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【摘要】：南京地铁二号线某修复工程,在完好隧道与破坏隧道连接段采用液氮和盐水复合冻结法施工垂直封水挡土封水墙,并暗挖贯通，取得圆满成功。前期冻结孔打设并充填破坏隧道，提高冻结质量；初期采用液氮冻结用于快速隔绝好坏隧道，方便隧道内的排水清淤工作；中期二侧的盐水冻结孔运转、前期液氮冻结孔转换盐水冻结；后期根据温度判断，冻结壁达到开挖条件后，进行隧道暗挖对接。通过合理布置温度测点，正确掌握温度变化，把握各个工序间的衔接工作，可确保复合冻结法在承压水复杂地层中恢复隧道的施工安全。
【关键词】：液氮冻结 盐水冻结 液氮和盐水复合冻结 隧道修复 好坏隧道隔离隧道水平暗挖隧道对接
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号： 【正文】：
1、引言
在我国城市地铁施工中，复杂的地质条件及很多不确定因素造成了事故的出现，引起隧道破坏。在上海四号线董家渡段破坏隧道修复对接中，我国首次采用冻结法施工，圆满完成了隧道的修复对接工作。但常规的盐水冻结法修复隧道占用的工期较长，影响地铁整条线的通车时间。本文说明了一种新的应用技术：液氮和盐水复合冻结法。
2、液氮和盐水复合冻结法在隧道修复施工中的技术优势
目前，我国在破坏隧道修复工程中采用常规的盐水冻结，但盐水冻结法修复隧道工期较长，不利于整体工期计划的控制。而单纯的液氮冻结法工期最短，但费用较高。液氮和盐水复合冻结法采用前期液氮的快速冻结用于完好隧道的抽水及封水墙的施工，后期液氮转换盐水冻结节约成本。此新技术既保证了冻结的安全性，又节省了工期、节约了工程成本。
3、工程实例
3.1工程概况
在南京地铁二号线某段，盾构机在掘进右线区间隧道时，在到达车站南端头井洞门时，发生突发性的涌水涌砂，导致车站以南150米地面大面积沉降，已经完成的部分区间隧道局部坍塌。
隧道坍塌后，破坏段隧道被土层和人工注浆材料充填，完好隧道内也已充填泥水。修复工程主要采用原位修复的总体技术路线，为将完好隧道内的充填泥水排出，必须在破坏隧道与完好隧道连接处设垂直冻结壁，隔绝完好隧道与已破坏段隧道之间的联系，然后将完好隧道内的充填泥水排除。并在冻结壁的保护下将完好的区间隧道和修复段之间采用矿山暗挖法进行施工，开挖土体，设置临时支护，施工永久結构，将完好隧道与修复隧道贯通。为了节省工期并节约工程成本，首次采用液氮和盐水复合冻结施工技术。工艺流程如下：
施工准备→液氮冻结孔及盐水冻结孔施工→液氮区域冻结、二侧剩余盐水冻结孔施工→完好隧道内抽水、盐水冻结孔运转→液氮孔转换盐水冻结→水平暗挖对接→融沉注浆充填。
3.2冻结孔施工
修复冻结孔地面上分为A、B、C、D、E、F、BK1-BK18共8排，其中A、B、C、D、E、F、BK1、BK7-BK11、BK17-BK18深度均为隧道底部以下5米，BK2-BK6为穿透上部管片直至下部管片（不打穿），BK12-BK16深度为打设到上部管片为止。完好隧道内设计G、H二排12个冻结孔形成底部封闭冻结孔。测温孔设计17个，主要布置在完好隧道及破坏隧道的连接部，开挖面外侧亦布置了若干冻结孔来监测冻结壁的发展情况。
3.3冻结施工
为了满足基坑及完好隧道内的排水清淤工作，前期采用液氮快速冻结，液氮冻结孔位：A4-A12、B4-B11、C5-C12、D4-D11,BK1-BK9等孔，后为了保证隧道内排水的安全性，补充BK11-BK17为前期同步液氮孔。液氮冻结8天后，测温孔BC1在地面下15米、25米温度变化如下表（BC1距离A4孔600mm）：
根据各个测温孔数据分析判断，此时冻结壁达到设计基坑及隧道内试排水要求，
排水清淤结束，完好隧道内封水门安装完毕后，进行隧道内G、H二排冻结孔的施工，钻孔结束后同时进行冻结；地面液氮冻结孔二侧的盐水冻结孔也开始和隧道内G、H排孔同步运转。
3.4液氮和盐水转换
地面液氮孔二侧盐水冻结孔及G、H排孔运转后，关闭地面液氮冻结孔，开始转换盐水冻结，转换过程中重点难点如下：
液氮管内初始温度过低，盐水冻结前打压测试很困难，很容易使盐水结冰；
如下套管，温度过低可能使无缝钢管发生冷脆、冷裂现象；
重复多次冻结对冻结壁的影响，冻结壁温度变化性无法掌控；
在专家会的多次认证下，确定先严格监测原液氮冻结孔内温度变化及测温孔温度变化情况，在管内温度变化至-35度左右时再下φ76*4无缝钢管进行转盐水冻结，经过监测，温度随时间变化曲线如下曲线图：
图上可以看出，液氮冻结停止18天后管内温度回升至-35度左右，可进行φ76*4无缝钢管的下放并立即进行转换盐水冻结。
3.5隧道暗挖对接
地面二侧的盐水冻结孔冻结43天后，冻结壁满足设计要求，通过大型有限元软件数值模拟计算可知，冻结土体的温度均达到设计要求，模拟计算后测点温降历史前期曲线和实际测温点实测曲线较吻合，说明采用该方法安全、可靠。专家论证后进行暗挖。
3.6融沉注浆充填
因前期采用液氮进行冻结，冻结速度很快，冻结体强度高、冻胀小；后期进行强制解冻，根据冻土体的解冻状况和融沉的监测结果，对冻结范围内的土体进行融沉注浆。
4、结论
采用液氮冻结配合盐水冻结在含承压水复杂地层恢复隧道在国内还属首次。
液氮冻结对暗挖开洞处起到封堵、加固作用，保证基坑和隧道在排水清淤时冻结体能够完全封水，并抵抗住开洞的水土压力，同时隔断完好隧道与外部土体之间的联系，起到一定的坚固隧道作用 。
本技术适用于隧道修复工程，以及要求快速形成冻结壁的冻结加固工程，或含水层与外界有一定水力联系的冻结工程。随着我国社会经济的发展，轨道交通事业发展前景看好，城市地铁建设工程的不断增加，也带来了隧道施工的各种问题。采用液氮冻结先行施工，再采用盐水冻结法恢复隧道，既能够加快冻结速度，提高冻结壁质量，又能增大安全性。我国轨道交通事业的发展，决定了液氮冻结技术原位修复隧道施工技术的大好市场前景
参考文献：
[1]方江华,张景钰.上海地铁隧道旁通道水平冻结法施工[J].建井技术,2006(12):37-39.
[2] 肖朝昀 ，胡向东， 张庆贺.四排局部冻结法在上海地铁修复工程中的应用
[3]樊良本，段继伟.一种新型的基坑支护方法— 人工冻结法[J] .浙江建筑，2005(6):23一24.
作者简介：姚松（1981-），天津人，工程师，毕业于河北工程大学
【关键词】：液氮冻结 盐水冻结 液氮和盐水复合冻结 隧道修复 好坏隧道隔离隧道水平暗挖隧道对接
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号： 【正文】：
1、引言
在我国城市地铁施工中，复杂的地质条件及很多不确定因素造成了事故的出现，引起隧道破坏。在上海四号线董家渡段破坏隧道修复对接中，我国首次采用冻结法施工，圆满完成了隧道的修复对接工作。但常规的盐水冻结法修复隧道占用的工期较长，影响地铁整条线的通车时间。本文说明了一种新的应用技术：液氮和盐水复合冻结法。
2、液氮和盐水复合冻结法在隧道修复施工中的技术优势
目前，我国在破坏隧道修复工程中采用常规的盐水冻结，但盐水冻结法修复隧道工期较长，不利于整体工期计划的控制。而单纯的液氮冻结法工期最短，但费用较高。液氮和盐水复合冻结法采用前期液氮的快速冻结用于完好隧道的抽水及封水墙的施工，后期液氮转换盐水冻结节约成本。此新技术既保证了冻结的安全性，又节省了工期、节约了工程成本。
3、工程实例
3.1工程概况
在南京地铁二号线某段，盾构机在掘进右线区间隧道时，在到达车站南端头井洞门时，发生突发性的涌水涌砂，导致车站以南150米地面大面积沉降，已经完成的部分区间隧道局部坍塌。
隧道坍塌后，破坏段隧道被土层和人工注浆材料充填，完好隧道内也已充填泥水。修复工程主要采用原位修复的总体技术路线，为将完好隧道内的充填泥水排出，必须在破坏隧道与完好隧道连接处设垂直冻结壁，隔绝完好隧道与已破坏段隧道之间的联系，然后将完好隧道内的充填泥水排除。并在冻结壁的保护下将完好的区间隧道和修复段之间采用矿山暗挖法进行施工，开挖土体，设置临时支护，施工永久結构，将完好隧道与修复隧道贯通。为了节省工期并节约工程成本，首次采用液氮和盐水复合冻结施工技术。工艺流程如下：
施工准备→液氮冻结孔及盐水冻结孔施工→液氮区域冻结、二侧剩余盐水冻结孔施工→完好隧道内抽水、盐水冻结孔运转→液氮孔转换盐水冻结→水平暗挖对接→融沉注浆充填。
3.2冻结孔施工
修复冻结孔地面上分为A、B、C、D、E、F、BK1-BK18共8排，其中A、B、C、D、E、F、BK1、BK7-BK11、BK17-BK18深度均为隧道底部以下5米，BK2-BK6为穿透上部管片直至下部管片（不打穿），BK12-BK16深度为打设到上部管片为止。完好隧道内设计G、H二排12个冻结孔形成底部封闭冻结孔。测温孔设计17个，主要布置在完好隧道及破坏隧道的连接部，开挖面外侧亦布置了若干冻结孔来监测冻结壁的发展情况。
3.3冻结施工
为了满足基坑及完好隧道内的排水清淤工作，前期采用液氮快速冻结，液氮冻结孔位：A4-A12、B4-B11、C5-C12、D4-D11,BK1-BK9等孔，后为了保证隧道内排水的安全性，补充BK11-BK17为前期同步液氮孔。液氮冻结8天后，测温孔BC1在地面下15米、25米温度变化如下表（BC1距离A4孔600mm）：
根据各个测温孔数据分析判断，此时冻结壁达到设计基坑及隧道内试排水要求，
排水清淤结束，完好隧道内封水门安装完毕后，进行隧道内G、H二排冻结孔的施工，钻孔结束后同时进行冻结；地面液氮冻结孔二侧的盐水冻结孔也开始和隧道内G、H排孔同步运转。
3.4液氮和盐水转换
地面液氮孔二侧盐水冻结孔及G、H排孔运转后，关闭地面液氮冻结孔，开始转换盐水冻结，转换过程中重点难点如下：
液氮管内初始温度过低，盐水冻结前打压测试很困难，很容易使盐水结冰；
如下套管，温度过低可能使无缝钢管发生冷脆、冷裂现象；
重复多次冻结对冻结壁的影响，冻结壁温度变化性无法掌控；
在专家会的多次认证下，确定先严格监测原液氮冻结孔内温度变化及测温孔温度变化情况，在管内温度变化至-35度左右时再下φ76*4无缝钢管进行转盐水冻结，经过监测，温度随时间变化曲线如下曲线图：
图上可以看出，液氮冻结停止18天后管内温度回升至-35度左右，可进行φ76*4无缝钢管的下放并立即进行转换盐水冻结。
3.5隧道暗挖对接
地面二侧的盐水冻结孔冻结43天后，冻结壁满足设计要求，通过大型有限元软件数值模拟计算可知，冻结土体的温度均达到设计要求，模拟计算后测点温降历史前期曲线和实际测温点实测曲线较吻合，说明采用该方法安全、可靠。专家论证后进行暗挖。
3.6融沉注浆充填
因前期采用液氮进行冻结，冻结速度很快，冻结体强度高、冻胀小；后期进行强制解冻，根据冻土体的解冻状况和融沉的监测结果，对冻结范围内的土体进行融沉注浆。
4、结论
采用液氮冻结配合盐水冻结在含承压水复杂地层恢复隧道在国内还属首次。
液氮冻结对暗挖开洞处起到封堵、加固作用，保证基坑和隧道在排水清淤时冻结体能够完全封水，并抵抗住开洞的水土压力，同时隔断完好隧道与外部土体之间的联系，起到一定的坚固隧道作用 。
本技术适用于隧道修复工程，以及要求快速形成冻结壁的冻结加固工程，或含水层与外界有一定水力联系的冻结工程。随着我国社会经济的发展，轨道交通事业发展前景看好，城市地铁建设工程的不断增加，也带来了隧道施工的各种问题。采用液氮冻结先行施工，再采用盐水冻结法恢复隧道，既能够加快冻结速度，提高冻结壁质量，又能增大安全性。我国轨道交通事业的发展，决定了液氮冻结技术原位修复隧道施工技术的大好市场前景
参考文献：
[1]方江华,张景钰.上海地铁隧道旁通道水平冻结法施工[J].建井技术,2006(12):37-39.
[2] 肖朝昀 ，胡向东， 张庆贺.四排局部冻结法在上海地铁修复工程中的应用
[3]樊良本，段继伟.一种新型的基坑支护方法— 人工冻结法[J] .浙江建筑，2005(6):23一24.
作者简介：姚松（1981-），天津人，工程师，毕业于河北工程大学