应用冻结

地铁冻结法联络通道安全管控系统研发

应用

摘要：现如今，我国城市建设在不断加快，轨道交通工程冻结法联络通道施

工安全风险较高。针对当前冻结法联络通道信息化系统功能单一的情况，从安全

管理理论出发梳理现场管控措施，研发轨道交通工程冻结法联络通道的安全风险

综合管控系统平台，包括冻结法联络通道风险源管理、温度实时监控、风险巡查、

异常情况自动预警、冻结帷幕可视化演算、隐患排查治理模块功能。系统在杭州

地铁三期工程建设的全面使用，充分整合资源，及时发现风险隐患，提高安全管

控工作效率。

关键词：冻结法施工;联络通道;信息系统

引言

地铁联络通道施工是一项风险较高的工程，在国内，面对各个城市复杂多样

的地质条件及地面环境，常常需要选择合适的加固方法对地层进行加固后再开挖。

联络通道地层加固常采用降水、深层搅拌桩、高压旋喷桩、注浆、冻结等方法，

其中冻结法因其适应性强、安全性高、不受地面交通影响等优点而被广泛应用。

然而，由于采用冻结法加固的地层大多较为恶劣、地下水发达，若施工控制不当，

可能会造成较大问题。目前，每年在国内均会发生几起与冻结法相关的安全生产

事故。因此，明确该技术施工控制要点对于创设地铁安全作业环境具有积极意义。

1冻结法施工技术概述

根据NB/T10222—2019《隧道联络通道冻结法施工及验收规范》释义，冻结

法是在地下构筑物施做前，对构筑物周边含水地层人工主动冻结，形成拥有临时

承载和隔水效果的冻结帷幕，然后在帷幕的保护下组织构筑物掘砌施工的一种方

法。其原理是将存水地层(松散土层或裂隙岩层)冷却至零度以下，使地层中的水

冻结成冰，岩土物理性质发生重塑，地层被冷冻加固后形成一种具有较高的强度

和绝对封水性“冻结整体结构”，其具有安全性好、适用性强、灵活性高的特点，

在地铁联络通道施工工程均有较广泛的应用。

2地铁冻结法联络通道安全管控系统研发应用

2.1钻机定位控制

钻机定位及固定，直接影响到冻结管施工角度和质量。如果钻机定位角度不

对，或者固定不牢固，轻则造成冻结管偏位，重则造成冻结管断裂。结合现场情

况，钻机平台采用钢管架搭设，钻机采用四个5t手拉葫芦固定，钻机倾角利用

前后各两个手拉葫芦的链条长短控制。因钻进时钻杆受反作用力的影响，钻机会

产生晃动，可加焊钢管斜撑加以固定，避免钻进时移位造成冻结管偏移，影响冻

结施工精度。

2.2安全监测

冻结施工期间，安全监测是掌握冻结施工安全状态的重要手段，被称为安全

管理的耳目。安全监测一般由施工单位和建设单位委托具有资质的监测单位实施，

监理单位负责检查，建设单位监督管理，各方根据监测数据评估工程安全状态。

冻结法联络通道安全评判需要掌握冻结帷幕效果、冻结施工对既有隧道以及周边

环境的影响，因此监测内容主要包括地层冻结温度、支护结构变形与应力变化、

周边环境(地表、管线、建(构)筑物等)的变形。施工过程中现场环境瞬息变化，

自动化实时监测相比较传统人工监测有助于掌握现场安全状态，可及时预警提示

异常情况。

2.3积极冻结与维护冻结

积极冻结期是指从地层冻结开始至冻结壁形成达到设计要求所需时间；维护

冻结期是指冻结壁形成达到设计要求后，为了保证联络通道掘砌过程中的安全，

继续向冻结器输送冷量，以维持冻结壁满足设计要求的一段时间。两个冻结期间

的重点工作是“观察和判断”，观察各种温度和系统的数据，判断冻结壁是否交

圈、厚度是否满足要求、开挖是否具备条件及各种数据变化的原因，具体内容如

下。（1）应做好冻结系统的监测工作，具体包括盐水系统压力、冷却水系统压

力、盐水箱液位、盐水比重、盐水进水和回水温度、冷却水进水和回水温度等数

据，冷冻机及其辅助设备中的温度、电流、电压、冷冻机加载能量等数据及制冷

剂加注量、润滑油加油量记录。制冷剂、盐水、冷却水循环系统应正常运转，各

冻结孔分组流量、温度应均匀，冻结器端部及胶管结霜也应均匀。（2）应做好

冻结壁的监测工作。积极冻结期间，冻结壁监测用于判断冻结壁的发展规律（特

别是发展速度），推算冻结交圈时间，判断开挖条件是否具备，如果发现发展速

度较慢，可采取增大制冷量等措施及时应对；开挖期间，应对冻结壁进行监测来

确保冻结壁的绝对安全，为联络通道开挖与构筑提供安全保障。可配备自动化测

温集成系统，将各种温度传感器的信息集成后综合反应监测数据。（3）开挖前，

泄压孔压力应连续上涨7d以上，打开泄压孔24h以上无持续泥水流出；若泄压

孔在积极冻结期无压力上涨，应分析原因并补打探孔，以判定冻结壁交圈情况。

（4）维护冻结期间不得停止冻结系统供冷，因施工需要停止个别冻结孔供冷时，

应分析局部停止供冷对冻结壁整体稳定性的影响；有影响时，应采取技术措施保

证开挖与联络通道结构施工的安全。

2.4开孔

冻结孔开孔分一开、二开来控制泥浆涌出。管片厚350mm，一开的深度达到

250mm时停止取芯钻进，安装孔口管。孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封

物，然后涂抹密封胶或快硬水泥，将孔口管砸进去，四周设置膨胀螺栓，和孔口

管之间用等直径钢筋焊接，然后装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用开孔器从闸

阀内二次开孔，一直将混凝土管片开穿，出现涌砂现象及时关闭闸门。闸阀后侧

安装压紧装置，采用螺栓与闸阀连接。在钻孔孔口管上的预留注浆口，间隔式注

浆，以单液浆为主。

2.5风险管理模块

风险管理模块以风险源为中心，根据施工组织计划及前期相关阶段的风险评

估报告，对于各阶段风险评估评级较高的风险源列为重大风险源清单，并将该重

大风险源与工点的工程施工进度进行绑定，在该工程施工到此重大风险源的影响

范围内时，以风险预报或通告的形式，提醒各参建单位在本阶段需要注意的此重

大风险源的发展状况。在对重大风险源进行监控跟踪的过程中，除督促风险规避

措施的实施以外，同时应及时发现和处理尚未辨识到的风险，其中包括对已经识

别的风险以及风险跟踪中确定的重大风险源进行监控跟踪。同时，建立各类风险

防控措施库、施工过程风险源库及风险案例库供参建人员参阅。

2.6开挖与构筑

冻结法联络通道开挖前应安装安全防护门，其作用在于，开挖过程中如果冻

结壁破坏、开挖面上部出现坍塌，可立即关门并向内部注水以防止进一步恶化。

应设置能保证安全防护门顺利、快速关闭的关门装置（如法兰盘装置）。开挖前

的条件验收是一项关键工作，首先需要根据测温孔数据、泄压孔压力变化、水平

探孔等来判定冻结帷幕是否交圈，同时根据测温孔数据计算冻结帷幕的厚度和平

均温度（反映冻结帷幕强度）是否满足设计要求；然后需检查冻结系统设备的运

转状况，配备足够的备用设备，制定专项应急预案；最后邀请参建各方进行条件

验收，当验收合格后，方可进行开挖。

结语

本文基于双重预防管理等理论基础，从施工全过程安全管控的角度出发研发

冻结法联络通道施工安全风险综合管控系统平台，包括冻结法联络通道风险源管

控、温度实时监控、风险巡查、冻结帷幕可视化演算、隐患排查治理等模块，实

现联络通道冻结法施工综合信息化管控。

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