人工地層水平凍結(jié)法在上海地鐵修復(fù)中的應(yīng)用

1、人工地層水平凍結(jié)法在 XX 地鐵修復(fù)中的應(yīng)用摘 要：結(jié)合 XX 地鐵四號(hào)線修復(fù)工程，采用基于“一線總 線 的凍結(jié)法溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并依據(jù)監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)，判別了 凍結(jié)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(chǎng)形成 規(guī)律 和積極凍結(jié)期完畢 時(shí)間，并 分析了各施工工序?qū)?結(jié)壁的溫度 影響。關(guān)鍵詞 : 水平凍結(jié)，隧道修復(fù)，溫度場(chǎng)0 引言XX 地鐵四號(hào)線修復(fù)江中暗挖段工程采用水平凍結(jié)結(jié)合 礦山法 將原建在黃浦江下的完好隧道和基坑內(nèi)施工的隧道進(jìn) 展暗挖貫穿。工程位于黃浦江河床下，施工風(fēng)險(xiǎn)很大，對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn) 行狀況 和凍土帷幕 開(kāi)展?fàn)顩r進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得尤為重 要。在監(jiān)測(cè)

2、中主要考 慮幾個(gè)問(wèn)題：凍結(jié)管是否漏鹽水；凍土 帷幕的性能；完好隧道一側(cè)封 水效果如何；暗挖施工過(guò)程對(duì)凍 土壁溫度有何影響。水平凍結(jié)孔和測(cè)溫孔布置： 每組去回路在回路上布置 1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，在每組干管去路和回路上各設(shè)置 1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，鹽水去回 路共有 59 個(gè)測(cè)點(diǎn)。鹽水傳感器采用封裝在不銹鋼螺釘中的DS1820ST傳感器，測(cè)點(diǎn)11 個(gè)測(cè)溫孔布置在每組去回路的回路凍結(jié)管上。凍 土帷幕溫度監(jiān)測(cè)采用封裝有DS1820ST傳感器的測(cè)溫電纜，在凍結(jié)區(qū)域中共布置了采用基于“一線總線的 凍結(jié)法溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 1,實(shí)現(xiàn)了信息化實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)，掌握凍結(jié) 壁溫度場(chǎng)的變化規(guī)律， 將不可見(jiàn)、 不可控轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)、 可控， 從而降低工

3、程風(fēng)險(xiǎn)1 鹽水凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析鹽水凍結(jié)系統(tǒng)于 2007年 2 月 13 日開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行，鹽水溫度 快速下 降。凍結(jié)4 d,干管去路溫度降至-22. 5°C,凍結(jié)14 d溫度降到最低 -30.1 C,以后積極凍結(jié)期干管溫度去路平均維 持在-29.5 C左右。維 護(hù)凍結(jié)從凍結(jié)44 d后開(kāi)場(chǎng)，維護(hù)凍結(jié)期 干管去路溫度平均維持在-2&0°C 左右。積極凍結(jié)期平均溫差為1.C,維護(hù)凍結(jié)平均溫差為1. 0 C,說(shuō)明凍結(jié)開(kāi)場(chǎng)時(shí)熱交換 量大，以后逐漸減少，進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)后熱交換 到達(dá)穩(wěn)定在凍結(jié)過(guò)程中，每天用標(biāo)尺測(cè)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(nèi)鹽水蒸發(fā)損失產(chǎn)生的，且水位無(wú)突然下降情況出現(xiàn)，由 此可以斷定鹽水凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，去回路沒(méi)有發(fā)生漏液2 凍土帷幕的性能分析根據(jù)凍土試驗(yàn)報(bào)告 2, 凍土壁所在土層的凍結(jié)溫度在 -1. O C°1 ? 4 °C 之間。凍土壁到達(dá)設(shè)計(jì)的厚度，且平均溫度到達(dá)-12 °C, 積極凍結(jié)期才能完畢，進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期。圖 1 為 T2 測(cè)孔各測(cè)點(diǎn)溫度時(shí)程曲線，由曲線可知，凍結(jié) 17 d 時(shí)，T2測(cè)孔附近土體溫度已到達(dá)-5°C以下，此時(shí)T3測(cè)孔 一樣位置 附近土體剛到達(dá)結(jié)冰溫度，說(shuō)明內(nèi)外排凍結(jié)管之間 的凍土壁已交圈。 內(nèi)排孔距開(kāi)挖面1.0 ni,其

5、凍土帷幕開(kāi)展情 況可由T4和T6測(cè)孔的溫 度值反映出來(lái)。用 T1 測(cè)溫孔中心線 和上行線隧道中心線組成的平面 作為凍結(jié)區(qū)域剖面，在剖面 上作 4 個(gè)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(nèi)封堵墻交界面 ,D-D 截面位于完好隧道管片外凍結(jié) 管末 端處。采用蘇聯(lián)學(xué)者 B .B .B a x o JI 口 w H 3提出的凍土 帷 幕厚度計(jì)算公式，以測(cè)溫孔測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為參數(shù)，結(jié)合凍 結(jié)孔的實(shí)際 情況，可計(jì)算出不同凍結(jié)時(shí)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(shí)程曲線和平均溫度時(shí)

6、程曲由曲線可知，位于凍結(jié)壁中部的截面凍土帷幕最厚，在 完好隧 道一側(cè)的凍土壁開(kāi)展最緩慢。凍結(jié) 48 d 時(shí)此截面處的 凍土壁才到達(dá)設(shè) 計(jì)要求，D-D截面的平均溫度到達(dá)了 - 17°C,滿足設(shè)計(jì)要求，可以轉(zhuǎn)入維護(hù)凍結(jié)階段。 3 已建完好隧道端封 水效果分析為了監(jiān)測(cè)凍土壁在完好隧道外側(cè)開(kāi)展?fàn)顩r，充分掌握 凍土帷幕 的封水效果， 在下行線隧道內(nèi)距封堵墻 2 環(huán)和 3 環(huán)管 片每環(huán)管片 1 m 上預(yù)留的注漿孔向外打探孔，布置了 7 個(gè)測(cè) 點(diǎn)。測(cè)到的溫度值如表 1 所示。從溫度可以看出，管片外側(cè)距封堵墻 1.5m處的土體已結(jié) 冰，局 部?jī)鐾帘谝验_(kāi)展到距封堵墻 2. 5 m外的地方。由于開(kāi)挖是從

7、基坑內(nèi)開(kāi)場(chǎng)的， 開(kāi)挖到封堵墻位置處還需 要時(shí)間， 凍土壁可以進(jìn)一步開(kāi)展。因此，完好隧道端的凍土壁到達(dá)了預(yù)期的效果。4施工工序?qū)鐾玲∧粶囟扔绊懛治霰?2 為江中暗挖施工工序與開(kāi)場(chǎng)時(shí)間。當(dāng)江中暗挖施工 各工序施工時(shí)，必然會(huì)對(duì)凍土壁產(chǎn)生影響。圖 4 是在各工序施 工時(shí)內(nèi)外排凍結(jié)管之間 T2 測(cè)溫孔附近的凍土帷幕溫度時(shí)程曲 線，圖 5 是在各工序 施工時(shí) T 測(cè)溫孔測(cè)到的溫度曲線。由曲線 可以看出，從暗挖工程施工 開(kāi)場(chǎng)，各測(cè)點(diǎn)附近的凍土壁溫度都 在升高，且澆筑混凝土?xí)r各測(cè)點(diǎn)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(chǎn)生的?？拷叵?連續(xù)墻的測(cè)點(diǎn)，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(jié)期每條隧 道 開(kāi)挖洞門外，沿開(kāi)挖面邊緣鋪設(shè)了 2 根凍結(jié)管，并在洞門外地 下 連續(xù)墻外表鋪設(shè)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(kāi)挖過(guò)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(jié)語(yǔ)XX 地鐵四號(hào)線修復(fù)江中段暗挖工程的成功再一次佐證 了人工 地層凍結(jié)法可形成承壓、封水凍土壁的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為凍 結(jié)法在其他城 市地下工程中的 應(yīng)用 具有重要的 參考 價(jià) 值。溫度是 計(jì)算 凍土壁 強(qiáng)度、厚度和平均溫度的首要依據(jù)。 通過(guò)合理布置溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用 基于“一線總線的溫度監(jiān) 測(cè)系

9、統(tǒng)， 可以對(duì)凍土壁溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 從而實(shí)現(xiàn)信息化施 工。通過(guò)溫度數(shù)值和鹽水箱水位分析可實(shí)時(shí)掌握凍 結(jié)系統(tǒng)的 運(yùn)行狀況和凍土壁的特征，可確保凍結(jié)法施工平安。參考文獻(xiàn)：1 胡向東， X 瑞鋒 ?基于“一線總線的凍結(jié)法溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)J?地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007(5):937-940.2 胡向東，程 樺.XX軌道 交通 四號(hào)線凍土物理力學(xué) 性能試 驗(yàn)研究報(bào)告R.XX:XX 建筑工業(yè)學(xué)院,2006.3 肖朝旳，胡向東， X 慶賀. 四排局部?jī)鼋Y(jié)法在 XX 地鐵修 復(fù)工程中的應(yīng)用J?巖土力學(xué)，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(jié)法