凍結(jié)法施工中的應(yīng)用

1、凍結(jié)法在廣州地鐵3號線施工中的應(yīng)用在富水性地基土中暗挖法施工地鐵工程，采用人工凍結(jié)地層開挖及結(jié)構(gòu)施工，闡述了凍 結(jié)法加固地基土機理及施工工藝，通過測溫和沉降監(jiān)測，分析凍結(jié)法隧道施工過程中土層溫 度、荷載與沉降的關(guān)系。1工程概況廣州市軌道交通3號線天河客運站折返線位于廣州市天河區(qū)廣汕公路。折返線斜穿 廣汕公路和沙河立交橋，附近有新天河商貿(mào)城和其他商鋪建筑。由于該區(qū)段道路兩側(cè)地下管 線縱橫交錯，數(shù)目較多，廣汕公路是連接廣州與汕頭、增城之間的重要交通干道，交通繁忙， 不能封路施工。因此擬采用暗挖法施工，避免明挖所帶來的地下管線改移困難，以及受沙河 立交橋引橋的限制。折返線設(shè)計起始里程為支YDK0+3

2、69.200，終點里程支YDK0+230.40， 長138.8 m。在施工區(qū)段內(nèi)，隧道坡度為2%。,隧道頂面距離地表最小約為8 m，最大開挖跨 度約為13.4 m。折返線隧道圍巖地質(zhì)條件見表1，其中沖洪積砂層2為主要含水層，強透水，富水 性好，根據(jù)初勘、詳勘抽水試驗，砂層滲透系數(shù)K=15m/d,為強透水性地層；4、5層為花 崗巖殘積土及全風(fēng)化層，具有一定的透水性，富水性一般，但由于遇水易軟化崩解，穩(wěn)定性 差?？傮w來講，隧道的水文地質(zhì)條件較差，涌水量較大，采用暗挖法施工時，隔水成為一 大難題。雖然采用群井法來降低水位或地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)能達到一定的效果，但其對周圍 環(huán)境的影響和過高的成本令人難以

3、接受?；谶@種現(xiàn)狀，采用人工地層凍結(jié)方法（簡稱凍結(jié) 法）作為工程中特殊的地層臨時加固措施。根據(jù)廣州地鐵3號線天河客運站折返線隧道的地 質(zhì)條件，決定對其采用水平凍結(jié)法加固地層，淺埋暗挖法開挖、襯砌，采用全斷面帷幕凍結(jié)。 在隧道周圍布置水平凍結(jié)孔，并在凍結(jié)孔中循環(huán)低溫鹽水，使凍結(jié)孔附近的含水地層結(jié)冰， 形成強度高、封閉性好的凍結(jié)壁（凍土帷幕），然后在凍結(jié)壁的保護下運用礦山法進行隧道開 挖與構(gòu)筑施工。扔返線睦道桐巖地質(zhì)條件匕居*稱平均叩痍燦潘透系數(shù)1-中1桐質(zhì)粘t2.602 12020.7舞13怙質(zhì)粘性上3.536.1# yy.14忡質(zhì)粘性上y.4 7以iy 處5全風(fēng)化花崗巖7.倒222W.58強風(fēng)

4、化花崗巖252W.52 凍結(jié)法的加固機理及施工工藝2.1 加固機理凍結(jié)法加固地層的原理及一般過程為1, 2, 3：利用人工制冷技術(shù)，在凍結(jié)孔中循環(huán) 低溫鹽水，使地層中的水凍結(jié)成冰，將天然巖土變成人工凍土，在要開挖體周圍形成封閉的 連續(xù)凍土帷幕，使其彈性模量增大，進而增加凍土帷幕的強度與穩(wěn)定性；以抵抗土壓、水壓 并隔絕地下水與開挖體之間的聯(lián)系;然后在該封閉凍土帷幕保護下進行開挖與永久支護的施工。2.2施工工藝凍結(jié)法施工工藝：施工準(zhǔn)備凍結(jié)孔施工，同時安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)一一安裝凍結(jié)鹽水系統(tǒng)和檢測系統(tǒng) 積極凍結(jié)試挖一一隧道掘進與初襯施工，維護凍結(jié)停止凍結(jié)。折返線隧道全長138.8 m,均分為南、北兩段，

5、每段71.9 m。南段先行打鉆，再轉(zhuǎn)入 北段打鉆，然后折返線隧道全長同時凍結(jié)，從折返線隧道兩端相對同時開挖、初襯；隧道開 挖前凍結(jié)時間為90 d，并保證末端搭接凍結(jié)范圍大于5m。凍結(jié)鹽水溫度，積極期為-25 -30C，維護期為-22-25C ；凍結(jié)壁平均溫度為-8C；凍結(jié)孔單孔鹽水流量為46 m3/h。 3監(jiān)測結(jié)果及分析 3.1測孔布置施工期做好跟蹤監(jiān)測，測溫孔1#、2#、3#及沉降觀測孔S1、S2、S3位置如圖1所 示。3.2 監(jiān)測結(jié)果對測溫孔的監(jiān)測結(jié)果如圖2一圖4所示，沉降監(jiān)測結(jié)果見圖5。AfM捐圖Z溯此孔已世匿深度的變化. HIM一。建套 DWS若 管-遺騷胃球尊有號段送應(yīng)茨3.3對監(jiān)測

6、結(jié)果進行分析測孔溫度隨深度的變化為：地表和地層深處這兩端的溫度比中間部位的溫度明 顯偏高，逐漸接近地層原始溫度。由圖1、2、4可知：在土層的相應(yīng)不同深度處，測溫孔1和2的凍結(jié)效果相 當(dāng)，溫度比較接近，導(dǎo)致附近兩沉降觀測孔的沉降量相近；由于測溫孔S2位置處的地面 荷載較大，且地面溫度略高于測孔S1，導(dǎo)致測孔S2處的前沉降略大于測孔S1；但由于 測溫孔2地層內(nèi)部溫度略低于測溫孔1，所以后期沉降量減小，且最終沉降量偏小。測孔S3的凍結(jié)效果比較好，地層溫度從地表到68 m處均處于0C - 15C， 地層沉降量始終比測孔S1和S2的沉降量小得多。在整個施工監(jiān)測過程中，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯下滑、沉降隨時間迅速增長的現(xiàn)象，這說 明凍土帷幕對內(nèi)襯結(jié)構(gòu)提供了足夠的摩擦力，可抵抗內(nèi)襯因自重應(yīng)力引起的下滑。4結(jié)語土層的沉降