地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工關(guān)鍵技術(shù)

1、地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工關(guān)鍵技術(shù)科技信息工程技術(shù)地鐵聯(lián)絡(luò)遇追凍結(jié)法旋工關(guān)鍵技術(shù)天津市地下鐵道集團(tuán)張政勃朱亞坤李超摘要本文以天津地鐵2號(hào)線某區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的施工為例,介紹隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體和礦山法開挖構(gòu)筑法在復(fù)雜地質(zhì)條件下的聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用,對(duì)凍結(jié)加固設(shè)計(jì),施工技術(shù)及融沉控制等進(jìn)行了論述.該工程設(shè)計(jì)與施工的成功經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類工程具有一定的參考價(jià)值,可供類似工程參考.關(guān)鍵詞聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)開挖施工0.引言地鐵聯(lián)絡(luò)通道常用的施工方法有明挖法,管棚法,土體加固暗挖法,頂管法,小型盾構(gòu)法,土層凍結(jié)法等,它們各有其優(yōu)勢(shì)與不足,因不同的工況條件有著不同程度的應(yīng)用.土層凍結(jié)法因具有防水效果好,對(duì)周圍環(huán)境影響小等特

2、點(diǎn),它與礦山暗挖法相結(jié)合后被廣泛用于軟弱土層及含水砂層的地下工程施工中卅.1.工程概況本聯(lián)絡(luò)通道中心線間距13.788m,所在位置的軌面高程為左一l6.800m,右線一16.803m,由與隧道管片相接的喇叭口,水平通道和泵站構(gòu)成.構(gòu)筑聯(lián)絡(luò)通道所在位置隧道管片為鋼管片,隧道內(nèi)徑為5.5m,管片厚度350mm.襯砌采用二次襯砌方式;i時(shí)支護(hù)層和永久結(jié)構(gòu)層之間設(shè)防水層,聯(lián)絡(luò)通道主體結(jié)構(gòu)為直墻拱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),見圖1.施工深度范圍內(nèi)的地層主要為4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層,1粉質(zhì)粘土,1粉質(zhì)粘土層,2粉土和7.粉質(zhì)粘土層,如圖2.這些土層土含粉性土顆粒較重,在一定的水動(dòng)力條件下易產(chǎn)生流砂和涌砂現(xiàn)象,含水量高,

3、孔隙比大,靈敏度高,顆粒較細(xì),具較高的觸,流變特征等不利施工的地質(zhì)因素,為此,擬采用隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固地層,然后用礦山法構(gòu)筑施工.圖1聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)圖圖2聯(lián)絡(luò)通道地質(zhì)柱狀圖2.凍結(jié)加固設(shè)計(jì)2.1凍結(jié)孑l布置原則凍結(jié)孔布置要能達(dá)到凍土帷幕設(shè)計(jì)厚度;開孑l位置誤差不宜大于100mm,應(yīng)避開管片接縫,螺栓,主筋和鋼管片肋板;凍結(jié)孔采用從兩側(cè)對(duì)打雙排凍結(jié)孑l,可以滿足凍結(jié)帷幕厚度和管片交界面封水的要求【3j.2.2凍結(jié)孔,測(cè)溫孔和卸壓孑l布置聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孑l的布置采取從左,右線隧道兩側(cè)打孑l方式進(jìn)行.凍結(jié)孔按上仰,水平,下俯三種角度布置,共布置凍結(jié)孔64個(gè),冷凍站一側(cè)46個(gè),對(duì)側(cè)18個(gè),其中4個(gè)穿透孔,

4、總長(zhǎng)度526m,最大允許間距1.2/1.6m;測(cè)溫孔布置9個(gè),冷凍站側(cè)布置4個(gè),對(duì)側(cè)布置5個(gè),長(zhǎng)度26m;卸壓孔布置在凍結(jié)帷幕封閉區(qū)域內(nèi),左線,右線各2個(gè),長(zhǎng)度13m.凍結(jié)管規(guī)格為中898mm,測(cè)溫管及卸壓管規(guī)格為中383.5illm一354一,材料均為20#低碳鋼無縫管.布置見圖3.圖3凍結(jié)孔平面布置圖23凍結(jié)制冷系統(tǒng)2.3.1凍結(jié)制冷設(shè)備選型凍結(jié)需冷量:q=1.2?d?h?q=43l&kcal/h,式中:h為凍結(jié)總長(zhǎng)度13.788m;d為凍結(jié)管直徑o.133m;q為凍結(jié)管散熱系數(shù)6.22310kcal/hm:計(jì)算得需冷量4.3104kcal/h.按照設(shè)計(jì)要求,冷凍機(jī)選用wyslgf

5、300ii型螺桿機(jī)組二臺(tái)套,一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn),一臺(tái)備用.單臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)工況制冷量為8.75104kcal/h,電機(jī)功率l10kw,完全滿足聯(lián)絡(luò)通道的制冷需求.通道鹽水循環(huán)泵選用is150125-315型1臺(tái),流量200m3/h,電機(jī)功率30kw;通道冷卻水循環(huán)選用is150125-315型1臺(tái),流量200m3/h,電機(jī)功率30kw;冷卻塔選用kst-80型2臺(tái),補(bǔ)充新鮮水15m3/h.2.3.2管路設(shè)計(jì)供液管選用中45x3.5ram鋼管,采用焊接連接;鹽水干管和集配液圈選用中1596mm無縫鋼管;冷卻水管選用1334.5ram無縫鋼管;集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管,每組凍結(jié)管的進(jìn)出口各裝閥門一個(gè),以

6、便控制流量.2.4凍結(jié)系統(tǒng)及管片保溫鹽水管路經(jīng)試漏,清洗后用保溫板或棉絮保溫,保溫厚度為50mm,保溫層的外面用塑料薄膜包扎;冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫,鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的保溫板或棉絮保溫.由于混凝土和鋼管片相對(duì)于土層要容易散熱得多,為加強(qiáng)凍結(jié)帷幕與管片膠結(jié),聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)管片表面采取保溫措施,將鋼管片格柵內(nèi)用素砼填充密實(shí),然后采用pef板保溫板對(duì)凍結(jié)帷幕發(fā)展區(qū)域管片進(jìn)行隔熱保溫.保溫范圍為設(shè)計(jì)凍結(jié)壁邊界外2m.2.5極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié)該聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕厚度設(shè)計(jì)如下:水平通道外圍凍土帷幕有效厚度為2m,喇叭口1.5m,凍土帷幕平均溫度為<一loc.2.5.1積極凍結(jié)凍結(jié)

7、系統(tǒng)經(jīng)凋試和試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后即可進(jìn)入積極凍結(jié)階段.此階段為,凍結(jié)帷幕的形成階段,積極凍結(jié)期鹽水溫度為一28c.30c,設(shè)計(jì)凍結(jié)時(shí)間4o天,要求凍結(jié)孔單孔流量不小于5m/h;積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至一18以下,積極凍結(jié)15天鹽水溫度降至一24以下,去回路溫差不大于2;開挖時(shí)鹽水溫度降至一28以下.如鹽水溫度和鹽水流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,應(yīng)延長(zhǎng)積極凍結(jié)時(shí)間.2.5-2維護(hù)凍結(jié)在積極凍結(jié)過程中,要根據(jù)實(shí)測(cè)溫度資料判斷凍結(jié)帷幕是否交圈和達(dá)到設(shè)計(jì)厚度,同時(shí)要監(jiān)測(cè)凍結(jié)帷幕與隧道的膠結(jié)情況,測(cè)溫判斷凍結(jié)帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且與隧道完全膠結(jié)后,可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段.按發(fā)展半徑作交圈圖從圖中測(cè)量出凍結(jié)帷幕最薄厚度,從而

8、判斷是否交圈和是否達(dá)到設(shè)計(jì)厚度.凍土發(fā)展半徑(mm)=最慢發(fā)展速度(mn#d)凍結(jié)天數(shù)(d),發(fā)展速度=距最近凍結(jié)孔距離,降到0天數(shù).維護(hù)凍結(jié)期溫度為-25oc一28oc,凍結(jié)時(shí)間貫穿聯(lián)絡(luò)通道及泵房開挖mm科技信息.工程技術(shù)和主體結(jié)構(gòu)施t始終.3.開挖與構(gòu)筑施工3.1開挖準(zhǔn)備準(zhǔn)備t作是施工順利進(jìn)展的前提和保證,在開挖前要做好的準(zhǔn)備工作主要有四通,隧道內(nèi)開挖1:作平臺(tái)搭設(shè),搶險(xiǎn)物資,鋼管片環(huán)向及縱向接縫焊接以及隧道預(yù)應(yīng)力支架,安仝急門安裝.3.2開挖3.2.1土方開挖加同土體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求和準(zhǔn)備i:作就緒后,經(jīng)探孔,結(jié)合測(cè)溫孔資料,卸壓孑l壓力,探孔情況等方面綜合考慮確認(rèn)后,打開鋼管片(操作時(shí)

9、,要認(rèn)真觀察管片受力及位移情況,消除局部受阻因素,防止管片變形),采用礦山法暗挖施丁.根據(jù)t程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),聯(lián)絡(luò)通道開挖掘進(jìn)采取分區(qū)分層方式進(jìn)行.在上部通道結(jié)構(gòu)施工完畢,強(qiáng)度達(dá)到60%后,冉進(jìn)行泵房的開挖,施工順序如圖4所永.網(wǎng)4聯(lián)絡(luò)通道開挖順序圖由于土體采用凍結(jié)法加固,凍土強(qiáng)度較高,凍結(jié)帷幕承載能力大,因而開挖時(shí)(除喇叭口處側(cè)墻和拱頂外)可以采用全斷面一次開挖,開挖步距為0.5m左右.開挖斷面超挖不大于30mm,開挖中心線偏差不大于20mm.泵房開挖過程中將出現(xiàn)部分凍結(jié)管被暴露,應(yīng)根據(jù)凍結(jié)孔布置圖孔位布置特征,適時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)開挖面深度,當(dāng)開挖面距離泵房?jī)?nèi)凍結(jié)管約510em時(shí),關(guān)閉該組凍結(jié)管的去,回

10、路閥門,等該組凍結(jié)管全部暴露后,再打開原先關(guān)閉的閥門,恢復(fù)凍結(jié).待泵房230ram厚的臨時(shí)支護(hù)層施工結(jié)束后,在防水層施工之前,即可將泵房?jī)?nèi)暴露的凍結(jié)管割除,再進(jìn)行防水層及永久結(jié)構(gòu)的施丁.在掘進(jìn)施t中,根據(jù)揭露土體的加固效果和監(jiān)控監(jiān)測(cè)信息,及時(shí)調(diào)整開挖步距和支護(hù)強(qiáng)度,確保安全施工.在開挖過程中必須及時(shí)對(duì)暴露的凍結(jié)帷幕進(jìn)行保溫,并對(duì)凍結(jié)帷幕變形和溫度觀測(cè),如凍結(jié)帷幕有明顯變形,立即用鋼支架加木背板支撐,調(diào)整開挖構(gòu)筑工藝,并同時(shí)加強(qiáng)凍結(jié).3-2.2i臨時(shí)支護(hù)臨時(shí)支護(hù)采用木背板和型鋼支架外加噴射混凝土進(jìn)行支護(hù).喇叭口支架間距為0.3,0.4m,通道支架間距為o.43m,泵房支架間距為o.5m.為增加支

11、架的穩(wěn)定性,相臨兩排支架間用鋼筋焊接連接.所有支架與凍土體全間用木板背實(shí)背緊,少量空隙用水泥砂漿充填嚴(yán)實(shí).最后在鋼支架外掛6200mm鋼筋網(wǎng),川噴砼機(jī)噴厚度230ram的c20砼進(jìn)行支護(hù).3.2_3永久支護(hù)聯(lián)絡(luò)通道開挖,i臨時(shí)支護(hù)和防水層施工完成后,對(duì)鋼筋砼永久支護(hù)結(jié)構(gòu)一次連續(xù)進(jìn)行澆筑.由于這種結(jié)構(gòu)的特殊性,通道頂板內(nèi)的砼澆筑較為困難,為提高砼施工質(zhì)量,采取分段澆筑的施工方式,必要時(shí)可采用噴漿機(jī)對(duì)澆筑空隙進(jìn)行充填.上部結(jié)構(gòu)施工完成以后,開挖泵房,泵房開挖到設(shè)計(jì)深度,首先對(duì)泵房底板進(jìn)行封底澆筑,然后一次完成泵房的鋼筋砼澆筑施工.4.結(jié)束語(yǔ)凍結(jié)施工中,由于凍脹力和凍土融沉的作用,影響周圍土層的力系

12、平衡,使隧道產(chǎn)生水平位移和沉降,故在整個(gè)施丁過程中,須加強(qiáng)隧道變形的監(jiān)測(cè),做好融沉控制,確保隧道和管線安全.從本工程的實(shí)踐情況來看,采用水平凍結(jié)法施工技術(shù),既保證了地鐵聯(lián)絡(luò)通道的施丁安全,又保證了工程質(zhì)量和進(jìn)度,施工達(dá)到了預(yù)期的效果,其施:方法對(duì)于同類工程具有一定的參考價(jià)值.參考文獻(xiàn)1覃偉,楊平等地鐵超長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)通道人工凍結(jié)法應(yīng)用與實(shí)測(cè)研究j地下空間與工程學(xué),2010(6):10651071.2趙捷,任云芬,鮑鵬天津地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工的數(shù)值分析.河南大學(xué),2007,37(4):4344373王敏,王曉華,孫闖.新建路隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法設(shè)計(jì)與施工科技論壇,2010(11):5卜52.(上接第353

13、頁(yè))4.1砂漿碳化檢測(cè)(1)檢測(cè)位置選擇桑麻水閘前閘,后閘主體結(jié)構(gòu)均為砂漿砌結(jié)條石結(jié)構(gòu).本次主要對(duì)前閘閘墻條石問的砂漿進(jìn)行碳化深度檢測(cè).(2)檢測(cè)方法和成果在檢測(cè)部位表面取出約101010111111的砂漿塊,除去孔洞內(nèi)的粉末和碎屑,立即用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處,當(dāng)砂漿已碳化與未碳化部分界線清楚時(shí),用游標(biāo)卡尺測(cè)量已碳化與未碳化砂漿界線到砂漿表面的垂直距離.每個(gè)測(cè)點(diǎn)的碳化深度值應(yīng)連續(xù)測(cè)量不少于2次,精度讀至0.5mm,取其平均值作為該測(cè)點(diǎn)的砂漿碳化深度,然后取測(cè)區(qū)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的平均值作為測(cè)區(qū)砂漿碳化深度值.當(dāng)平均值大于3mm時(shí),碳化深度按3rnm計(jì).現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)成果表明:桑麻水閘前閘

14、閘墻條石間砂漿的碳化深度均等于或大于3mm,平均碳化深度大于3ram.按規(guī)定,砂漿碳化深度按3mm計(jì).由于桑麻水閘建成已經(jīng)4o余年,砂漿老化已十分嚴(yán)重,加之砂漿厚度均不大,因此碳化深度檢測(cè)時(shí)比較困難,經(jīng)常葉j現(xiàn)難以分清碳化與未碳化分界線的情況.4.2砂漿強(qiáng)度檢測(cè)(1)檢測(cè)位置選擇根據(jù)砌體工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)偉(gb/t503152000),將前閘閘墻作為1個(gè)單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行砂漿強(qiáng)度回彈檢測(cè).本次共布置了12個(gè)測(cè)區(qū),每個(gè)測(cè)區(qū)布置12個(gè)測(cè)點(diǎn),因此共144個(gè)測(cè)點(diǎn).(2)檢測(cè)方法采用zc5型砂漿回彈儀(標(biāo)準(zhǔn)沖擊動(dòng)能0.196j),按照砂漿回彈法檢測(cè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè).選定檢測(cè)區(qū)域后,將砂漿表面整理干

15、凈,然后用砂輪將砂漿表面打磨平整,再將砂漿回彈儀的軸線始終垂直于砂漿檢測(cè)面,緩慢施壓,準(zhǔn)確讀數(shù),快速?gòu)?fù)位.1)檢測(cè).測(cè)點(diǎn)在測(cè)區(qū)范嗣內(nèi)均勻分布,相鄰兩測(cè)點(diǎn)的凈距小于20mm.每個(gè)測(cè)區(qū)布置12個(gè)測(cè)點(diǎn),每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)彈擊3次,第1,2次不讀數(shù),取最后1次的回彈值讀數(shù)作為該測(cè)點(diǎn)的回彈值,讀至整數(shù)(即每一測(cè)點(diǎn)的回彈值讀數(shù)估讀至1).2)測(cè)區(qū)平均回彈值計(jì)算.從該測(cè)區(qū)的12個(gè)回彈值中剔除1個(gè)最大值和1個(gè)最小值,然后將余下的10個(gè)回彈值按下式取平均:rm=擊r式中:r為測(cè)區(qū)平均回彈值,精確到0.1;r.為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值.3)測(cè)區(qū)砂漿強(qiáng)度換算值(mpa)計(jì)算.第i個(gè)測(cè)區(qū)的砂漿強(qiáng)度換算值,應(yīng)根據(jù)該測(cè)區(qū)的平均回彈

16、值r和平均碳化深度值d,分別按以下公式計(jì)算(精確至0.1mpa):d1.0mm時(shí),=13.97x10-sr1.0<d<3.0mm時(shí),fi=4.85x10rd>3.0mm時(shí),=6.34x10r也可查相應(yīng)的測(cè)區(qū)砂漿強(qiáng)度值推測(cè)表.4)單個(gè)構(gòu)件內(nèi)砂漿強(qiáng)度換算值f(mpa)計(jì)算.取各測(cè)區(qū)砂漿抗壓強(qiáng)度的平均值,作為該單個(gè)構(gòu)件內(nèi)砂漿抗壓強(qiáng)度換算值,精確至0.1mpa.fif_l1(3)檢測(cè)成果現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)成果表明:1)前閘12個(gè)測(cè)區(qū)砂漿強(qiáng)度平均值為4.1mpa,低于m5.2)前閘12個(gè)測(cè)區(qū)中,砂漿強(qiáng)度最高為4.5mpa,最低為3.7mpa,相差0.8mpa,比照混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算方法,則12個(gè)測(cè)區(qū)砂漿回彈檢測(cè)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差為o.25mpa,約占平均值的6%,說明砂漿強(qiáng)度的離散程度較小.(4)砂漿強(qiáng)度評(píng)價(jià)根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范>)(gb50003-2001),對(duì)于層高大于6m的砌筑墻體,砂漿強(qiáng)