凍結(jié)施工方案設(shè)計

1、2、凍結(jié)施工方案設(shè)計由于穿越段開挖范圍內(nèi)有近 4m厚的超細(xì)粉砂層，且地下水水壓較高，施工時很容易發(fā) 生水砂突出災(zāi)難性事故。 尤其是穿越段上方緊挨原地鐵車站，要求施工引起的原地鐵車站結(jié)構(gòu)沉降要控制在毫米級以內(nèi)，對施工方案選擇提出了很高的要求。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，目前在隧道工程施工中經(jīng)常采用的降水、注漿、管棚以及頂管等工法在該工程中都難以實(shí)施，或存在極大的風(fēng)險，因而必須尋找一種新的施工方法，以徹底解決堵水、 加固和有效控制周圍地層及建筑物變形的難題。地層凍結(jié)法是用人工制冷的方法使含水地層凍結(jié)，形成凍土，從而提高地層穩(wěn)定性和止 水性的地層加固方法，適用于飽和砂土、淤泥等各種復(fù)雜地層加固。地層凍結(jié)法技術(shù)

2、可靠， 對施工條件要求寬，國際工程界認(rèn)為它是在其他地層加固方法難以應(yīng)用時的最終解決方案。盡管地層凍結(jié)法有很多優(yōu)點(diǎn)，但根據(jù)分析，在穿越段工程中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)還存在一些技 術(shù)難題。首先是地層凍結(jié)時會產(chǎn)生凍脹變形，最大凍脹量可以達(dá)到凍土體積的7%以上，而凍土解凍時又會發(fā)生收縮融沉，且收縮量可以超過凍脹量，從而使周圍地層出現(xiàn)明顯隆起和沉降現(xiàn)象，引起周圍建筑物移位或產(chǎn)生變形破壞。其次是穿越段工程凍結(jié)邊界條件極為復(fù)雜，凍結(jié)區(qū)與地鐵一號線車站底板、圍護(hù)地下連續(xù)墻等易散熱物體直接接觸，使得接觸面處特別容易出現(xiàn)凍結(jié)薄弱區(qū)， 從而影響凍結(jié)維護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與封水性。第三是在擬開挖隧道周圍施工凍結(jié)鉆孔和安裝凍結(jié)管難度較大

3、，鉆孔時容易發(fā)生水砂突出事故。下行線隧道與上行線隧道均采用田”字形斷面的凍結(jié)壁形式，凍結(jié)設(shè)計參數(shù)見附表。凍結(jié)系統(tǒng)設(shè)計最低鹽水溫度為 -28-30 C,維護(hù)凍結(jié)鹽水溫度為-20 C,單孔鹽水流量為5 7m3/h.每條隧道計算需冷量為 470MJ/h ，實(shí)際裝機(jī)制冷量為 700MJ/h 。附表穿越段;東結(jié)設(shè)計參數(shù)參數(shù)名稱底板屮間豎隔墻橫隔塔22. 622. 621. 821. 8凍結(jié)環(huán)設(shè)計序度心2. a2. 51. 5L 3凍輔界耐寬度51.(110yy凍結(jié)懿平均溫度Y 10” 1 2 8 7凍結(jié)界面溫腹r c 1 0yy凍結(jié)孔數(shù)/個尺1 14凍結(jié)孔間距/ m0. 81 7a 8170. SI71

4、. 362積極探姑時間心607$2520IV -揀結(jié)壁與老第構(gòu)界面.3、凍結(jié)施工關(guān)鍵技術(shù)3.1水平凍結(jié)孔施工技術(shù)(1 )采用二次開孔工藝，以防鉆透地下連續(xù)墻時大量出泥出水。一次開孔采用金剛石 取心鉆在地下連續(xù)墻上鉆進(jìn)300mm 深左右，不鉆透連續(xù)墻。一次開孔鉆進(jìn)完畢，下入孔口管并安裝閥門，接著進(jìn)行二次開孔鉆進(jìn)，直至鉆透連續(xù)墻。連續(xù)墻鉆透后，立即退出開孔鉆頭，關(guān)閉閥門。(2 )用夯管法下凍結(jié)管，夯管和鉆進(jìn)時安裝類似軸封的孔口止水裝置。對于需要穿透，然后用鉆機(jī)對側(cè)地下連續(xù)墻的凍結(jié)孔，則先用夯管法下套管(套管下至對側(cè)連續(xù)墻墻面) 在套管中鉆透對側(cè)連續(xù)墻， 再用夯管法下入凍結(jié)管。 鉆進(jìn)對側(cè)地下連續(xù)墻時

5、， 鉆頭部位安裝 逆止閥和巖心管。( 3 )下完凍結(jié)管后，對凍結(jié)管與孔口管及套管間的間隙和孔口附近地層進(jìn)行注漿充填。( 4 )下泄壓管(濾水管)時，在泄壓管內(nèi)裝滿三合土，以防夯進(jìn)泄壓管時出水，影響 施工。(5 )確保凍結(jié)孔定位準(zhǔn)確。 凍結(jié)管夯進(jìn)時，預(yù)設(shè)朝隧道外結(jié)構(gòu)面法向的外偏角為0 .51 °，以防凍結(jié)孔太靠近開挖面，影響凍結(jié)壁有效厚度。3.2 地層凍脹和融沉控制技術(shù)( 1)在凍結(jié)壁內(nèi)未凍土中設(shè)泄壓孔，通過放水、排泥來減小凍結(jié)壁內(nèi)的水土壓力和消散作用在地鐵一號線上體館站底板上的凍結(jié)附加力。泄壓孔采用140mm 以上的鉆孔。泄壓孔濾管不包紗網(wǎng)， 以便在凍脹引起地層壓縮時， 可從泄壓孔泄

6、水或排除部分土體。 施中 可根據(jù)車站結(jié)構(gòu)及地層變形監(jiān)測結(jié)果和泄壓孔中的水壓變化情況進(jìn)行泄壓。( 2 )在地鐵一號線上體館站底板附近增設(shè)凍結(jié)孔和加熱孔各 1 個，加熱孔兼作測溫孔。 根據(jù)工程監(jiān)測結(jié)果， 合理調(diào)整凍結(jié)孔的供冷量。 在特殊情況下， 還可通過在加熱孔中循環(huán)熱 水來迅速提高凍結(jié)壁溫度，使凍結(jié)壁軟化，從而減小凍脹力。在采取上述措施的同時， 還注意控制好上體館站底板附近凍結(jié)孔的鹽水流量，使車站底板下邊的溫度處在-5-10 C之間，實(shí)現(xiàn)了在保證凍土強(qiáng)度的情況下，盡量減小車站底板溫度應(yīng)力的目的。( 3)合理安排凍結(jié)順序，減小凍脹引起的地層變形。根據(jù)不同位置凍結(jié)壁受力分布情 況以及不同位置地層的凍

7、脹和強(qiáng)度特性變化，分 5 步進(jìn)行凍結(jié)。其中一號線上體館站底板 下第 2、第 3 個凍結(jié)孔晚開凍 7d ，以便形成緩凍層，減小凍脹力。( 4 )在積極凍結(jié)過程中，待地鐵一號線車站底板隆起接近警戒值時，立即減少車站底 板下 1 2m 范圍內(nèi)凍結(jié)孔的供冷量，使凍土溫度升高，利用高溫凍土在荷載作用下容易蠕 變和應(yīng)力松弛顯著的特點(diǎn)， 迅速減小凍結(jié)壁作用在車站底板上的凍脹力， 從而達(dá)到減小車站 底板隆起量的目的。( 5 )在靠近上體館車站底板附近凍結(jié)壁墻界面上水平布置凍脹變形釋放孔。根據(jù)車站 底板變形監(jiān)測情況，必要時可拔出凍脹釋放孔內(nèi)的鋼管，使土體內(nèi)的凍脹力得到釋放。( 6)對凍結(jié)過程中車站結(jié)構(gòu)的變形或受

8、力變化情況進(jìn)行監(jiān)測，分析凍結(jié)施工對車站結(jié) 構(gòu)的最終影響， 為調(diào)整凍結(jié)施工參數(shù)提供依據(jù)。 通過調(diào)整鹽水流量和鹽水溫度來控制凍結(jié)壁 厚度，使其保持在設(shè)計值左右。( 7 )由于凍結(jié)壁解凍時有少量收縮，從而使地層產(chǎn)生融沉，可能給上部一號線上體館 站帶來不良影響。為此，施工時在隧道襯砌上預(yù)留注漿管，在凍結(jié)壁化凍過程中進(jìn)行注漿， 以補(bǔ)償?shù)貙尤诔痢? 8)停凍后采取強(qiáng)制化凍措施，以盡快化凍，恢復(fù)穿越段附近地層的水土壓力，減小 地鐵一號線車站底板沉降，縮短融沉補(bǔ)償注漿工期。4 、凍結(jié)壁質(zhì)量保證措施( 1 )凍結(jié)壁邊界保溫。穿越段頂部和東西兩側(cè)均為原地鐵車站混凝土結(jié)構(gòu)，屬易散熱 體。為了保證凍結(jié)壁質(zhì)量，施工中對

9、這 3 側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)暴露面采用現(xiàn)場噴涂聚胺脂泡沫層 的方法保溫， 收到了較好效果。( 2)在凍結(jié)壁兩端處的地鐵一號線車站地下連續(xù)墻表面敷設(shè)冷凍排管，以加強(qiáng)凍結(jié)壁 與連續(xù)墻交界面處的凍結(jié)。( 3)控制凍結(jié)孔與地鐵一號線車站底板間的距離。由于混凝土散熱比土層要容易得多， 會嚴(yán)重影響車站底板和地下連續(xù)墻附近土層的凍結(jié)速度和凍土強(qiáng)度，進(jìn)而影響凍結(jié)壁的整體穩(wěn)定性和封水性。 為此，設(shè)計要求位于地鐵一號線車站底板下的凍結(jié)孔要盡量靠近底板布置， 并在車站底板下挨近底板布置兩個凍結(jié)孔， 確保車站底板下的凍結(jié)壁厚度與溫度達(dá)到設(shè)計要求。（ 4 ）為了確保凍結(jié)壁與對側(cè)地下連續(xù)墻之間沒有影響安全的薄弱環(huán)節(jié)，穿越段外圍凍

10、 結(jié)壁側(cè)墻和底板的主凍結(jié)孔必須穿透對側(cè)地下連續(xù)墻， 同時凍結(jié)管進(jìn)入對側(cè)地下連續(xù)墻內(nèi)不 得小于 400mm 。（ 5 ）加強(qiáng)凍結(jié)過程中的檢測和控制。通過檢測和控制各凍結(jié)孔的鹽水流量和鹽水溫度， 使凍結(jié)壁快速均勻發(fā)展。 在穿越段開挖過程中， 通過對凍結(jié)壁暴露面和支護(hù)層的溫度、 變形 以及地鐵一號線上體館站結(jié)構(gòu)變形等的監(jiān)測， 判斷凍結(jié)壁質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求， 凍結(jié)施工 是否會對地鐵一號線上體館站的正常運(yùn)行和穿越段開挖造成不良影響， 并根據(jù)具體情況， 及 時調(diào)整凍結(jié)時間、凍結(jié)鹽水溫度和鹽水流量，確保開挖施工安全順利。5 、結(jié)語（ 1 ）穿越段凍結(jié)施工中提出的 “田 ”字形凍結(jié)壁設(shè)計，夯管法與鉆進(jìn)法相結(jié)

11、合的凍結(jié)孔 施工技術(shù)， 控溫凍結(jié)與間歇凍結(jié)相結(jié)合的凍脹控制技術(shù)， 以及凍結(jié)壁界面處加強(qiáng)凍結(jié)措施， 符合工程特點(diǎn)， 地層加固效果好， 為穿越段安全順利施工創(chuàng)造了良好條件， 同時確保了穿越 段上方地鐵一號線車站結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及地鐵運(yùn)營安全。（2 ）采用夯管法結(jié)合鉆進(jìn)法的凍結(jié)孔施工技術(shù)， 解決了在流砂地層中施工凍結(jié)孔時 （尤 其是穿透對側(cè)地下連續(xù)墻時）容易發(fā)生水砂突出的問題； 并且施工工藝簡單，效率較高，施 工質(zhì)量完全能滿足凍結(jié)施工安全的需要。（ 3 ）實(shí)測顯示，凍脹引起的地鐵一號線車站底板隆起主要發(fā)生在凍結(jié)壁交圈期間；車 站底板凍脹隆起總量在 3mm 以內(nèi)，與預(yù)計值接近，未超過規(guī)定值。這表明控溫凍結(jié)和間 歇凍結(jié)等抑制凍脹的措施對控制地層凍脹隆起具有明顯的作用。（ 4 ）施工中合理布置凍結(jié)孔，同時采取在凍結(jié)壁易散熱界面上噴涂聚胺脂泡沫層和敷 設(shè)冷凍排管等保溫與加強(qiáng)凍結(jié)措施， 使凍結(jié)壁與老結(jié)構(gòu)之間基本不存在凍結(jié)薄弱區(qū)， 對保證