凍結(jié)施工方案設(shè)計(jì)

1、凍結(jié)施工方案設(shè)計(jì)由于穿越段開(kāi)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(shí)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(chē)站，要求施工引起的原地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)沉降要控制在毫米級(jí)以?xún)?nèi)，對(duì)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(xiǎn)，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?chē)貙蛹敖ㄖ镒冃蔚碾y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)可靠，對(duì)施工條

2、件要求寬，國(guó)際工程界認(rèn)為它是在其他地層加固方法難以應(yīng)用時(shí)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(shí)會(huì)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(shí)又會(huì)發(fā)生收縮融沉，且收縮量可以超過(guò)凍脹量，從而使周?chē)貙映霈F(xiàn)明顯隆起和沉降現(xiàn)象，引起周?chē)ㄖ镆莆换虍a(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(hào)線車(chē)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)薄第三是在擬開(kāi)挖隧道從而影響凍結(jié)維護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與封水性。弱區(qū)，周?chē)┕鼋Y(jié)鉆孔和安裝凍結(jié)管難度較大，鉆孔時(shí)容易發(fā)生水砂

3、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(jì)參數(shù)見(jiàn)附表。凍結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最低鹽水溫度為-28-30°C,維護(hù)凍結(jié)鹽水溫度為-20C，單孔鹽水流量為57m3/h.每條隧道計(jì)算需冷量為470MJ/h，實(shí)際裝機(jī)制冷量為700MJ/ho3、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(kāi)孔工藝，以防鉆透地下連續(xù)墻時(shí)大量出泥出水。一次開(kāi)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(kāi)孔鉆進(jìn)完畢，下入孔口管并安裝閥門(mén)，接著進(jìn)行二次開(kāi)孔鉆進(jìn)，直至鉆透連續(xù)墻。連續(xù)墻鉆透后，立即退出開(kāi)孔鉆頭,關(guān)閉閥門(mén)。）用夯管法下凍結(jié)管，夯管和鉆進(jìn)時(shí)安裝類(lèi)似

4、軸封的孔口2（止水裝置。對(duì)于需要穿透對(duì)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(duì)側(cè)連續(xù)墻墻面），然后用鉆機(jī)在套管中鉆透對(duì)側(cè)連續(xù)墻，再用夯管法下入凍結(jié)管。鉆進(jìn)對(duì)側(cè)地下連續(xù)墻時(shí)，鉆頭部位安裝逆止閥和巖心管。（3）下完凍結(jié)管后，對(duì)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(shí)，在泄壓管內(nèi)裝滿(mǎn)三合土，以防夯進(jìn)泄壓管時(shí)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(shí)，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(kāi)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(guò)放水、排泥來(lái)減小凍結(jié)壁內(nèi)

5、的水土壓力和消散作用在地鐵一號(hào)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(shí)，可從泄壓孔泄水或排除部分土體。施中可根據(jù)車(chē)站結(jié)構(gòu)及地層變形監(jiān)測(cè)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(hào)線上體館站底板附近增設(shè)凍結(jié)孔和加熱孔各1個(gè)，加熱孔兼作測(cè)溫孔。根據(jù)工程監(jiān)測(cè)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(guò)在加熱孔中循環(huán)熱水來(lái)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(shí)，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(chē)站底板下邊的溫度處在-5T0°C之間，實(shí)現(xiàn)了在保證凍土強(qiáng)度的情況下，

6、盡量減小車(chē)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脹和強(qiáng)度特性變化，分5步進(jìn)行凍結(jié)。其中一號(hào)線上體館站底板下第2、第3個(gè)凍結(jié)孔晚開(kāi)凍7d,以便形成緩凍層，減小凍脹力。（4）在積極凍結(jié)過(guò)程中，待地鐵一號(hào)線車(chē)站底板隆起接近警戒值時(shí)，立即減少車(chē)站底板下12m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(chē)站底板上的凍脹力，從而達(dá)到減小車(chē)站底板隆起量的目的。（5）在靠近上體館車(chē)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(chē)站底板變形監(jiān)測(cè)情況，必要時(shí)可拔

7、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(duì)凍結(jié)過(guò)程中車(chē)站結(jié)構(gòu)的變形或受力變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析凍結(jié)施工對(duì)車(chē)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(guò)調(diào)整鹽水流量和鹽水溫度來(lái)控制凍結(jié)壁厚度，使其保持在設(shè)計(jì)值左右。（7）由于凍結(jié)壁解凍時(shí)有少量收縮，從而使地層產(chǎn)生融沉，可能給上部一號(hào)線上體館站帶來(lái)不良影響。為此，施工時(shí)在隧道襯砌上預(yù)留注漿管，在凍結(jié)壁化凍過(guò)程中進(jìn)行注漿，以補(bǔ)償?shù)貙尤诔?。?）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(hào)線車(chē)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(chē)

8、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(duì)這3側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)暴露面采用現(xiàn)場(chǎng)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(hào)線車(chē)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(hào)線車(chē)站底板間的距離。由于混凝土散熱比土層要容易得多，會(huì)嚴(yán)重影響車(chē)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(jì)要求位于地鐵一號(hào)線車(chē)站底板下的凍結(jié)孔要盡量靠近底板布置，并在車(chē)站底板下挨近底板布置兩個(gè)凍結(jié)孔，確保車(chē)站底板下的凍結(jié)壁厚度與溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（4）為了確保凍結(jié)壁與對(duì)側(cè)地下連續(xù)墻之間沒(méi)有影響

9、安全的薄弱環(huán)節(jié)，穿越段外圍凍結(jié)壁側(cè)墻和底板的主凍結(jié)孔必須穿透對(duì)側(cè)地下連續(xù)墻，同時(shí)凍結(jié)管進(jìn)入對(duì)側(cè)地下連續(xù)墻內(nèi)不得小于400mm。（5）加強(qiáng)凍結(jié)過(guò)程中的檢測(cè)和控制。通過(guò)檢測(cè)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(kāi)挖過(guò)變形以及地鐵一號(hào)線上通過(guò)對(duì)凍結(jié)壁暴露面和支護(hù)層的溫度、程中，體館站結(jié)構(gòu)變形等的監(jiān)測(cè)，判斷凍結(jié)壁質(zhì)量是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，凍結(jié)施工是否會(huì)對(duì)地鐵一號(hào)線上體館站的正常運(yùn)行和穿越段開(kāi)挖造成不良影響，并根據(jù)具體情況，及時(shí)調(diào)整凍結(jié)時(shí)間、凍結(jié)鹽水溫度和鹽水流量，確保開(kāi)挖施工安全順利。5、結(jié)語(yǔ)（1）穿越段凍結(jié)施工中提出的“田”字形凍結(jié)壁設(shè)計(jì)，夯管法與鉆進(jìn)法相結(jié)合的凍結(jié)孔施工技術(shù)

10、，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(shí)確保了穿越段上方地鐵一號(hào)線車(chē)站結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及地鐵運(yùn)營(yíng)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(shí)（尤其是穿透對(duì)側(cè)地下連續(xù)墻時(shí)）容易發(fā)生水砂突出的問(wèn)題；并且施工工藝簡(jiǎn)單，效率較高，施工質(zhì)量完全能滿(mǎn)足凍結(jié)施工安全的需要。（3）實(shí)測(cè)顯示，凍脹引起的地鐵一號(hào)線車(chē)站底板隆起主要發(fā)生在凍結(jié)壁交圈期間；車(chē)站底板凍脹隆起總量在3mm以?xún)?nèi)，與預(yù)計(jì)值接近，未超過(guò)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(duì)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(shí)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(duì)保證施