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摘要：地铁区间隧道经常碰到规模不等的断层破碎带，这些隧道多富水且稳定性差，会给盾构施工造成困难。本文以实际工程为例分析了凍结法在富水软弱破碎围岩隧道的加固地层和封水作用，并探讨了其施工质量控制措施。
关键词：富水；软弱破碎；隧道；施工质量控制
中图分类号：TV523文献标识码： A
一、工程概况
重庆市地铁六号线通过a-b断裂带，该段地质构造与地层岩性变化复杂，地铁隧道与断裂带斜交，南北两侧断支破碎带分别为38和56m。隧道穿越地层主要为砂岩和泥岩互层。泥岩占隧道全长的61.40%，砂岩占30.50 %，粉砂岩占8.10%。隧道最大埋深为55m，最小埋深为9m。枯水期江水水深4m，洪水期最高水深37.5m。 砂岩无侧限抗压强度最大为69.4Mpa，泥岩最小抗压强度为7.3 Mpa。泥岩裂隙不发育，砂岩裂隙稍发育。基岩浅部风化带中的地下水与河水密切相关，接受大气降水和长江水的补给；隧道洞身透水性在很大程度上受岩层中发育的裂隙影响。隧道穿越地层为大部分上断面处于中等透水带，下断面处于弱~微透水带。
根据地质条件，决定对其采用水平冻结法加固地层，浅埋暗挖法开挖、衬砌，全断面帷幕冻结。冻结法加固地层形成冻结圈，矿山法开挖构筑施工。
二、冻结法原理
在隧道周围布置水平冻结孔，并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，封闭性好的冻结壁（冻结帷幕），然后在冻结壁的保护下运用矿山法进行隧道开挖与构筑施工。冻结加固体强度高，可以做到不漏水，洞内施工环境较好。施工安全，隧道进洞开挖后，进展较快。不受地表场地及深度限制，且不污染环境，对周边环境影响较小，适合城市地下建设，特别是繁华市区内工程建设。适用于对通过断层破碎带、流砂层、淤泥层等易坍塌且富含水隧道的地层加固。
三、施工方案
断裂带呈破碎状全风化岩，是开挖构筑的主要难点所在，冻结施工的主要作用是全断面加固地层和封水。
冻结施工总长度170.85m，其中北侧右线隧道冻结长度63.45m，钻孔长度63.45m；左线隧道冻结长度53.10m，钻孔长度53.60m。冻结孔按放射状钻进，向外偏角为0.7。：开孔位置与开挖区距离600mm，开孔位置误差不大于100mm；钻孔偏斜允许误差0.8％；
岩层和隔水层冻结孔终孔控制间距2.0m，其他地层中冻结孔控制间距为1.5m；用冻结管作钻杆钻进；冻结管用Ф108mmx(7～8)mm无缝钢管加工，每节长度2～4m螺纹连接；冻结孔开孔安装孔口密封装置；冻结管耐压0.7～1.2MPa；设测温孔1个，布置在终孔间距最人的相邻两冻结孔中间外侧0.6m处，深48m，结构、偏斜和密封要求同冻结孔；设水文孔1个，布置在冻结孔布置圈内。
隧道冻结壁设计成与开挖轮廓线相似形状，以利于冻结壁承载且能均匀进人开挖区。为了避免冻结段前部因冻结时间较长而使冻结壁扩人开挖区太多，将冻结孔布置呈放射状。
冻结制冷系统采用新型氟利昂盐水螺杆冷冻机组，该系统有降温速度快、盐水温度容易控制和自动化程度高的优点。在系统管路上安装温度、流量与压力等状态参数的检测仪表，并设置控制阀门，以及时监控冻结系统运行，便于控制和维护冻结管路系统。
在冻结孔布置圈附近设测温孔，通过测量地层温度变化并结合冻结温度场的模拟计算，预报、判断冻结壁的扩展情况。
在封闭冻结壁的内侧设水文观测与泄压孔，通过测量冻结壁内侧地层的水压变化可以正确判断冻结壁是否交圈。如发现冻结壁局部温度过高或长期不交圈，则需检查冻结系统运转是否正常，或是否受活动地下水影响，如发现有活动地下水，可采取相关冻结措施进行补救。
掘进时，要避免冻结孔离开挖区太近，同时加强盐水压力和流量的监测。为了确保隧道结构强度，在喷混凝土中要加适量防冻剂和早强剂，并随时监测冻结壁的表面温度，以便于掘进和喷混凝土施工。
跟踪监测隧道的冻结壁和地表变形，以便随时调整各环节施工工艺，确保施工引起的变形在安全限度内。
四、施工质量控制
（一）掘进前准备
1、鉴于隧道地质条件复杂、承压水含量丰富，盾构进洞冻结施工前，先对进洞工作井周边地层进行水平改良注浆，然后采用水平冻结孔形成冻结壁加固地层。注浆材料采用单液水泥浆，浆液浓度1：0.8～1：1（水灰比）。
2、水平冻结孔施工过程中，每钻进3m测斜一次，偏斜过大时应及时纠偏。钻孔最大偏斜150mm，且不得向内偏斜。所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，据此确定是否补孔及补孔位置。所有冻结孔、测温孔、注浆孔、卸压孔施工时需有可靠的孔口防喷装置，确保施工安全及减少土层水土流失。
3、冻结管、注浆管、测温管、卸压管管材均采用20号优质碳素结构钢，其材料性能应符合《优质碳素构钢》（GB/T699-1999、JB/T639-1992）规定，钢管质量应符合《无缝钢管尺寸、重量》（GB/T17395-1998）规定,并应有合格的质量检验证书。管路连接均采用丝扣加焊接连接，焊条采用E43系列，其质量应符合有关规定。冻结管下放后应进行注入清水试压，试验压力为0.8MPa，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。冻结管下放长度不得小于设计冻结深度，不大于设计冻结深度0.5m。
4、各种钻孔施工开孔误差不大于50mm。冻结壁积极冻结前应对基坑内衬进行保温，保温采用喷射发泡聚氨脂材料，喷射厚度不小于50mm。喷射范围超过冻结范围1～2m。
（二）掘进
冻结管拔除后，清理干净钢环内的硬物，迅速安装管片、将刀盘抵拢掌子面。
1、盾构机进入加固体时，以低速度、低推力贯人作业面，盾构机司机在此过程应密切注意刀盘马达的动力变化，如出现异常及时汇报以采取针对措施，如果刀盘油压上升较快，宜降低刀盘转速，不断
正反转几分钟，防止刀盘卡死；
2、盾构进入加固区后，掘进速度宜控制在1cm／min左右，刀盘转速不宜过快，推力不宜过大(控制在200t以内)，以较为均匀的速度推进，土压力设定值应控制在0.05MPa内(土仓冻土尽可能出空)；在刀盘进入加固区2.8m(主加固区)时逐渐建立土仓中心土压至0.22bar(理论值)；
3、盾构在穿越冻结区时，刀盘停转(必须保证集中润滑油充足，以避免刀盘不能正常运转)时间不能超过7min；拼装时间在20min之内，如大于20min，应停止安装，正反转螺旋机5min，避免螺旋输送机被冻住；
4、穿越加固体时，刀盘超挖刀伸出约5cm(如盾构为外置注浆孔，则应超挖10cm)，保证盾构顺利通过冻结段，防止盾壳卡死而造成意外停机。
（三）注浆
在掘进+3环时开始进行同步注浆。同步注浆与掘进同步，第3环、第4环注浆量控制在5m3／环左右，从第5环开始控制在3m／环左右，并根据监测结果适当调整。同步注浆的浆液采用可硬性浆液，始发段前15环每方参考配比为(kg)水泥：水：粉煤灰：膨润土：砂：水=165：320：70：800：420。在掘进+5环前，用水泥水玻璃双液浆封堵第l、第2环管片背部和车站结构之间的建筑空隙，使浆液在此位置形成一个很好的密封环，免土体解冻后水土压力恢复造成洞口漏泥、漏浆。
结束语
本地铁隧道工程地质条件复杂，经过冻结法施工后，顺利完成了该段暗挖隧道的开挖及支护施工，使本工程保质保量按期完成。
在富水破碎软岩地层中开挖地下隧道，使用冻结法是一个良好的选择，冻结法施工安全稳定，性能可靠，不需要降水，不影响地表结构。
冻结法施工是一项技术性要求比较高的施工工艺，在施工前需要做详细的论证，优化布置冷冻孔，在施工期间要注意保证冷冻机的正常工作，监测冷冻温度。
参考文献
【1】冯欢欢,陈馈,王助锋,张合沛.大连富水复合地层盾构施工关键技术探讨[J].现代隧道技术,2014年1期.
【2】王国义.成都富水砂卵石地层盾构设备配置探讨[J].现代隧道技术, 2013年1期.
【3】孟海峰,刘江涛,李世君.土压平衡盾构富水粉砂地层进、出洞常见问题分析[C].第二届隧道掘进机(盾构、TBM)专业委员会第一次学术研讨会暨中铁隧道集团城市盾构项目管理、施工技术、设备维保交流会,2011.
【4】王振飞,张成平,王剑晨.富水砂卵石地层泥水盾构施工地层变形规律[J].铁道工程学报,2013年9期.
【5】翟和明,李冬瑾.盾构施工近距离下穿地铁线路沉降控制技术[J]. 铁道建筑,2013年5期.
【6】任建喜,李龙,郑赞赞.黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术[J].铁道工程学报,2013年5期.
【7】秦永仲,李朝,刘健,赵国,伟闫冬.盾构隧道施工中常见事故及对策研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2011年33期.
【8】王军.砂卵石地层盾构施工典型故障诊断初步研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2013年6期.
【9】宋克志,汪波,孔恒,袁大军,无水砂卵石地层土压盾构施工泡沫技术研究[J].岩石力学与工程学报, 2005年13期.
【10】储亚.不同土层中盾构施工引起的地表沉降规律[J].江苏建筑, 2013年5期.
关键词：富水；软弱破碎；隧道；施工质量控制
中图分类号：TV523文献标识码： A
一、工程概况
重庆市地铁六号线通过a-b断裂带，该段地质构造与地层岩性变化复杂，地铁隧道与断裂带斜交，南北两侧断支破碎带分别为38和56m。隧道穿越地层主要为砂岩和泥岩互层。泥岩占隧道全长的61.40%，砂岩占30.50 %，粉砂岩占8.10%。隧道最大埋深为55m，最小埋深为9m。枯水期江水水深4m，洪水期最高水深37.5m。 砂岩无侧限抗压强度最大为69.4Mpa，泥岩最小抗压强度为7.3 Mpa。泥岩裂隙不发育，砂岩裂隙稍发育。基岩浅部风化带中的地下水与河水密切相关，接受大气降水和长江水的补给；隧道洞身透水性在很大程度上受岩层中发育的裂隙影响。隧道穿越地层为大部分上断面处于中等透水带，下断面处于弱~微透水带。
根据地质条件，决定对其采用水平冻结法加固地层，浅埋暗挖法开挖、衬砌，全断面帷幕冻结。冻结法加固地层形成冻结圈，矿山法开挖构筑施工。
二、冻结法原理
在隧道周围布置水平冻结孔，并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，封闭性好的冻结壁（冻结帷幕），然后在冻结壁的保护下运用矿山法进行隧道开挖与构筑施工。冻结加固体强度高，可以做到不漏水，洞内施工环境较好。施工安全，隧道进洞开挖后，进展较快。不受地表场地及深度限制，且不污染环境，对周边环境影响较小，适合城市地下建设，特别是繁华市区内工程建设。适用于对通过断层破碎带、流砂层、淤泥层等易坍塌且富含水隧道的地层加固。
三、施工方案
断裂带呈破碎状全风化岩，是开挖构筑的主要难点所在，冻结施工的主要作用是全断面加固地层和封水。
冻结施工总长度170.85m，其中北侧右线隧道冻结长度63.45m，钻孔长度63.45m；左线隧道冻结长度53.10m，钻孔长度53.60m。冻结孔按放射状钻进，向外偏角为0.7。：开孔位置与开挖区距离600mm，开孔位置误差不大于100mm；钻孔偏斜允许误差0.8％；
岩层和隔水层冻结孔终孔控制间距2.0m，其他地层中冻结孔控制间距为1.5m；用冻结管作钻杆钻进；冻结管用Ф108mmx(7～8)mm无缝钢管加工，每节长度2～4m螺纹连接；冻结孔开孔安装孔口密封装置；冻结管耐压0.7～1.2MPa；设测温孔1个，布置在终孔间距最人的相邻两冻结孔中间外侧0.6m处，深48m，结构、偏斜和密封要求同冻结孔；设水文孔1个，布置在冻结孔布置圈内。
隧道冻结壁设计成与开挖轮廓线相似形状，以利于冻结壁承载且能均匀进人开挖区。为了避免冻结段前部因冻结时间较长而使冻结壁扩人开挖区太多，将冻结孔布置呈放射状。
冻结制冷系统采用新型氟利昂盐水螺杆冷冻机组，该系统有降温速度快、盐水温度容易控制和自动化程度高的优点。在系统管路上安装温度、流量与压力等状态参数的检测仪表，并设置控制阀门，以及时监控冻结系统运行，便于控制和维护冻结管路系统。
在冻结孔布置圈附近设测温孔，通过测量地层温度变化并结合冻结温度场的模拟计算，预报、判断冻结壁的扩展情况。
在封闭冻结壁的内侧设水文观测与泄压孔，通过测量冻结壁内侧地层的水压变化可以正确判断冻结壁是否交圈。如发现冻结壁局部温度过高或长期不交圈，则需检查冻结系统运转是否正常，或是否受活动地下水影响，如发现有活动地下水，可采取相关冻结措施进行补救。
掘进时，要避免冻结孔离开挖区太近，同时加强盐水压力和流量的监测。为了确保隧道结构强度，在喷混凝土中要加适量防冻剂和早强剂，并随时监测冻结壁的表面温度，以便于掘进和喷混凝土施工。
跟踪监测隧道的冻结壁和地表变形，以便随时调整各环节施工工艺，确保施工引起的变形在安全限度内。
四、施工质量控制
（一）掘进前准备
1、鉴于隧道地质条件复杂、承压水含量丰富，盾构进洞冻结施工前，先对进洞工作井周边地层进行水平改良注浆，然后采用水平冻结孔形成冻结壁加固地层。注浆材料采用单液水泥浆，浆液浓度1：0.8～1：1（水灰比）。
2、水平冻结孔施工过程中，每钻进3m测斜一次，偏斜过大时应及时纠偏。钻孔最大偏斜150mm，且不得向内偏斜。所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，据此确定是否补孔及补孔位置。所有冻结孔、测温孔、注浆孔、卸压孔施工时需有可靠的孔口防喷装置，确保施工安全及减少土层水土流失。
3、冻结管、注浆管、测温管、卸压管管材均采用20号优质碳素结构钢，其材料性能应符合《优质碳素构钢》（GB/T699-1999、JB/T639-1992）规定，钢管质量应符合《无缝钢管尺寸、重量》（GB/T17395-1998）规定,并应有合格的质量检验证书。管路连接均采用丝扣加焊接连接，焊条采用E43系列，其质量应符合有关规定。冻结管下放后应进行注入清水试压，试验压力为0.8MPa，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。冻结管下放长度不得小于设计冻结深度，不大于设计冻结深度0.5m。
4、各种钻孔施工开孔误差不大于50mm。冻结壁积极冻结前应对基坑内衬进行保温，保温采用喷射发泡聚氨脂材料，喷射厚度不小于50mm。喷射范围超过冻结范围1～2m。
（二）掘进
冻结管拔除后，清理干净钢环内的硬物，迅速安装管片、将刀盘抵拢掌子面。
1、盾构机进入加固体时，以低速度、低推力贯人作业面，盾构机司机在此过程应密切注意刀盘马达的动力变化，如出现异常及时汇报以采取针对措施，如果刀盘油压上升较快，宜降低刀盘转速，不断
正反转几分钟，防止刀盘卡死；
2、盾构进入加固区后，掘进速度宜控制在1cm／min左右，刀盘转速不宜过快，推力不宜过大(控制在200t以内)，以较为均匀的速度推进，土压力设定值应控制在0.05MPa内(土仓冻土尽可能出空)；在刀盘进入加固区2.8m(主加固区)时逐渐建立土仓中心土压至0.22bar(理论值)；
3、盾构在穿越冻结区时，刀盘停转(必须保证集中润滑油充足，以避免刀盘不能正常运转)时间不能超过7min；拼装时间在20min之内，如大于20min，应停止安装，正反转螺旋机5min，避免螺旋输送机被冻住；
4、穿越加固体时，刀盘超挖刀伸出约5cm(如盾构为外置注浆孔，则应超挖10cm)，保证盾构顺利通过冻结段，防止盾壳卡死而造成意外停机。
（三）注浆
在掘进+3环时开始进行同步注浆。同步注浆与掘进同步，第3环、第4环注浆量控制在5m3／环左右，从第5环开始控制在3m／环左右，并根据监测结果适当调整。同步注浆的浆液采用可硬性浆液，始发段前15环每方参考配比为(kg)水泥：水：粉煤灰：膨润土：砂：水=165：320：70：800：420。在掘进+5环前，用水泥水玻璃双液浆封堵第l、第2环管片背部和车站结构之间的建筑空隙，使浆液在此位置形成一个很好的密封环，免土体解冻后水土压力恢复造成洞口漏泥、漏浆。
结束语
本地铁隧道工程地质条件复杂，经过冻结法施工后，顺利完成了该段暗挖隧道的开挖及支护施工，使本工程保质保量按期完成。
在富水破碎软岩地层中开挖地下隧道，使用冻结法是一个良好的选择，冻结法施工安全稳定，性能可靠，不需要降水，不影响地表结构。
冻结法施工是一项技术性要求比较高的施工工艺，在施工前需要做详细的论证，优化布置冷冻孔，在施工期间要注意保证冷冻机的正常工作，监测冷冻温度。
参考文献
【1】冯欢欢,陈馈,王助锋,张合沛.大连富水复合地层盾构施工关键技术探讨[J].现代隧道技术,2014年1期.
【2】王国义.成都富水砂卵石地层盾构设备配置探讨[J].现代隧道技术, 2013年1期.
【3】孟海峰,刘江涛,李世君.土压平衡盾构富水粉砂地层进、出洞常见问题分析[C].第二届隧道掘进机(盾构、TBM)专业委员会第一次学术研讨会暨中铁隧道集团城市盾构项目管理、施工技术、设备维保交流会,2011.
【4】王振飞,张成平,王剑晨.富水砂卵石地层泥水盾构施工地层变形规律[J].铁道工程学报,2013年9期.
【5】翟和明,李冬瑾.盾构施工近距离下穿地铁线路沉降控制技术[J]. 铁道建筑,2013年5期.
【6】任建喜,李龙,郑赞赞.黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术[J].铁道工程学报,2013年5期.
【7】秦永仲,李朝,刘健,赵国,伟闫冬.盾构隧道施工中常见事故及对策研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2011年33期.
【8】王军.砂卵石地层盾构施工典型故障诊断初步研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2013年6期.
【9】宋克志,汪波,孔恒,袁大军,无水砂卵石地层土压盾构施工泡沫技术研究[J].岩石力学与工程学报, 2005年13期.
【10】储亚.不同土层中盾构施工引起的地表沉降规律[J].江苏建筑, 2013年5期.