大流速下凍結(jié)法施工遇到的問題與對策

1、大流速下凍結(jié)法施工遇到的問題與對策摘要：采用凍結(jié)法止水在地下工程和煤炭系統(tǒng)已廣范采用，在靜水或低流速下的地層凍結(jié)成功率較高，但在大流速下的地層凍結(jié)成功在國內(nèi)尚屬首例。介紹深圳地鐵一期工程4A標段暗挖隧道工程在大流速地下水的地層環(huán)境下施工所采取一系列措施，成功實現(xiàn)了凍結(jié)法止水施工，確保了隧道平安、快速施工。關健詞：地下水流速凍結(jié)措施深圳地鐵一期工程4A標段為單洞雙層重疊式隧道，采用暗挖法施工。線路經(jīng)由東向西，先后穿越廣深鐵路橋，解放路人民橋和布吉河。區(qū)間遂道拱頂距布吉河底僅10，其開挖段曾是古河道回填，地面上廣深鐵路橋?qū)_動要求高，遂道開挖前，先對遂道范圍內(nèi)地層進展了旋噴樁加固止水施工，因地下水

2、位變化及流速極大，造成原旋噴樁沒有膠成圈，無法起到止水作用，在豎井開挖過程中出現(xiàn)幾次大的突水涌沙事故，致使廣深鐵路橋產(chǎn)生不均勻沉降，直接威脅廣深鐵路橋的平安。為保證工程的順利進展，經(jīng)有關專家多方論證比選，決定在鐵路橋下(SK2+X013+056段)采用凍結(jié)法止水(見圖1)。在凍結(jié)過程中，通過對測溫數(shù)據(jù)的分析判斷，采取一系列行之有效的措施，順利地完成了凍結(jié)施工任務，創(chuàng)始了常規(guī)凍結(jié)法解決復雜水文地質(zhì)條件下技術難題的先例。1工程地質(zhì)及水文條件本標段地層上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4l)、海沖積層(Q4+al)及第四系殘積層(Qel)下伏震旦系(Z)花崗片麻巖及燕山期花崗巖(rs3)。主要為粉質(zhì)粘性

3、土層(1.2-4.1)(粉、中、礫)砂層(0-6)和殘積礫質(zhì)粘性土(0-19.2);下伏基巖為燕山期花崗巖(rs3)，布吉河床下12.0左右即有微風化層出露。在豎井出現(xiàn)幾次大的涌水涌砂后，對該地層進展了補勘，根據(jù)地質(zhì)報告，該地層自上而下0-4為回填土，4-9為礫沙層，9-12為卵石層，12-15為殘積層，15以下為強、中、微風化花崗巖。場地地下水類型按賦存介質(zhì)可分為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。第四系空隙潛水主要賦存于圓礫、砂類土、粘性土及殘積層中，卵石、圓礫及砂類土中地下水含量豐富，透水性好，屬強一特強透水層，為本場地主要含水層。粘性土地下水含量較少，透水性較差，為弱含水層;基巖裂隙水主要賦存

4、于基巖節(jié)理裂隙中，由于受區(qū)域構造影響，基巖裂隙發(fā)育，風化裂隙多為細小的網(wǎng)狀裂隙，被風化礦物充填，其含水量相對較少，透水性相對較弱，為弱含水，弱透水層;部分地下水微具承壓性1。地下水主要補給來源為大氣降水及布吉河水。雨季河水補給地下水，早季地下水補給河水，地下水與布吉河水水力聯(lián)絡較為嚴密。本段區(qū)間地質(zhì)勘探期間地下水埋深1.7-6.3，水位變幅0.5-2.0。地下水流向整體為自北向南，地下水溫約26。2凍結(jié)設計采取的措施該地層屬于布吉河古河道回填，距如今布吉河只有120，主要含水層與布吉河存在較強水力聯(lián)絡。地下水豐富，水溫高，流速大。為保證止水帷幕效果，凍結(jié)深度應穿過強風化帶，進入中風化花崗巖，同

5、時凍結(jié)止水帷幕施工中可能出現(xiàn)凍脹融沉問題，根據(jù)工程地質(zhì)資料，表層回填土具有弱膨脹性，下部砂礫層、卵石層不具膨脹性1，為確保凍結(jié)止水帷幕順利形成，防止凍融危及廣深鐵路橋的平安。設計上采取如下措施。(1)縮小凍結(jié)孔間距，將凍結(jié)孔間距縮為0.7，進步凍結(jié)交圈才能。(2)加大凍結(jié)管徑，采用直徑127、壁厚4.5無縫鋼管作為凍結(jié)管，以進步凍結(jié)器的凍結(jié)才能。(3)凍結(jié)壁設計盡可能遠離大橋基矗轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.凍結(jié)設計參數(shù)見表1所列。3凍結(jié)中遇到的問題凍結(jié)孔施工完成和凍結(jié)機組安裝調(diào)試完畢后開場凍結(jié)，1周后鹽水溫度降到-26，開場對測溫孔、凍結(jié)孔縱向溫度及水位觀測孔進展監(jiān)測，通過連續(xù)的數(shù)據(jù)分析比擬發(fā)現(xiàn):在

6、A,E線10程度測點溫度下降很慢，平均下降不到0.1/d。對凍結(jié)孔縱向鹽水溫度測量檢查，其結(jié)果與測溫孔反映的情況完全一致，10程度溫度均明顯偏高。根據(jù)測溫孔監(jiān)測數(shù)據(jù)情況反響，在10附近存在較高的地下水流速，冷凍管冷量大量被地下水帶走，造成該段測溫偏高，如不采取有效措施，凍結(jié)壁將無法形成。4原因分析(1)地質(zhì)條件變化。根據(jù)地質(zhì)資料，該凍結(jié)段地處古河道，在河道底部卵礫石附存較厚，粒徑較大。在凍結(jié)以前該區(qū)進展了旋噴樁和樁基托換工程，在挖孔樁施工時，曾進展了長達6個月的大量抽水，另外豎井開挖過程中出現(xiàn)幾次大的突水，從而使卵礫地層中原始充填物被沖刷帶走，使地層透水性大大增加。(2)水力坡度大，地下水流速

7、大。根據(jù)測試，8-12程度溫度偏高，說明該區(qū)段地下熱交換很大，致使凍結(jié)管冷量散失嚴重，地下水流速太大是該地層降溫緩慢的主要原因。為進一步分析，對該區(qū)域地下靜水位進展實測，從測試數(shù)據(jù)反映，該區(qū)地下靜水位自北向南逐漸降低，而且高差大，水力坡度大。其中1號參考井比1號水文孔靜水位在24的間隔 之內(nèi)相差2.01，水力坡度到達8%。加之地層透水性的增加，致使該區(qū)段地下水流速大大增加，凍結(jié)管所供冷量被水流大量帶走，從而導致上述區(qū)段溫度偏高。根據(jù)凍結(jié)管冷量散失情況，其流速可達40-60/d，遠遠大于原地質(zhì)資料15/d流速，致使8-12程度凍結(jié)緩慢，尤其是E25-E30,A18-A22孔，10程度10多d溫度

8、一直不降，且偶有上升趨勢;而其他程度測點溫度下降正常。因此，必須采取有效措施，否那么凍結(jié)帷幕根本無法形成。5處理措施處理措施有兩種:采用液氮或干冰實行強化凍結(jié);采取封、堵、泄等措施減小地下水流速，降低鹽水溫度，縮小凍結(jié)孔間距來保證凍結(jié)壁的形成2)。通過技術經(jīng)濟比擬，如采取液氮或干冰凍結(jié)，在大區(qū)域內(nèi)施工其費用相當高。最后確定采取第2種措施，詳細如下。(1)增加1臺凍結(jié)機組，加大制冷才能，積極降溫。(2)在水流上方E線外側(cè)設置降水井，降低上游水位，降低凍結(jié)止水帷幕區(qū)地下水水力坡度，到達減小地下水流速的目的。(3)根據(jù)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，在凍結(jié)區(qū)薄弱處增打注漿孔，從地面灌注水泥一水玻璃漿液充填卵礫孔隙，減

9、少地層的浸透性，減小流速。4)在E線凍結(jié)段最薄弱處增打加強凍結(jié)孔，加快凍結(jié)壁的開展。6處理效果1)測溫情況。從測溫數(shù)據(jù)可看出，E線孔10程度在采取措施前5d只降了0.4，采取輔助措施后5d下降了2.3，其降溫速度是原來的6倍，15d后E線孔10程度溫度已經(jīng)到達-5.3，凍結(jié)壁厚度到達1.25。(2)水文情況。采取措施前，1號參考水位井比1號水文孔高2.01。降水井降水后，帷幕內(nèi)外靜水位其本保持一致，地下水流速得到了有效的控制，溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)正常,15d后，E線最薄弱處10程度溫度已到達-5.3，為檢驗凍結(jié)壁交圈情況，停頓降水井降水。通過水位測量，帷幕外1號參考水位孔1d水位上漲了3.64，而帷幕內(nèi)水文3號孔水位不但沙漲，反而降了20(豎井壁滲水)。這說明帷幕內(nèi)外水力聯(lián)絡己被隔斷，凍結(jié)止水帷幕順利形成。(3)凍結(jié)帷幕止水效果。凍結(jié)帷幕形成后，轉(zhuǎn)人凍結(jié)維護期，在暗挖隧道開場施工前，通過超前程度鉆孔探測，帷幕內(nèi)根本無水，給隧道施工提供了便利，既保證了隧道施工平安和施工進度，也保證了廣深鐵路橋的平安。7結(jié)語(1)在地下水流速大的地區(qū)利用常規(guī)凍結(jié)法加輔助措施成功施行大流速下的凍結(jié)施工，為我國凍結(jié)史上填補了一項大流速的凍結(jié)施工空白。(2)深圳地鐵4A標段凍結(jié)帷幕的成功施行，給