地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中凍結(jié)法的應(yīng)用范文

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摘要：結(jié)合合肥市軌道交通4號(hào)線工程巢湖路站～和平路站區(qū)間隧道1#聯(lián)絡(luò)通道施工實(shí)例，介紹了凍結(jié)法在地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工中關(guān)鍵的施工技術(shù)，對(duì)今后聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：凍結(jié)法；凍結(jié)壁；地面沉降

1工程概況

1.1工程概述

合肥市軌道交通4號(hào)線工程巢湖路站～和平路站區(qū)間隧道1#聯(lián)絡(luò)通道左、右行線盾構(gòu)隧道里程為左K29+214.002、右K29+212.182，中心距為13.000m，左、右行線隧道中心標(biāo)高約為-11.649m，聯(lián)絡(luò)通道所處位置左(右)行線地面標(biāo)高約為+12.22m。聯(lián)絡(luò)通道將兩條隧道聯(lián)通起來，在一側(cè)發(fā)生火災(zāi)或其他突發(fā)事件時(shí)可以將人員從另一側(cè)隧道及時(shí)安全疏散。聯(lián)絡(luò)通道處土層自上而下依次為：第四系晚更新統(tǒng)沖洪積層⑥3粉質(zhì)黏土層、⑥5粉細(xì)砂層，古近系古新統(tǒng)定遠(yuǎn)組地層⑧11全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖夾泥巖層。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，次聯(lián)絡(luò)通道上方為五里廟石材城，其門面房距離聯(lián)絡(luò)通道最小水平距離約20m，無市政管線。

1.2施工方案

考慮聯(lián)絡(luò)通道所處地層條件、地面情況、施工條件等因素，確定采用“隧道內(nèi)鉆孔，凍結(jié)臨時(shí)加固土體，礦山法暗挖構(gòu)筑”的施工方案，即：在聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)隧道內(nèi)打設(shè)凍結(jié)孔，通過凍結(jié)使聯(lián)絡(luò)通道周圍土體形成封閉的凍土帷幕，為聯(lián)絡(luò)通道的開挖準(zhǔn)備好條件[1]。從一側(cè)隧道向另一側(cè)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道的開挖構(gòu)筑，根據(jù)“新奧法”的基本原理，采用礦山法進(jìn)行施工。

2設(shè)計(jì)凍結(jié)壁及凍結(jié)孔的布置

2.1設(shè)計(jì)凍結(jié)壁

凍結(jié)法的目的是形成凍結(jié)壁，凍結(jié)壁的形態(tài)、厚度、封閉性等對(duì)凍結(jié)效果起到?jīng)Q定性的作用。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁既承擔(dān)著擋水的作用又承擔(dān)著承載的作用，凍結(jié)壁太薄則無法滿足承載的要求，凍結(jié)壁太厚一方面造成浪費(fèi)，另一方面會(huì)造成較大的凍脹融沉現(xiàn)象，對(duì)工程反而不利。因此，需根據(jù)具體的工程有針對(duì)性地設(shè)計(jì)出合理的凍結(jié)壁厚度。通過理論計(jì)算及承載力復(fù)核最終確定聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁厚度：喇叭口處≥1.8m、通道段≥2.1m，凍結(jié)壁平均溫度為小于等于-10℃。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)幾何尺寸見下圖（圖1）：

2.2凍結(jié)孔的布置

凍結(jié)孔的布置原則是按照設(shè)計(jì)要求可以形成設(shè)計(jì)的凍結(jié)壁。聯(lián)絡(luò)通道周圍的凍結(jié)孔按上仰、近水平、下俯三種角度布置，共設(shè)69個(gè)凍結(jié)孔（其中21個(gè)凍結(jié)孔布置在左行線隧道內(nèi)，48個(gè)凍結(jié)孔布置在右行線隧道內(nèi)），凍結(jié)管規(guī)格為Φ89×8mm，20#低碳無縫鋼管,兩根凍結(jié)管采用內(nèi)襯箍連接。

2.3凍結(jié)參數(shù)

（1）凍結(jié)期間鹽水按梯度進(jìn)行降溫，要求積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至-18℃以下；積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至-24℃以下；開挖時(shí)鹽水溫度降至-28℃以下，去、回路鹽水溫差不大于2℃；（2）流量要求為：凍結(jié)孔單孔流量不小于5m3/h，保證凍結(jié)孔流量才能使凍結(jié)管實(shí)時(shí)、均勻的與地層進(jìn)行熱交換；（3）結(jié)合土層性質(zhì)并參照以往工程經(jīng)驗(yàn)，凍土發(fā)展速度取22mm/d，積極凍結(jié)時(shí)間為52天[3]。

3監(jiān)測(cè)結(jié)果及凍結(jié)效果分析

3.1測(cè)溫孔分析凍結(jié)工程會(huì)在關(guān)鍵位置及薄弱環(huán)節(jié)布置測(cè)溫孔，根據(jù)測(cè)得的溫度推算凍結(jié)壁的發(fā)展?fàn)顩r，本工程共布置12個(gè)測(cè)溫孔，從測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析，開始凍結(jié)后，土體溫度從初始地溫開始快速下降，降溫曲線近似呈線性變化。當(dāng)土體溫度下降至-10℃左右，降溫曲線明顯變緩，并且波動(dòng)不大。隨著凍結(jié)鹽水溫度進(jìn)一步降低至-28℃，土體溫度持續(xù)下降，在積極凍結(jié)階段后期，接近開挖時(shí)，土體溫度達(dá)到-15℃，降溫曲線接近水平，且鹽水去回路溫差在1℃左右，說明此時(shí)凍結(jié)壁處于熱交換穩(wěn)定的狀態(tài)，凍結(jié)加固效果已達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，可以進(jìn)行下一步的開挖構(gòu)筑。在開挖階段，由于開挖面土體暴露及對(duì)應(yīng)保溫措施的破壞，且結(jié)構(gòu)施工階段澆筑混凝土產(chǎn)生的水化熱，土體溫度有回升現(xiàn)象，但隨著初襯及二襯的依次完成，整體結(jié)構(gòu)是安全的[4]。

3.2泄壓孔分析

泄壓孔的布置一方面作為判斷凍結(jié)壁是否交圈的一個(gè)重要依據(jù)，另一方面可以及時(shí)排泄掉聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)的凍脹壓力。聯(lián)絡(luò)通道共布置4個(gè)卸壓孔，安裝好壓力表便可以測(cè)出土體的初始?jí)毫?，卸壓孔壓力在積極凍結(jié)17天后開始明顯上升，到第25天達(dá)到最大壓力值，說明此時(shí)凍結(jié)帷幕已交圈。此后，打開卸壓閥，卸壓孔壓力開始下降，卸壓孔不再流水和泥，卸壓孔保持常開狀態(tài)。

3.3測(cè)溫資料分析

分別在兩端喇叭口和中部位置選取三個(gè)特征面進(jìn)行凍結(jié)壁有效厚度和平均溫度的分析計(jì)算，三個(gè)特征面的凍結(jié)壁有效厚度和平均溫度滿足設(shè)計(jì)要求（喇叭口位置凍結(jié)壁超過1800mm，正常段超過2100mm，平均溫度≤-10℃），通過作圖法和成冰公式驗(yàn)證，凍結(jié)壁最小厚度為2.15m，最小平均溫度為-12.0℃。通過測(cè)溫孔、泄壓孔以及探孔可以判斷出凍結(jié)效果已滿足設(shè)計(jì)要求，開挖過程中土體結(jié)霜狀態(tài)良好，總上，此聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)效果較好，可以保證開挖構(gòu)筑的安全施工。

4注漿施工

凍結(jié)法會(huì)產(chǎn)生凍脹融沉現(xiàn)象，如果凍脹融沉變形量超出允許的變形值，會(huì)導(dǎo)致地面沉降變形過大、結(jié)構(gòu)破壞等災(zāi)害，因此施工過程中，除進(jìn)行凍土溫度監(jiān)測(cè)外，還需要加強(qiáng)凍結(jié)壁后水土壓力監(jiān)測(cè)、地面變形監(jiān)測(cè)等。如果凍脹融沉變形量過大時(shí)可以通過注漿的方式來控制，因此凍結(jié)法施工過程中會(huì)存在注漿步驟。注漿管的布置、漿液的選擇、注漿順序等是控制注漿效果的關(guān)鍵。

4.1注漿管布置

在結(jié)構(gòu)施工時(shí)預(yù)留注漿管，注漿管規(guī)格為2寸焊管，深度以到達(dá)初襯（初期支護(hù)）與凍土墻之間為宜。注漿孔沿通道軸線方向間距布置，共布置42個(gè)注漿管。

4.2注漿材料

融沉補(bǔ)償注漿主要采用水泥-水玻璃組成的雙液漿，而輔助使用單液水泥漿。水泥-水玻璃雙液漿配比為：水泥漿和水玻璃溶液體積比為：1:1，其中水泥漿水灰比為1:1，水玻璃溶液采用B35~B40水玻璃和加1~2倍體積的水稀釋[5]。凍結(jié)范圍區(qū)域都應(yīng)進(jìn)行注漿，注漿壓力不大于0.5MPa或結(jié)構(gòu)要求的允許值。注漿施工過程中，漿液的壓力可通過注漿壓力表等綜合的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。

4.3注漿順序

先進(jìn)行底板的注漿然后進(jìn)行側(cè)墻的注漿。進(jìn)行底板注漿時(shí)，通道中部的注漿孔最先開始注漿，然后按照從中間向兩端的方向依次進(jìn)行注漿。

5結(jié)語

凍結(jié)效果直接決定著凍結(jié)法施工的成敗，從冷凍管的打設(shè)、成孔驗(yàn)收、偏斜、到凍結(jié)系統(tǒng)的形成，凍結(jié)法施工的各個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格把關(guān)。為減小冷量的損失，做好管路及冷凍面管片的保溫，同時(shí)保證鹽水的流量及溫度。為避免凍脹融沉引起結(jié)構(gòu)的破壞，施工期間應(yīng)加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)通道、隧道及地面變形監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)變形過大時(shí)應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施。以此聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程為例，對(duì)凍結(jié)法施工關(guān)鍵工序進(jìn)行深入探討，為以后凍結(jié)工程提供一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭石.廣州富水砂層地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道地層凍結(jié)技術(shù)[J].廣東建材，2013(2):76-79.

[2]李曉英等.地鐵區(qū)間泵房下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)凍結(jié)加固技術(shù)研究[J].鐵道建筑，2015(2):58-61.

[3]李戈.高承壓水粉細(xì)砂地層中地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道冷凍法施工技術(shù)[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[4]李方政.凍土帷幕的凍脹和蠕變效應(yīng)與結(jié)構(gòu)相互作用理論及應(yīng)用研究[D].東南大學(xué)，2005.

[5]石磊.地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固融沉注漿研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016(8):4255.

作者：高福華 單位：合肥城市軌道交通有限公司