深。受此因素影响,未能按计划及时进行衬砌背部的二次注浆,虽然在积极排水以后马上对衬砌背部进行了跟踪注浆,但地面及管片沉降在约两个月后才达到稳定状态。
  • c. 联络通道上方为十多路公交车频繁停靠的公交站台,车辆制动荷载导致地表沉降。

预防措施

根据各个施工阶段的特点,采取以下措施保护

周围环境的安全。

• ①为增强管片的整体稳定性,通道开挖前所加预应力钢架支撑,需待结构达到设计强度,解冻结束后方可拆除。
• ②施工前对前后共计10 环管片螺栓进行复紧,并焊接钢管片间纵环向接缝。
• ③在钻孔阶段涌水涌砂较厉害时,采取注浆止水。
• ④为减小土层冻胀,隧道上下对称布置冻结孔,在适当部位设卸压孔,并采用小开孔距,较低盐水温度,较大盐水流量以加快冻结速度。
• ⑤加强监测,包括地表沉降、隧道变形、通道收敛变形、冻土压力、冻土和盐水温度等监测,以监测结果指导联络通道的施工。
• ⑥做好冻结和开挖的配合工作,及时封闭薄弱的冻结壁,并根据开挖后冻结帷幕变形情况及时调整开挖构筑工艺。
• ⑦开挖阶段冻结壁变形较大,应及时封闭工作面,采取注浆或强制冻结的方式进行处理。
• ⑧在衬砌施工时预留足够的背部注浆孔,在解冻期间根据监测结果对冻结区域进行跟踪注浆,从而减小融沉造成的地层损失。