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1凍結(jié)法施工原理探究

所謂凍結(jié)法的來源是自然凍結(jié)現(xiàn)象，結(jié)合人工制冷技術(shù)，將一定量的低溫冷煤輸送到要開挖進(jìn)行地鐵建設(shè)的土層周圍，將其周圍的土層凍結(jié)成連續(xù)性冰凍土墻，從而增加抵抗周圍土層的壓力，同時(shí)切斷地下水對其的影響，待土層凍結(jié)到一定程度，以進(jìn)行地鐵開挖施工項(xiàng)目。在整個(gè)凍結(jié)過程中，輸送進(jìn)地層的低溫冷煤借助進(jìn)、回管道與周圍地層實(shí)現(xiàn)聯(lián)系，并憑借凍結(jié)管道實(shí)現(xiàn)所需熱量的交換，起到過渡作用，即將產(chǎn)生的冷量傳遞給所需開挖的地層，同時(shí)，帶走不必要的熱量，這使得整個(gè)冷凍環(huán)境的溫度逐漸下降，直至地下水結(jié)冰，將周圍分散或存在間隙的土層借助冰膠形成一個(gè)整體，從而形成抗水的凍土柱。當(dāng)無數(shù)個(gè)凍結(jié)管通過這種循環(huán)產(chǎn)生相應(yīng)的凍土柱，且凍土柱半徑不斷擴(kuò)大時(shí)，相互之間便連接成一個(gè)整體，即形成連續(xù)封閉的凍土墻。地鐵工程施工建設(shè)就是在這種環(huán)境下展開一系列施工的。

2凍結(jié)法對施工質(zhì)量的影響

2.1有效建設(shè)地鐵聯(lián)絡(luò)通道。

地鐵聯(lián)絡(luò)通道即地鐵隧道的橫向連接通道，根據(jù)已有隧道的情況，解決其對接問題，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，做應(yīng)急避難場所。其位置一般建設(shè)在區(qū)間隧道的中間部分，并與集、排水泵站相連，同時(shí)肩負(fù)著集水、排水以及防火的作用。在建設(shè)此通道時(shí)，建設(shè)難點(diǎn)是源源不斷的地下水，像管棚法、深層次攪拌法等所起到的加固效果較微弱，因此，凍結(jié)法成為其順利施工的關(guān)鍵，我國各地（例如北京、上海、南京、深圳等）已經(jīng)運(yùn)用此方法完成了地鐵聯(lián)絡(luò)通道的建設(shè)，在降低建設(shè)難度的同時(shí)，提高了建設(shè)效率與施工質(zhì)量。

2.2有利于修復(fù)地鐵隧道涌水以及坍塌故障。

縱觀地鐵建設(shè)的整個(gè)歷史過程，地鐵建設(shè)隧道出現(xiàn)過不同程度的涌水以及坍塌現(xiàn)象，以往施工團(tuán)隊(duì)多堅(jiān)持“線路修改”原則進(jìn)行修復(fù)，主要因素是此方法難度較小，但在修復(fù)過程中，經(jīng)常受到“規(guī)劃線路”問題影響不能隨意更改隧道建設(shè)位置，只能“既定位置”修復(fù)，因而修復(fù)難度加大，而凍結(jié)法卻很好的解決了這一問題。例如，以上海交通軌道4號線浦東南路站到南部大橋站的地鐵路線，施工團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行隧道風(fēng)井建設(shè)過程中突然發(fā)生流砂事故，結(jié)果造成隧道坍塌，在勘測調(diào)查并對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，做出“原位修復(fù)”的決定，由于連接位置是修復(fù)的難點(diǎn)，施工人員巧妙利用凍結(jié)法并輔以暗地開挖的方式，并依據(jù)修復(fù)狀況設(shè)置了安全門，以方便人員進(jìn)出。此類修復(fù)過程較適用于原有地鐵基本狀況并未發(fā)生根本性破壞，只是發(fā)生局部坍塌或其他事故，受周圍建筑物以及考慮到對該地鐵路段的整體性，采用明挖或礦山法進(jìn)行修復(fù)將引起不必要的損失，凍結(jié)法的出現(xiàn)有效的解決了這一難題。

2.3保證盾尾刷更換效果，提高地下水處理質(zhì)量。

若地鐵施工過程需要穿越江河湖泊時(shí)，建設(shè)施工的地鐵不僅需要承受較大規(guī)模的壓力，而且能夠在復(fù)雜地形段做到“安全施工，保證質(zhì)量”。因此，加大了施工難度，如若在施工過程中，技術(shù)應(yīng)用不合理，將會加大盾尾滲漏的可能性，即加大了此地段地鐵隧道的危險(xiǎn)系數(shù)。在此路段施工過程中，對盾尾機(jī)的工作量要求較大，而盾尾刷又是其工作質(zhì)量的決定性因素，其一旦損壞，不僅影響施工進(jìn)度，而且加大了對原有施工成果的損壞概率。正常進(jìn)行施工時(shí)，盾尾刷一般安置于管片后部，對其進(jìn)行更換時(shí)，需要將管片拆卸下來，然后在相對安全的位置完成更換工作，在整個(gè)更換過程中，當(dāng)管片拆卸后，保證盾尾自身的止水性較為關(guān)鍵。現(xiàn)階段地鐵施工過程中，常采用人工凍結(jié)法與漿液凝固法對其進(jìn)行處理，前者的止水功效在施工過程中已得到廣泛證實(shí)，而后者主要是借助噴漿同時(shí)加大注漿量以減少漿液凝固所用的時(shí)間，但其受化學(xué)因素的影響，對于盾尾發(fā)生滲漏現(xiàn)象的處理效果有待提高。而盾尾刷更換時(shí)間、效率等對提高盾尾機(jī)處理地下水效率來講十分重要，其主要采用鹽水凍結(jié)法，與傳統(tǒng)的濾液凍結(jié)法相比而言，雖然其消耗的時(shí)間較長，但是其經(jīng)濟(jì)性能較好，此方法適用于既定工期能夠完成且施工處于預(yù)見性較強(qiáng)的階段，運(yùn)用人工制冷技術(shù)完成盾尾刷的更換任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)凍結(jié)地下水完成冰封目的。在運(yùn)用低溫鹽水凍結(jié)法進(jìn)行施工時(shí)，關(guān)鍵在于掌握盾尾機(jī)中兩個(gè)較為特殊的管片環(huán)制作與安裝過程，一是用于凍結(jié)管片位置的特殊環(huán)，處于普通環(huán)前面，另一個(gè)是用于更換盾尾刷位置的特殊環(huán)，處于凍結(jié)環(huán)前面，在施工進(jìn)程中，應(yīng)按照順序，依次完成這兩個(gè)特殊環(huán)的安裝，從而為凍結(jié)土層形成連續(xù)性凍土墻做好技術(shù)保證。

2.4提高地鐵施工效果，減少后期修復(fù)頻率。

凍結(jié)法在地鐵施工過程中的使用，是基于其他方法的靈活運(yùn)用之上采取的相關(guān)措施。施工前期，凍結(jié)法將用于地鐵建設(shè)的土層進(jìn)行冰封，這有效防止了土層的坍塌或地下水的滲漏，這保證了施工質(zhì)量，隨著技術(shù)的革新，凍結(jié)法應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用方式、產(chǎn)生的效果更有利于加固建設(shè)環(huán)境，保證其穩(wěn)定性，這在一定程度上降低了后期地鐵事故頻發(fā)的概率，保障了人們的安全，也提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)束語

交通運(yùn)輸系統(tǒng)的逐步完善，地鐵的作用也越來越突出，地鐵規(guī)劃建設(shè)已經(jīng)成為城市建設(shè)規(guī)劃的重要組成部分，作為節(jié)約建設(shè)用地，方便市民的首要選擇，但由于其建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，本文分析了凍結(jié)法在提高其施工質(zhì)量方面的作用，在探究其施工原理的基礎(chǔ)上對具體施工環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入論證。

作者：王保貴 單位：中煤第三建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司凍結(jié)工程處