异型冻结管在港珠澳大桥控制性工程拱北隧道的应用

异型冻结管在港珠澳大桥控制性工程拱北隧道的应用

牛磊

中煤特殊凿井有限责任公司安徽省淮北市235000

摘要：港珠澳大桥是连接香港、珠海、澳门的桥隧工程，进一步加强了港珠澳三地的互联互通，是促进经济发展的重要力量。本文以拱北隧道为例，首先指出冻结施工特点和难点，然后阐述了异型冻结管的施工技术方法，以供参考。

关键词：港珠澳大桥；拱北隧道；异型冻结管；施工技术；质量要求

拱北隧道口岸段，是港珠澳大桥珠海连接线的重要组成部分，本施工位于拱口口岸限定区域，由于地层条件较差、地理位置特殊、政治意义重大，因此施工技术和安全风险大[1]。异型冻结管施工期间，选择合适的工艺技术，实现质量控制目标，成为从业人员的关注要点。以下结合实践进行探讨。

1．工程概况

拱北隧道是珠海连接线的控制性工程，暗挖段起点桩号为YK2+390，终点桩号为YK2+645，长度为255m。暗挖段为双向六车道、上下层叠层隧道，下穿拱北口岸限定区域，共设置2个工作井。该处地质条件复杂，周边环境敏感，采用管幕进行超前预支护，结合冻结法进行管幕之间止水。其中，管幕由36根Φ1620mm钢管组成；冻土帷幕的设计最小厚度为2m，最大厚度为2.6m。施工采用多台阶法分步开挖，开挖断面面积为337m2；实施三次复合衬砌支护；管幕顶部覆土厚度约4～5m。暗挖段位于曲率半径R=885.852m～906.298m的缓和曲线和圆曲线上，设值0.35%的纵坡，如下图1，是隧道断面的结构和支护形式。

图1：隧道断面的结构和支护形式示意图

2．冻结施工特点和难点

在冻结施工上，采用圆形冻结管＋限位管＋异型冻结管的布管方式，纵向分区、横向分段冻结，有利于控制冻土帷幕的体积，达到分区分段停止冻结的目的。设计采用奇数顶管内冻结，纵向分为3大区、横向分为5台阶：奇数管内纵向1区、3区可以待东西开挖完成衬砌各84m后，达到设计封水条件停止1、3区冻结；偶数管内异型管根据开挖台阶及纵向距离，适时开启和关闭盐水循环，以节约冻结施工成本。

2.1工程特点

分析该工程的特点如下：①地理位置特殊，政治敏感度、社会影响大，对施工条件要求严格，且不同部门之间的协调难度大。②施工地点靠近海边，受海水潮汐的影响，地下水流动会干扰冻结效果。③南方地区长年气温较高，会影响制冷效能。④暗挖隧道顶部的覆土厚度浅，只有4-5m。⑤支护方案特殊，钢管幕承担临时支护受力，冻结帷幕以止水为主。⑥冻结管全部布置在钢管幕内部，奇数管帷幕内充填混凝土，传热效果好；不充填混凝土的部分，以空气为传热介质，传热效果差[2]。⑦暗挖断面尺寸大，冻结施工时间长，需不断调整冻结施工工艺。

2.2施工难点

该工程的施工难点主要是：①施工期间，不能影响拱北口岸正常通行；且地表建筑物多、地下管线多，对施工变形的控制要求高。②隧道顶部覆土厚度较浅，地下水位为3.22m，略高于顶部冻结土层位置。但水位受潮汐影响大，顶部冻结区不易冻结，导致冻结体发展缓慢。③上部冻结区为人工填土层，具有孔隙比大、含水量大的特点。冻结时外围水补给充分，冻胀量较大，会产生较大的地层位移，影响地面和建筑物的安全性。④冻土融沉量、冻胀量成正比，后期对融沉处理的要求高[3]。⑤开挖断面尺寸大，空气对流散热大，影响开挖面的冻结温度，易造成局部融化，降低冻土体的止水效果。

3．异型冻结管的施工技术方法

3.1施工流程

冻结施工流程，包括冻结孔施工、冻结站施工，冻结加固、加热限位控制施工、强制解冻和融沉注浆、过程监测等内容，以下重点介绍异型冻结管的施工技术。

3.2安装异型冻结管

顶管施工完成后，异型冻结管采用∠12.5角钢顶管内壁进行直接焊接，焊缝质量满足要求。根据相关设计，每4节异型管，使用橡胶软管连接成为一组，共计形成16个独立组。在空管内，盐水干管安装电控三通阀，来控制16组盐水回路，每组三通鱼鳞接头，使用橡胶软管连接、铁丝紧固，确保盐水不会从接头处渗漏。每个电子三通阀的电源线、信号线，沿顶管内一侧铺设，编号引至地面控制室。顶管内部安装完成，及时进行检漏，合格后进行保冷层施工。

3.3技术质量要求

冻结施工期间，技术质量要求如下：①管路固定位置按设计执行，将偏差控制在15°以内。②安装时清理管子内部，不能有杂物。③保证连接密封性，可进行充水打压试验，将压力控制在0.6MPa，试压不合格检查外观、重新加固，再次进行试验。④在管道法兰两侧0.5m处设置固定支架。

3.4施工注意事项

冻结施工注意事项包括：①管内安装照明灯，并使用安全电压。②管子固定后，检查牢固性，防止掉落。③在密封空间内施工，空气流通不畅，且焊接作业会危害健康。对此，人员进入管内之前，应向管内强制通风，并携带便携式的气体测试仪；配备通讯器材，和外围保持联系；还要带上应急药物和器材，学习掌握应急知识。④焊接作业尽量在管外开展，减少对人体的伤害。

3.5开挖过程中异型管冻结

异形冻结管的主要作用，是维持开挖面的冻土厚度，因此开挖前，必须对异形冻结管试运转，调整好压力、温度等状态参数。在开挖加强冻结过程中，根据开挖面冻土的温度变化，调整异形冻结管冻结系统运行参数，保证开挖面冻土帷幕的封水安全。其中，采用电控三通阀集中控制时，应根据开挖进度、位置，动态调整各个电通阀启闭，启闭冻结运行模式按照设计模式运行。

3.6异型管冻结阶段的监测内容

第一，积极冻结阶段。监测内容包括：①冻土帷幕的温度、厚度；②异型冻结管去路、回路中，盐水的温度、流量、压力等指标；③顶管内管壁的温度变化。第二，动态控制阶段。监测内容包括：①冻土帷幕的温度、厚度；②异型冻结管去路、回路中，盐水的温度、流量、压力等指标；③限位管去路、回路的温度、流量、压力；④顶管内管壁的温度变化。第三，开挖加强冻结阶段。监测内容包括：①冻土帷幕的温度、厚度；②异形冻结管去路、回路中，盐水的温度、流量、压力等指标；③顶管内管壁的温度变化。第四，解冻阶段。监测内容包括：①冻结帷幕的温度；②顶管管壁的温度变化；③强制解冻时，增加热盐水的温度、流量、压力等指标。

结语：

综上所述，拱北隧道是港珠澳大桥工程的重要组成部分，施工期间冻结施工是一个重点和难点。文中指出以异型冻结管为核心，首先指出安装施工方法，总结了技术质量要求和施工注意事项，并介绍了监测内容和方法。希望为类似工程提供经验借鉴，切实提高施工效率，保证工程质量。

参考文献：

[1]董慧,胡俊,曾晖,等.异型冻结管单管冻结温度场数值分析[J].路基工程,2015,(5):27-31.

[2]中煤特殊凿井有限责任公司,中煤第三建设（集团）有限责任公司.隧道钢管幕内异型冻结器:中国,CN201620261259.6[P].2016-08-31.

[3]张秀振.港珠澳大桥沉管隧道最终接头测控技术[J].中国港湾建设,2018,38(10):60-64.