人工地層水平凍結法在上海地鐵修復中的應用

1、人工地層水平凍結法在 XX 地鐵修復中的應用摘 要：結合 XX 地鐵四號線修復工程，采用基于“一線總 線 的凍結法溫度監(jiān)測系統(tǒng)進展現場實時監(jiān)測，并依據監(jiān)測 數據，判別了 凍結管是否漏鹽水以與完好隧道段凍土壁的封 水效果，得出了凍土壁 溫度場形成 規(guī)律 和積極凍結期完畢 時間，并 分析了各施工工序對凍 結壁的溫度 影響。關鍵詞 : 水平凍結，隧道修復，溫度場0 引言XX 地鐵四號線修復江中暗挖段工程采用水平凍結結合 礦山法 將原建在黃浦江下的完好隧道和基坑內施工的隧道進 展暗挖貫穿。工程位于黃浦江河床下，施工風險很大，對凍結系統(tǒng)運 行狀況 和凍土帷幕 開展狀況進展實時監(jiān)測就顯得尤為重 要。在監(jiān)測

2、中主要考 慮幾個問題：凍結管是否漏鹽水；凍土 帷幕的性能；完好隧道一側封 水效果如何；暗挖施工過程對凍 土壁溫度有何影響。水平凍結孔和測溫孔布置： 每組去回路在回路上布置 1 個測點，在每組干管去路和回路上各設置 1 個測點，鹽水去回 路共有 59 個測點。鹽水傳感器采用封裝在不銹鋼螺釘中的DS1820ST傳感器，測點11 個測溫孔布置在每組去回路的回路凍結管上。凍 土帷幕溫度監(jiān)測采用封裝有DS1820ST傳感器的測溫電纜，在凍結區(qū)域中共布置了采用基于“一線總線的 凍結法溫度監(jiān)測系統(tǒng) 1,實現了信息化實時 監(jiān)測，掌握凍結 壁溫度場的變化規(guī)律， 將不可見、 不可控轉化為可見、 可控， 從而降低工

3、程風險1 鹽水凍結系統(tǒng)運行狀況分析鹽水凍結系統(tǒng)于 2007年 2 月 13 日開場運行，鹽水溫度 快速下 降。凍結4 d,干管去路溫度降至-22. 5°C,凍結14 d溫度降到最低 -30.1 C,以后積極凍結期干管溫度去路平均維 持在-29.5 C左右。維 護凍結從凍結44 d后開場，維護凍結期 干管去路溫度平均維持在-2&0°C 左右。積極凍結期平均溫差為1.C,維護凍結平均溫差為1. 0 C,說明凍結開場時熱交換 量大，以后逐漸減少，進入維護凍結后熱交換 到達穩(wěn)定在凍結過程中，每天用標尺測量鹽水箱的鹽水水位一次， 鹽水箱水位始終保持在34 cm-35 cm。水

4、位下降主要是由于鹽 水箱內鹽水蒸發(fā)損失產生的，且水位無突然下降情況出現，由 此可以斷定鹽水凍結系統(tǒng)運轉正常，去回路沒有發(fā)生漏液2 凍土帷幕的性能分析根據凍土試驗報告 2, 凍土壁所在土層的凍結溫度在 -1. O C°1 ? 4 °C 之間。凍土壁到達設計的厚度，且平均溫度到達-12 °C, 積極凍結期才能完畢，進入維護凍結期。圖 1 為 T2 測孔各測點溫度時程曲線，由曲線可知，凍結 17 d 時，T2測孔附近土體溫度已到達-5°C以下，此時T3測孔 一樣位置 附近土體剛到達結冰溫度，說明內外排凍結管之間 的凍土壁已交圈。 內排孔距開挖面1.0 ni,其

5、凍土帷幕開展情 況可由T4和T6測孔的溫 度值反映出來。用 T1 測溫孔中心線 和上行線隧道中心線組成的平面 作為凍結區(qū)域剖面，在剖面 上作 4 個截面 ,A-A 截面位于凍土區(qū)與地 下連續(xù)墻交界面 處， BB 截面位于凍土區(qū)中間位置，C C 截面位于凍土區(qū)與隧 道內封堵墻交界面 ,D-D 截面位于完好隧道管片外凍結 管末 端處。采用蘇聯學者 B .B .B a x o JI 口 w H 3提出的凍土 帷 幕厚度計算公式，以測溫孔測點監(jiān)測數據為參數，結合凍 結孔的實際 情況，可計算出不同凍結時間各截面位置處的凍 土帷幕厚度和平均溫 度，繪出如圖 2,圖3所示的凍土帷幕厚 度時程曲線和平均溫度時

6、程曲由曲線可知，位于凍結壁中部的截面凍土帷幕最厚，在 完好隧 道一側的凍土壁開展最緩慢。凍結 48 d 時此截面處的 凍土壁才到達設 計要求，D-D截面的平均溫度到達了 - 17°C,滿足設計要求，可以轉入維護凍結階段。 3 已建完好隧道端封 水效果分析為了監(jiān)測凍土壁在完好隧道外側開展狀況，充分掌握 凍土帷幕 的封水效果， 在下行線隧道內距封堵墻 2 環(huán)和 3 環(huán)管 片每環(huán)管片 1 m 上預留的注漿孔向外打探孔，布置了 7 個測 點。測到的溫度值如表 1 所示。從溫度可以看出，管片外側距封堵墻 1.5m處的土體已結 冰，局 部凍土壁已開展到距封堵墻 2. 5 m外的地方。由于開挖是從

7、基坑內開場的， 開挖到封堵墻位置處還需 要時間， 凍土壁可以進一步開展。因此，完好隧道端的凍土壁到達了預期的效果。4施工工序對凍土帷幕溫度影響分析表 2 為江中暗挖施工工序與開場時間。當江中暗挖施工 各工序施工時，必然會對凍土壁產生影響。圖 4 是在各工序施 工時內外排凍結管之間 T2 測溫孔附近的凍土帷幕溫度時程曲 線，圖 5 是在各工序 施工時 T 測溫孔測到的溫度曲線。由曲線 可以看出，從暗挖工程施工 開場，各測點附近的凍土壁溫度都 在升高，且澆筑混凝土時各測點溫 度升得最高，隧道中部區(qū)域 的溫度接近o°c,這主要是由混凝土水化熱 產生的?？拷叵?連續(xù)墻的測點，受空氣影響，溫

8、度一直較高。為了 確保地下連 續(xù)墻和凍土壁交界面的封水效果，特在積極凍結期每條隧 道 開挖洞門外，沿開挖面邊緣鋪設了 2 根凍結管，并在洞門外地 下 連續(xù)墻外表鋪設了泡沫保溫板。 采取這些措施后， 取得了較 好的效果， 即便在開挖過程中，該交界面的溫度也在 -5°c 以下, 確保了工程的平 安。5 結語XX 地鐵四號線修復江中段暗挖工程的成功再一次佐證 了人工 地層凍結法可形成承壓、封水凍土壁的獨特優(yōu)勢，為凍 結法在其他城 市地下工程中的 應用 具有重要的 參考 價 值。溫度是 計算 凍土壁 強度、厚度和平均溫度的首要依據。 通過合理布置溫度監(jiān)測點，采用 基于“一線總線的溫度監(jiān) 測系

9、統(tǒng)， 可以對凍土壁溫度實現實時監(jiān)測， 從而實現信息化施 工。通過溫度數值和鹽水箱水位分析可實時掌握凍 結系統(tǒng)的 運行狀況和凍土壁的特征，可確保凍結法施工平安。參考文獻：1 胡向東， X 瑞鋒 ?基于“一線總線的凍結法溫度監(jiān)測系統(tǒng)J?地下空間與工程學報，2007(5):937-940.2 胡向東，程 樺.XX軌道 交通 四號線凍土物理力學 性能試 驗研究報告R.XX:XX 建筑工業(yè)學院,2006.3 肖朝旳，胡向東， X 慶賀. 四排局部凍結法在 XX 地鐵修 復工程中的應用J?巖土力學，2006(sup):300-304.4 Baholdin B V.Selection of optimized mode of ground freezing for construction purpose M ? Moscow: State Construction Press, 1963.5 賀利民 ?凍結法