【正文】 方案，避免在表土凍結(jié)后再用注漿法處理含水風華基巖或裂隙巖層。差異凍結(jié)也稱長短腿凍結(jié)，他使用的凍結(jié)管分長短兩種，間隔布置在一圈上。長管進入下部不透水層5～10m，短管進入風化基巖10m以上，形成了兩個凍結(jié)段。其結(jié)果使上段較下段凍結(jié)孔間距小，凍結(jié)交圈速度快，有利于凍結(jié)壁的形成，而下部只要求凍結(jié)堵水。差異凍結(jié)可以減少挖凍土，有效地利用冷量，加快了掘進速度，從而降低了鑿井成本。表41為我國一些井筒差異凍結(jié)技術(shù)指標。表41我國一些井筒差異凍結(jié)技術(shù)指標井筒名稱井筒凈直徑（m）沖積層厚度（m）巖層特征凍結(jié)管長度（m）短管/長管凍結(jié)孔布置直徑（m）凍結(jié)孔個數(shù)短管數(shù)長管數(shù)平頂山八礦東風井326198m以下絕大部分為粘土，以上為砂層210/33017/18呂家坨礦風井70/9011/11范各莊礦風井93/1541011/12南屯礦主井紅色砂巖，風化嚴重裂隙發(fā)育，膠結(jié)差，巖性松軟，～～，底部含裂隙水100/23513/13副井100/23514/14東風井100/23512/12三合礦風井風化砂巖裂隙發(fā)育126m以上砂巖風化嚴重162/18113/13金童橋礦風井17380/18010/10北宿礦副井80/15513/13如果只是局部地段需要凍結(jié)，可采用局部凍結(jié)方案。如沉井涌砂冒泥事故的處理等均可采用這種凍結(jié)方案。國外一些國家已采用液氮局部凍結(jié)法進行淺表土和井巷工程施工，取得良好的效果。凍結(jié)法鑿井所鉆的鉆孔按用途可分為凍結(jié)孔、水位觀察孔和測溫孔3種。 凍結(jié)孔凍結(jié)孔大都布置在與井筒同心的圓周上，其布置圈徑取決于凍結(jié)井筒的掘進直徑、凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)深度及鉆孔允許偏斜率等。若凍結(jié)孔圈徑布置過大，雖然減少了由于井幫位移造成的凍結(jié)管變形，但在凍結(jié)孔間距不變情況下，等于增加了凍結(jié)孔的孔數(shù)，結(jié)果增加了打鉆和凍結(jié)費用。若凍結(jié)孔圈徑布置過小，雖然井幫溫度較低，但其整體厚度不夠，可能造成井壁變形過大。因此應合理確定凍結(jié)孔的布置圈徑，以保證凍結(jié)壁的厚度和強度。布置凍結(jié)孔的圈徑可按下式計算：式中：——凍結(jié)孔布置圈直徑（m）； ——凍結(jié)井筒掘進直徑（m）； ——凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)擴展系數(shù)，； ——凍結(jié)壁計算厚度（m）； ——凍結(jié)深度（m）； ——凍結(jié)孔允許偏斜率，%。根據(jù)《建井工程手冊》（第四版），凍結(jié)孔圈徑為：當沖積層厚度大于等于300m時，凍結(jié)孔圈徑為：式中：——凍結(jié)壁外側(cè)厚度（m）。馬芹永分析了凍結(jié)法鑿井凍結(jié)孔布置圈徑的影響因素，結(jié)合45個凍結(jié)井筒的實際，回歸處凍結(jié)深度在300m以上的凍結(jié)孔布置圈徑的計算關(guān)系式：式中：——井筒的直徑（m）。以上計算為深厚表土的凍結(jié)孔布置圈徑設(shè)計提供了參考。凍結(jié)孔的布置圈徑應保證凍結(jié)壁的有效厚度，保證井筒在施工到該黏土層時，有足夠的凍結(jié)壁厚度保證凍結(jié)管的安全。凍結(jié)加強孔宜布置在主凍結(jié)孔內(nèi)側(cè)，與防片幫孔合并使用，既起到加強孔作用又起防片幫孔的作用，起防片幫孔應穿過黏土層，用來提高黏土層凍結(jié)強度，保證井幫不發(fā)生較大位移。凍結(jié)孔數(shù)目：式中：——凍結(jié)孔數(shù)目（個）； ——凍結(jié)孔布置圈徑（m）； ——凍結(jié)孔間距，一般。求出孔數(shù)若為小數(shù)，則調(diào)整為整數(shù)后，再確定孔距。如果凍結(jié)深度較大，為了提高凍結(jié)壁的承載力，凍結(jié)孔可以雙排、三排布置，兩圈凍結(jié)孔應相間交錯分開。隨著凍結(jié)深度的增大，在允許一定偏斜率的情況下，井筒下部的偏斜率值將很大，這將影響凍結(jié)壁質(zhì)量和延長交圈時間。國外在深井凍結(jié)時，給出凍結(jié)孔控制偏斜值，～。鉆孔偏斜值不合格時，必須重新鉆孔。凍結(jié)孔深度取決于凍結(jié)深度，一般情況下，為防止凍結(jié)孔底沉渣。而凍結(jié)深度應根據(jù)地質(zhì)條件來決定，一般要進入不透水層10m，以至20m，這樣做的目的是使凍結(jié)壁底部形成“凍結(jié)底墊”，防止底部透水事件發(fā)生。 水位觀察孔水位觀察孔一般打在距井筒中心1m左右的位置，以不影響掘進時井筒測量為宜?？讛?shù)1～2個，其深度應該穿過所有含水層，但應不大于凍結(jié)深度或偏出井筒。在主要含水層應安裝濾水裝置，最好是分層設(shè)置。水位觀察孔的作用是：當凍結(jié)圓柱交圈后，井筒周圍便形成了一個封閉的凍結(jié)井筒，由于水變成冰后體積變大，產(chǎn)生膨脹作用，水水位觀察孔內(nèi)的水位上升，以致溢出地面。水位觀察孔溢水是凍結(jié)圓柱交圈的重要標志。在安裝主要含水層的濾水裝置時，絕不可使各個含水層連通，以便分層觀察其水位變化，在這一點一定要注意。如果高壓含水層與低壓含水層溝通，則將形成地下環(huán)流，影響凍結(jié)圓柱的交圈時間，若環(huán)流流速過大，則不可能交圈。倘若在預計交圈時間仍不交圈，要全面分析不交圈的原因，并及時處理。 測溫孔為了確定凍結(jié)壁的厚度和開挖時間，在凍結(jié)壁內(nèi)必須鉆一定數(shù)量的測溫孔，根據(jù)測溫結(jié)果分析判斷凍結(jié)壁鋒面即零溫度線的位置。一般測溫孔應在凍結(jié)壁外緣界面上。根據(jù)凍結(jié)孔偏斜情況，也可鉆在偏斜最大的兩孔之間，或鉆在難以凍結(jié)的需要控制觀察的主要含水層中。測溫孔數(shù)量根據(jù)需要而定，一般3～4個，其允許偏斜率與凍結(jié)孔相同。目前采用ZDJ5001000型凍注鉆機、TSJ2000A型鉆機和TBW/20型泥漿泵為鉆孔施工設(shè)備，JDT5或6型陀螺定向測斜儀為測斜設(shè)備，5LZ1207型螺桿鉆桿為定向糾偏設(shè)備等基本上能滿足600m的鉆孔。開鉆前，先在井口修建一個帶有軌道的環(huán)形平臺，平臺基礎(chǔ)是一個灰土盤。鉆機底盤在平臺上對稱布置并能沿著軌道滑動。鉆好一個孔，鉆機底盤可自行移動，定位后再鉆另一個孔。開孔5～6m后在孔內(nèi)下套固井，然后繼續(xù)鉆進。鉆孔時孔內(nèi)循環(huán)泥漿、以排除巖渣和維護孔壁，地面泥漿池的體積約為10～60m3。在施工中鉆場基礎(chǔ)采用混泥土基礎(chǔ)并與鉆塔各部位聯(lián)接牢固，保證鉆機運行平穩(wěn)和提升承載能力，對不同地層選擇不同硬度的牙輪鉆頭，優(yōu)化鉆具組合，這樣可以提高鉆進速度和深度。另外按規(guī)范要求確保測斜次數(shù)，關(guān)鍵部位要多測，主要以防偏為主，糾偏為輔，降低深凍結(jié)孔偏斜率，防止出現(xiàn)拐點變形。無論使用何種測斜儀均是測得孔長。鉆孔傾角和方位，然后計算鉆孔偏斜率。常用是磁性單點測斜儀和陀螺測斜儀。磁性單點測斜儀是由球磁羅盤與外殼連在一起的照相機構(gòu)等部件組成。儀器無論處于何種空間狀態(tài)，球磁羅盤受地球磁場作用，南北方向永遠不會改變，球內(nèi)的重錘體因受重力作用，球體重力軸永遠指向地球中心，保持垂直狀態(tài)。故球磁羅盤表面上的經(jīng)緯線可以直接反映出鉆孔的方位和傾角。為了防止周圍磁場對他的影響，測量時將球磁羅盤放在一節(jié)非磁性鉆鋌內(nèi)，鉆鋌是特殊合金制成。磁性單點測斜儀外殼裝有橡膠扶正器與非磁性鉆鋌呈同一傾斜狀態(tài)。測斜時儀器在鉆孔內(nèi)按照預定鉆孔深預定時間拍出經(jīng)緯線照片。用放大鏡可讀出方位角和鉆孔傾斜角。，可在直徑50mm的鉆桿內(nèi)移動，不提鉆進行測斜。該儀器測量精度高、操作簡單。陀螺測斜儀是我國最常使用的鉆孔測斜儀，廣泛用于凍結(jié)鉆孔測斜的JDTIII形陀螺測斜儀，它的直徑60mm，長度1900mm。測斜儀的精度高，可不提鉆測斜，在10m長的鉆孔內(nèi)可連續(xù)測出30個點的鉆孔方位和傾斜角，并打印出結(jié)果。最近又研究成功JDTV形陀螺測斜儀，其主要技術(shù)指標見表42。表42陀螺測斜儀主要技術(shù)指標 型號指標JDTII型JDTIII型JDTV精度177。5′177。3′～177。5′0～10176。：177。3′10176。～30176。：177。10′投點誤差（mm）≤100m時，＜177。150≤200m時，＜177。300≤300m時，＜177。450＜%%靜止飄移測量范圍（176。）測量深度（m）凍結(jié)管內(nèi)徑（mm）密封耐壓（MPa）環(huán)境溫度（℃）井下儀器尺寸（mm）井下儀器重量（kg）功能＜6176。/h頂角0～10700106～20010－10～＋45外徑900總長190030點測45176。/h頂角0～670065～16010－10～＋45外徑60總長190015連續(xù)測，自動打印結(jié)果15176。/小時177。301000≥5110＞－10外徑47總長200010多點，單點及方位測量陀螺測斜儀的工作原理是用陀螺馬達和相應的一套控制系統(tǒng)定向來測量鉆孔偏斜方位的。當儀器在鉆孔中傾斜時，儀器中的重錘永遠保持垂直狀態(tài)，4個測角傳感器與重錘發(fā)生角度變化，使傳感器輸出電壓相應變化，顯示出鉆孔傾斜在直角坐標系中兩個分量數(shù)值。由此測出鉆孔傾斜角，根據(jù)電纜下放狀況測得鉆孔長度，然后計算鉆孔偏斜值。糾偏鉆具也稱定向鉆具，具有渦輪鉆具和戴納鉆具兩種。戴納鉆具是其中較好的一種。戴納鉆具由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子上連斜向器。轉(zhuǎn)子是一條蛇狀軸，在高壓泥漿沖擊下順時針旋轉(zhuǎn)，通過萬向聯(lián)軸節(jié)帶動力軸驅(qū)動鉆頭破巖。定子所受的反扭矩，由鉆桿傳到地面的轉(zhuǎn)盤。它利用定子和轉(zhuǎn)子間形成很小的夾角，給轉(zhuǎn)子施加偏心力，使鉆頭向所需方向鉆進，達到糾偏目的。糾偏鉆具組合（自上而下）：142mm三牙齒輪鉆頭+戴納鉆頭+斜向器+89mm鉆桿+主動鉆桿。1868mm導斜+142mm三牙齒輪鉆頭+89mm鉆桿+主動鉆桿。 對接部位凍土體的開挖方式有很多種，在我國常見的淺埋大斷面隧道暗挖方法見表43。 通過表43分析可以看出：根據(jù)地質(zhì)情況，淺埋大跨度隧道的開挖方法多種多樣，常見方法為雙側(cè)壁導坑法、CD或CRD工法、臺階法、洞樁法等；其出發(fā)點是盡可能借助輔助施工方法將工程化大為小，從而盡快沿開挖輪廓形成封閉或半封閉的承載結(jié)構(gòu)。 在具體的凍土體開挖方式的選擇過程中，要綜合考慮對接部位的工程地質(zhì)條件，凍土體開挖的影響范圍，凍土體開挖面的穩(wěn)定性以及支護方式等因素，充分控制土體開挖造成的地層沉降。選用合理的開挖方式和土體的開挖順序，縮短凍土帷幕的暴露時間。凍土體的開挖方式盡量選用對安全經(jīng)濟的方法，可以考慮采用人工風鎬挖掘。表43 國內(nèi)淺埋大斷面隧道暗挖常用方法及工程實例施工方法示意圖適用范圍工程實例 臺階臨時仰拱法適用于圍巖較好的大跨度隧道客運專線溫福鐵路劉洋寨隧道中隔壁法（CD法）軟弱、淺埋、大跨度隧道新建鐵路渝懷線三寶寨車站隧道交叉中隔壁法（CRD法）適用于Ⅳ—Ⅵ級圍巖淺埋的雙線或多線隧道廣州區(qū)莊地鐵車站隧道，北京地鐵十號線光華路站風道及主體側(cè)洞施工 臺階法—雙側(cè)壁導坑法淺埋中硬巖超大斷面隧道重慶輕軌大坪車站隧道雙側(cè)壁導坑法淺埋超大斷面隧道重慶輕軌臨江門車站隧道 凍結(jié)加固暗挖法存在的風險（1）凍脹力過大。這種情況下，隧道可能出現(xiàn)位移過大，管片的變形超過允許值，出現(xiàn)滲漏水等情況，影響隧道的正常使用。（2）凍結(jié)加固不均勻，存在夾層。這種情況下，容易出現(xiàn)地下水和泥沙涌入的危險。（3）凍結(jié)管偏斜。造成凍結(jié)帷幕交圈延誤。凍結(jié)加固暗挖法風險控制措施（1）嚴格控制凍結(jié)管的間距，確保凍結(jié)質(zhì)量。（2）凍結(jié)過程中，加強進回路鹽水溫度監(jiān)測，凍土溫度監(jiān)測，卸壓孔壓力監(jiān)測，隧道變形監(jiān)測，以及地表變形監(jiān)測；（3）為了減小凍脹對隧道的影響，在凍結(jié)前隧道內(nèi)應安裝預應力隧道支架，施工中可根據(jù)觀測到的隧道變形情況調(diào)整支撐點的預應力，以控制隧道的變形。（4）在要打開的鋼管片外加設(shè)防護鋼板門，且四周應設(shè)橡膠止水措施，鋼管片全部開啟后，一旦發(fā)現(xiàn)土體有異?，F(xiàn)象，應立即關(guān)閉防護門，繼續(xù)凍結(jié)土體；用探孔來判斷凍土壁是否凍結(jié)穩(wěn)定正常時，探孔應設(shè)在凍結(jié)壁薄弱處，探孔處應無大量涌沙、噴水現(xiàn)象。（5）聯(lián)絡通道土體開挖多采用礦山法一邊挖邊臨時支護，臨時支護采用型鋼支架、木背板并噴射混凝土，能起到支護和凍土墻體保溫的雙重作用。木背板與凍結(jié)墻的間隙用水泥砂漿填充，防止凍土解凍引起較大的地表沉陷。若在土體開挖過程中，出現(xiàn)流沙等異常現(xiàn)象，應立即停止開挖施工，并封閉工作面，加大制冷量。（6）為減小土體解凍產(chǎn)生的沉降量，可經(jīng)過隧道及聯(lián)絡通道預留的注漿孔，采取跟蹤注漿的形式，根據(jù)觀測到的隧道及地層沉降情況，及時地對地層進行補償注漿。 第五章 某地鐵隧道聯(lián)絡通道凍結(jié)法施工 m， m， m， m（如圖51）。聯(lián)絡通道上方地層巖性為粉細砂層、淤泥及雜填土等，下方地層巖性為：淤泥質(zhì)土、硬塑粘土、全風化紅巖等。盾構(gòu)隧道洞身上方地層巖性為粉細砂層, 下方地層為淤泥質(zhì)土、粉細砂層。聯(lián)絡通道地層及盾構(gòu)隧道上覆地層均為透水層，距江邊較近，地下水與三枝香水道有直接水力聯(lián)系，地質(zhì)條件異常復雜。本工程初始方案為聯(lián)絡通道范圍采用地面雙管旋噴樁加固，考慮到被加固地層為砂層、地下水流動性較強，一旦出現(xiàn)漏水涌砂，則有可能淹沒隧道。為確保盾構(gòu)隧道安全，設(shè)計采取先聯(lián)絡通道開挖，后切割隧道管片的方法，即地層加固后，先在地面兩隧道之間施作豎井（ m 鋼護筒）至聯(lián)絡通道位置，然后再使用礦山法開挖聯(lián)絡通道，在聯(lián)絡通道初期支護完成后切割管片、連通隧道并施作二次襯砌。在該方案實際實施過程中， 先后三次出現(xiàn)涌沙險情，每次出現(xiàn)險情后均采用注漿加固，但最終均告失敗，無法繼續(xù)開挖。初始方案的失敗表明，由于工程所處地層水系復雜，且地下水流動較快，旋噴樁及注漿加固不能形成全封閉的封水系統(tǒng)。鑒于工程工期、 施工安全以及降低工程風險，決定采用凍結(jié)法對原有加固范圍進行凍結(jié)，完成聯(lián)絡通道施工，即采用在地鐵隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固聯(lián)絡通道周邊土體，形成強度高、封閉性好的凍結(jié)帷幕，在凍土中采用礦山法開挖構(gòu)筑聯(lián)絡通道的施工方案。圖51 聯(lián)絡通道結(jié)構(gòu)根據(jù)凍結(jié)帷幕