内蒙古体育馆站至内蒙古体育场站区间属于地下双单线区间, 内蒙古体育场站是盾构区间的起点, 沿着气象局的西巷完成敷设, 再转入成吉思汗大街下方, 穿过人防之后进入内蒙古体育馆站。整个区间线路左线的平面经内蒙古体育场站, 以半径370m曲线出发, 之后转成直线, 再通过半径1500m的曲线段, 最后转成直线进入内蒙古体育馆站。右线的平面经内蒙古体育场站, 以半径360m曲线出发, 之后转成直线, 再通过半径1 500m的曲线段, 最后转成直线进入内蒙古体育馆站。本区间设置1处联络通道和泵房, 位于里程DK17+724.147 (左DK17+745.263) 处, 采用冷冻法加固土体施工。

1) 在隧道内部钻冻结孔, 按照设计要求并考虑联络通道的实际结构确定水平成孔还是斜孔, 每个钻孔都要配备相应的孔口管, 并将对应的密封装置安装在孔口位置, 防止在钻探过程中出现大量泥水。在完成每个钻孔后, 要及时计算该孔隙流出物的方量。还要综合监测地表沉降数据, 完成注浆和其他项目的及时调整。

2) 在挖掘联络通道的过程中, 冻土帷幕的强度与厚度既要满足各项要求, 又要满足设计标准, 最关键的是喇叭口处冻结帷幕的厚度, 还要做好冻结帷幕与隧道管片之间的连接工作, 确保二者具有高度的胶结能力。在此过程中, 应同时进行相关配合工作, 对冻结帷幕进行调整, 使其满足既定的构筑工艺要求。

3) 确保左、右隧道管片无限靠近喇叭口侧敷设的保温层和冷管, 一定程度上降低冻胀带给隧道的影响。尽量缩短冻结孔和对侧隧道管片之间的距离, 并通过加大盐水流量、降低盐水温度、缩小开孔距等措施, 加速冻结, 在恰当的位置布置好泄压孔, 降低土层冻胀带给隧道的影响和压迫。

4) 借助泄压孔和测温孔, 完成冻土对帷幕形成过程与实际状况的监测, 尤其是其与对面隧道管片之间的交接状况。对冻结地层的温度、隧道的变形状况、地层沉降的变形情况等进行实时监测, 确保联络通道施工的顺利进行。

5) 将注浆孔预埋在联络通道顶部、两侧和底部的混凝土中, 如有必要, 可在隧道管片上钻注浆孔便于注浆, 防止因冻土融沉引发的隧道、联络通道沉降变形和地面沉降。

6) 采用自然解冻融沉注浆的方案, 对地面不均匀的沉降进行有效控制, 从而降低冻融的不利影响。

7) 对地表沉降加大监测, 及时掌握地表沉降的变化状况, 在最大程度上对施工进行指导。

围绕冻结孔施工时, 应遵循如下工序:定位、开孔→安装孔口管→安装孔口装置→钻孔→测量→孔底部封闭→打压试验。

1) 定位、开孔及安装孔口管按照设计要求确定隧道内部各孔的位置, 再完成混凝土管片上的定位并开孔。

2) 围绕孔口装置展开安装作业此部分结构应安装于球阀上, 基于提升稳固性的目的, 需要使用螺栓和垫片做进一步处理, 如图1所示。

3) 钻孔按照相关标准和设计要求完成钻机位置的选定、调整和固定, 并在孔口装置中装好钻头, 然后将1.5寸的阀门接在孔口装置上, 并在盘根盒内压实盘根。选用YJ-120型锚固钻机进行作业, 先采用干式钻进, 当钻进推动过程比较困难且尺寸不再加深时, 便可在钻机上部区域进行注水钻进施工, 此过程中还应以手动的方式开启小阀门, 以便对工程状况进行观察, 通过阀门对出浆量进行控制, 最大程度上保证地面的安全, 避免沉降现象的发生。

4) 封闭孔底部将孔底部用丝堵进行封闭, 将丝堵利用长杆安装到孔底部, 然后借助反扣的卸扣操作拧紧丝堵。

5) 打压试验当确保孔口封闭无误后, 便可向孔内打水, 此过程需使用手压泵设备, 当压力上升到0.8MPa时停止打压, 之后对压力进行记录, 当0.5h内不发生改变时便达到了工程要求。

1) 采用跟管法钻进技术进行冻结管的钻进, 能有效减少地层流出物的容量, 还能在一定程度上实现对地面沉降的控制。

2) 通过丝扣将冻结管进行连接, 如有必要可直接焊接, 最大程度保证焊接强度和同心度, 当冻结管到达设计要求和深度后, 需对其端部进行密封处理。

3) 在整个钻进过程中, 需对孔口倾斜状况进行严密监测, 若发现偏斜, 要及时采取措施纠正。当冻结管下放到位后, 需复测冻结管的长度, 最后再借助经纬仪对钻孔的偏斜程度进行测量和绘制。

4) 安装冻结管后, 需将堵漏材料填充在冻结管与管片之间的缝隙中。

5) 施工过程中必须确保冻结孔的体积始终大于土体流失量, 否则应及时注浆以控制地层的沉降。

6) 将孔两隧道预留口的位置打通, 当两隧道预留口之间相对位置的误差>规定100mm时, 需要在确保冻结壁厚度满足要求的前提下调整冻结孔的位置。

7) 在完成冻结孔的施工后, 要沿着冻结站将5排45mm无缝钢管制成的冷冻排管敷设在对侧联络通道外围的冻结壁上, 各排管间距保证在500mm以上, 且按照相关要求密贴在隧道管片上。

预计盐水降温曲线如图2所示。按照预计的降温曲线完成盐水降温, 禁止以任何规定之外的方式降低盐水温度。就设计要求而言, 其积极冻结时间应达到40d, 对应的单孔流量至少应达到5m³/h。当时间达到7d后, 盐水温度发生了急剧变化, 骤降至-18℃;若经过15d, 其温度会在该基础上下降6℃;若盐水流量、温度不满足设计要求和相关标准, 应按照实际情况对积极冻结的时间进行适当延长。

在“等到冻结帷幕交圈、与隧道完全胶结、厚度达到设计要求”这3项内容均满足标准要求后, 才能进入维护冻结阶段。在维护冻结期间, 温度应低于-28℃, 而且冻结时间需贯穿整个联络通道挖掘和主体结构施工过程。

当冻结完成3～7d且主体结构中混凝土凝固程度达到设计强度的70%以上时, 才能进行充填注浆和融沉注浆作业。需要在施工过程中实时监控土体温度、沉降变化等, 以求达到对融沉的最大控制。

充填注浆最主要的目的是修补和加强衬砌, 减少甚至避免衬砌透水的可能性, 尽量减少解冻过程中出现冻结壁变形的现象。一般情况下, 注浆材料中水泥成分最为重要, 水与水泥的配合比控制在1∶ (0.8～1.0) 范围内。压浆作业需借助结构中预埋管片上原有的注浆孔共同完成, 但需确保注浆压力始终小于静水压力。集水井部位的压力≤0.1MPa, 同时需严格遵循由上至下的施工顺序。

充填注浆完成后才能进行融沉注浆, 综合监测反馈的信息后, 迅速组织注浆, 完成对注浆量的有效控制。双液浆是融沉注浆最主要的浆液, 包括水玻璃溶液和水泥浆, 水泥浆中水与水泥的混合配比均为1∶1。控制好冻结帷幕两侧的施工时间, 二者的注浆作业应同时进行, 但注浆压力应控制在0.5MPa以下, 且要按照多次少量的原则和自下而上的顺序进行反复注浆并确认, 直到达到相关的控制要求, 满足设计标准。当地面变形稳定后, 融沉注浆才能结束。

综上所述, 冷冻法是对联络通道土体进行有效加固的最可靠的临时方法, 尤其是当空间和场地对施工影响较大时, 其能表现出极大的优越性。要在最大程度上保证冷冻法施工的可靠性和安全性, 除严格落实施工措施外, 还要对整个工程加强监测, 对监测到的信息进行综合整理后再判断冻结壁的强度、厚度及冻土帷幕的闭合程度。但融沉问题会在一定程度上受到冻土解冻的影响, 所以在使用冷冻法施工后, 要加强监测并对发现的各类问题及时解决。总之, 冷冻法的工艺具有良好的发展前景, 值得推广。