地铁联络通道冻结法施工风险分析

地铁联络通道冻结法施工风险分析

周骏

中煤特殊凿井有限责任公司安徽淮北235000

摘要：基于冻结加固法有其自身优越性，其逐渐地成为地铁联络通道（旁通道）的主要施工方法。但冻结加固暗挖法施工联络通道仍具有很高的风险性，要正确的评估和识别联络通道冻结法施工风险，并针对可能风险点提出相应的应对措施。本文在对地铁联络通道施工风险事故进行统计分析的基础上，通过分析风险的原因，对冻结法施工风险进行识别和分析，总结出施工不同阶段的风险，以便更好地控制施工风险的产生和发展，避免和降低施工风险造成的损失。

关键词：地铁联络通道；冻结法施工；风险；分析

1前言

在地铁总体规划设计过程中，要求在部分上下行隧道间设置联络通道，使得区间满足地铁隧道集水、排水设备存放和紧急疏散等功能需求。在修建联络通道时，需要对通道周围的土体进行加固。尤其在周边地层为透水性强、承载力低的软土时，必须对施工区域土体进行加固，才能保证施工安全及减小对周围环境的影响。但冻结法施工技术的高速发展不是一帆风顺的，也出现了不少的技术风险和施工事故，例如冻结管断裂、冻结壁不均匀，冻结效果不好、地面建筑、地下构筑物和管线的破坏等风险。因此，对地铁联络通道冻结法施工中的风险进行全面、系统的分析是十分必要的，以便提前做好相应的控制措施，避免或降低风险发生的概率，较少风险造成的损失。

2冻结法地铁联络通道施工安全事故统计

通过查阅相关文献、浏览网站和施工现场的调研，对我国近年来冻结法地铁联络通道施工中的风险事故进行不完全统计。由于冻结法施工的局限性，故冻结法广泛应用在联络通道中的施工年限不长，尽管施工技术存在不成熟，但是安全事故数量较地铁施工要少很多。全国主要冻结法地铁联络通道施工风险事故有以下几种：2003年7月1日上午7时，上海轨道交通4号线中位于黄浦江边的董家渡段，地面以下约30m的西联络通道，在冻结法施工时发生流砂事故，大量流砂涌入导致隧道部分结构损坏及周边地区地面沉降，造成地面附近3栋楼房严重倾斜、下沉，直接造成约1.5亿元人民币的经济损失；工程抢险和恢复耗费了大量的人力、财力，延误了工期。上海复兴东路越江隧道的联络通道打冻结管（夯管）时发生涌水、涌砂达100耐，隧道主体结构失稳变形；上海市地铁10号线一期工程中上海图书馆站一交通大学站区间的联络通道采用冻结法加固施工，在冻结过程中出现了冻结管断裂工程事故；连云港公路隧道进行冻结区域开挖时发生冻结管突然断裂事故。上海地铁1号线中的宁海西路联络通道、地铁2号线中的河南路一陆家嘴站的联络通道等，在运营过程中因隧道主体结构严重渗漏并引起隧道变形，严重危及到了地铁的运营安全。上海地铁1号线的陕西南路主体结构变形后采用碳纤维堵漏加固后一段时间，剥落至地铁接触网，造成机车供电线路短路的重大地铁运营事故。

3地铁联络通道冻结法施工安全风险分析

通过查阅大量冻结法地铁联络通道施工资料，在分析安全风险事故原因的基础上，对冻结法施工不同阶段的安全风险进行分析，总结出施工不同阶段的风险。

3.1冻结孔施工阶段风险识别

冻结孔施工时先施工透孔，然后采用由上向下的顺序利用水平定向钻机将钢管打入土层中，利用低温盐水进行冻结。施工过程中可能发生的风险包括以下几个方面。（1）打冻结孔过程中出现涌水、涌砂现象，使水土流失过多，造成对土层的扰动，使钻孔质量下降，也可能导致地表沉降过大；（2）冻结管由于焊接部分质量不良造成冷冻运转后的冷冻管破裂；（3）因钻机的钻孔造成主体隧道的管片损伤；（4）因为孔口管缺少植筋、膨胀螺栓与管片连接；或连接数目太少或锚固深度不够；孔口管鱼鳞扣没有缠绕麻丝并挤紧造成孔口密封装置脱落；（5）因冻结管位置偏斜或钻孔精度不够导致冻结帷幕出现薄弱，造成土层冻结时间延长；（6）钻孔时由于施工架搭设不合格、人员机具存在掉落隐由

3.2积极冻结施工阶段风险识别

冻结系统运转正常后进入积极冻结阶段，形成冻结帷幕。在积极冻结过程中，要根据实测温度资料进而判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，另外还要监测冻结帷幕与隧道的胶结情况，该阶段由于冻结设备故障、冻结对原有隧道结构产生破坏、工人操作失误等造成的主要施工风险包括以下几个方面。（1）由于冻结设备故障或操作不当导致冻结壁不均匀，冻结效果不好；（2）因地下水流的影响而造成冻土无法形成；（3）各冻结管串联支路的供冷不平衡而引起的冻结帷幕发展速度不均衡，导致冻结帷幕易出现薄弱环节；（4）由于主体隧道的混凝土管片相对土层更容易散热，从而减慢管片附近土层的冻结速度，使冻结帷幕与管片接合处胶结不好，容易出现薄弱点；（5）冻结施工造成土体冻胀是不可避免的，产生的冻胀力会对隧道及周围环境产生影响，造成管片变形等；（6）如冻结盐水浓度过小导致盐水结晶，发生冻结管堵塞，造成盐水循环中断而发生盐水管胀裂事故。

3.3开挖构筑施工阶段风险识别

联络通道经探孔确认后开始正式开挖，首先打开主体隧道管片，然后采用暗挖施工。施工时先开挖一侧，再开挖通道中间段，而后至另一侧贯通，临时支护按开挖步骤随挖随支，通道开挖贯通后，施做通道防水层和结构层。带有泵房的，在上部的通道结构施工完成后，再进行开挖和二衬施工。在施工过程中由于冻结效果不好、地层存在缺陷等造成的主要风险包括以下几个方面。（1）通道采用全断面开挖时，冻土直接开挖暴露。如冻结效果不好，可能产生突发涌水或流砂情况，且不易处理；（2）开挖过程中，由于开挖引起冻结帷幕两帮收敛速度快、变形大，导致冻结壁失稳；（3）因开挖产生新的附加荷载形成蠕变，如变形量过大则会引起冻结管断裂，盐水渗漏到冻土中，造成冻结帷幕破坏；（4）开挖过程中，冻结帷幕局部有水流出且呈增大趋势，在流砂地层中极可能引起隧道失稳破坏；（5）冻结帷幕与隧道管片交界面处局部化冻，有泥水渗出或挤出；（6）上部通道施工完成后，在开挖含流砂层的集水井时，施工不慎，导致淹井事故。

3.4融沉注浆施工阶段风险识别

土体冻胀和融沉现象会引起冻结管断裂、地下结构变形，过量的冻胀和融沉会增加工程风险，其主要风险包括以下几个方面。（1）由于冻胀和融沉导致联络通道上的地面沉降量过大或隆起，地面建筑物、地下构筑物和管线的破坏；（2）由于冻胀和融沉引起区间隧道主体结构破坏、甚至渗漏；（3）当使用高压气体吹除盐水时，导致冷冻管破裂，从而对止水钢板产生挤压；（4）当冻结管割除不及时，割除冻结管时出现涌砂冒泥现象；（5）当地层中存在沼气，割除冻结管时，会有火苗窜出。

4结论

冻结法地铁联络通道施工过程中存在很多不确定性因素，其影响贯穿于各个阶段。冻结法施工的安全性不仅与通道本身能否顺利施工有关，还关系到整个隧道的施工安全。如处理不当，会影响盾构施工的正常进行，甚至威胁己建成的盾构隧道的安全。因此，本文在对地铁联络通道施工事故进行统计分析的基础上，通过分析安全风险事故的原因，对冻结法施工不同阶段的安全风险进行识别和分析，总结出施工各个阶段的风险，以便更好地控制施工风险的产生和发展，减少风险事故的发生，降低因风险事故造成的损失，进而达到地铁联络通道的安全、质量、进度、效益和环境保护等各项目标。同时通过对联络通道施工风险的分析，促进联络通道工程风险管理的规范化与科学化。

参考文献：

[1]马芹永.人工冻结法的理论与施工技术[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]张一宁.地铁旁通道（泵站）和冻结法施工风险分析与建议[J].城市道桥与防洪，2010.