流沙层水平通道冻结施工的安全保证措施
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内容摘要：冻结施工主要分为结冻设备安装、现场积极结冻、现场维护结冻、解除冻结四个阶段。由于流沙地层情况复杂，加上地下作业工作面狭窄，在水平施工过程中可能存在诸多影响冻结孔施工质量的因素。水平通道的冻土墙的受力与竖向冻结有着明显不同，往往水平冻结施工的工程事故大大多于竖向冻结，因此，冻结施工中必须采取必要的安全保证措施。
冻结施工主要分为冻结设备安装、现场积极冻结、现场维护冻结、解除冻结四个阶段。由于流沙地层情况复杂，加上地下作业工作面狭窄，在水平施工过程中可能存在诸多影响冻结孔施工质量的因素。水平通道的冻土墙的受力与竖向冻结有着明显不同，往往水平冻结施工的工程事故大大多于竖向冻结，因此，冻结施工中必须采取必要的安全保证措施。
一、流沙层软土层采用水平冻结法的施工难点
1、流沙软土容易出现涌水。穿越段开挖中如果地下水水压较高，施工时很容易发生钻孔孔口出现涌水涌沙突发性灾难性事故。尤其是在水平穿越段上方如果紧挨着原有建筑物，要求施工引起的原地面结构沉降需要控制在毫米级以内，这对施工方案选择提出了很高的要求。
2、地层因冻结时会产生冻胀变形。在实施冻结法过程中会使上层产生冻胀变形，最大冻胀量可以达到冻土体积的7％以上，而冻土解冻时又会发生收缩融沉，且收缩量可以超过冻胀量，从而使周围地层出现明显隆起和沉降现象，引起周围建筑物移位或产生变形破坏。
3、在开挖施工时，穿越段冻结边界条件极为复杂，冻结区与隧道的底板、围护地下连续墙等易散热物体直接接触，使得接触面处特别容易出现冻结薄弱区，从而影响冻结维护结构的强度与封水性。
4、在拟开挖隧道截面周围进行水平冻结钻孔施工以及安装冻结管其难度要比竖向施工难度增大。
5、进行水平冻结孔钻孔施工很容易出现钻孔偏移，影响设计安排的冻结管的施工位置和精度，从而最终影响冻结的效果。
二、流沙层水平通道冻结施工的安全保证措施
水平通道的冻土墙的受力与竖向冻结有着明显不同，往往水平冻结施工的工程事故大大多于竖向冻结，因此，冻结施工中必须采取必要的辅助措施。
1、城市地铁联络通道一般处于区间隧道的中部、线路的最低处，联络通道通常与集、排水泵站合并建设，共同担负起隧道连接，集、排水和防火等作用。为减少联络通道的土方开挖量，同时也利于工程施工中的安全，联络通道处的两隧道间距一般最小，地表较为宽阔，需在选线时充分考虑。联络通道的土方量虽较小，但由于其处于较复杂的环境中，如地下水位较高，可能存在流沙层等不利于施工的条件，使其施工难度以及工程安全性远不如隧道施工，若处理不当易引发事故。
2联络通道施工方案的选择。联络通道常用的施工方法有六种，其中土层冻结法比较适合用于流沙地质条件下的开挖，在实施土体冻结过程中需要注意如下的保证措施：
①冻结施工的季节选择。冻结施工应当考虑季节的选择，从节约能源、降低工程造价的角度选择该地区年最低温度(隆冬)进行冻结施工。此时，可不考虑冻结过程中钢管片外部保温措施。如果施工季节等难以保证在冬季施工，则须加强洞口的保温措施。
②冻结过程中的监测措施冻结法施工中必须辅以必要的工程实时监测，并及时对观测结果进行分析、判断，把反映的信息及时反馈到施工现场。主要监测措施如下：
a．进回路盐水温度监测。进回路盐水温度差的变化，在一定程度上能定性地反映冻土温度变化情况。温差越小，土体冻结情况越好、越稳定，同时要求盐水温度不高于-20℃。
b．冻土温度监测。为掌握土体的冻结情况，判断冻土柱交圈及冻土墙厚度，强度是否满足冻结设计的要求，以确定钢管片打开及土体开挖的时间，须对冻土温度进行监测。但应注意冻土温度测点布置要合理，才能全面、可靠地反映实际情况。
c．卸压孔压力监测。为减少冻结过程中土体冻胀对地表和隧道的影响，应在隧道下行线联络通道开挖断面内布置一个卸压孔。通过测试卸压孔压力及观察卸压孔内水流，可判断冻土的冻结情况，若卸压孔压力不再升高，说明冻结帷幕内的自由水由于水分迁移的作用，已经基本补给到冻土中。
d．隧道变形监测。为掌握冻土冻胀和冻融对隧道的影响，对管片进行布点监测其水平与竖向位移变化情况。隧道变形通过测量管片的水平和垂直位移来反映。根据隧道变形情况，经研究后，采取必要的控制措施。
e．地表变形监测。联络通道地表沉降。一是发生在冻结孔钻孔和安装冻结管阶段；二是发生在联络通道永久支护结构施工完毕冻结停止，土体的冻融作用导致地表沉降，包括冻土墙与支护结构的空隙影响。地表的隆起主要发生在积极冻结阶段，符合冻土冻胀特性，同时隆起程度受到联络通道埋深的影响。
③隧道钢管片打开的保证措施。隧道钢管片打开意味着联络通道土体开挖的开始，故须以冻土墙的墙厚、冻土强度达到设计要求为前提。根据监测结果进行分析判断冻土墙厚度，冻土墙强度(与冻土温度有关)，主要与盐水温度、冻土温度、卸压孔的监测结果有关，并辅以以下措施：
k．在要打开的钢管片外加设防护钢板门，且四周应设橡胶止水措施，钢管片全部开肩后，一旦发现土体有异常现象，应立即关闭防护门，继续冻结土体。
L．用探孔来判断冻土壁是否冻结稳定正常时，探孔应设在冻结壁薄弱处，探孔处应无大量涌沙、喷水现象。
④联络通道内土体开挖的保证措施。联络通道土体开挖多采用矿山法。随挖随临时支护，临时支护采用型钢支架、木背板并喷射混凝土，能起到支护和冻土墙体保温的双重作用。木背板与冻土墙的间隙用水泥砂浆充填，防止冻土解冻引起较大的地表沉陷。若在土体开挖过程中，出现流沙等异常现象，应立即停止开挖施工，并封闭工作面，加大制冷量。上海地铁四号线事故，即是由于施工人员麻痹大意，出现流沙现象后未及时采取必要的措施，反而继续挖土施工，最终酿成重大工程责任事故。
⑤解冻过程中的施工措施。联络通道主体结构施工完毕后停止供冷，冻土解冻可自然解冻，解冻过程中会引起地面沉陷，若沉陷过大，不但会对隧道且会对地面建筑和地下管线产生不利影响。为减小土体解冻产生的沉降量，可通过隧道及联络通道预留的注浆孔，采取跟踪注浆的形式，根据观测到的隧道及地层沉降情况，及时地对地层进行补偿注浆。