地铁联络通道冻结法施工关键技术

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1、地铁联络通道冻结法施工关键技术科技信息工程技术地铁联络遇追冻结法旋工关键技术天津市地下铁道集团张政勃朱亚坤李超[摘要]本文以天津地铁2号线某区间联络通道的施工为例,介绍"隧道内水平冻结加固土体和矿山法开挖构筑"法在复杂地质条件下的联络通道施工中的应用,对冻结加固设计,施工技术及融沉控制等进行了论述.该工程设计与施工的成功经验对同类工程具有一定的参考价值,可供类似工程参考.[关键词]联络通道冻结开挖施工0.引言地铁联络通道常用的施工方法有明挖法,管棚法,土体加固暗挖法,顶管法,小型盾构法,土层冻结法等,它们各有其优势与不足,因不同的工况条件有着不同程度的应用.土层冻结法因具有防水效果好,对周

2、围环境影响小等特点,它与矿山暗挖法相结合后被广泛用于软弱土层及含水砂层的地下工程施工中卅.1.工程概况本联络通道中心线间距13.788m,所在位置的轨面高程为左一l6.800m,右线一16.803m,由与隧道管片相接的喇叭口,水平通道和泵站构成.构筑联络通道所在位置隧道管片为钢管片,隧道内径为5.5m,管片厚度350mm.衬砌采用二次衬砌方式;I时支护层和永久结构层之间设防水层,联络通道主体结构为直墙拱形钢筋混凝土结构,见图1.施工深度范围内的地层主要为④4淤泥质粉质粘土层,⑤1粉质粘土,⑥1粉质粘土层,⑥2粉土和7.粉质粘土层,如图2.这些土层土含粉性土颗粒较重,在一定的水动力条件下易产

3、生流砂和涌砂现象,含水量高,孔隙比大,灵敏度高,颗粒较细,具较高的触,流变特征等不利施工的地质因素,为此,拟采用隧道内水平冻结加固地层,然后用矿山法构筑施工.图1联络通道结构图图2联络通道地质柱状图2.冻结加固设计2.1冻结孑L布置原则冻结孔布置要能达到冻土帷幕设计厚度;开孑L位置误差不宜大于100mm,应避开管片接缝,螺栓,主筋和钢管片肋板;冻结孔采用从两侧对打双排冻结孑L,可以满足冻结帷幕厚度和管片交界面封水的要求【3J.2.2冻结孔,测温孔和卸压孑L布置联络通道冻结孑L的布置采取从左,右线隧道两侧打孑L方式进行.冻结孔按上仰,水平,下俯三种角度布置,共布置冻结孔64个,冷冻站一侧46

4、个,对侧18个,其中4个穿透孔,总长度526m,最大允许间距1.2/1.6m;测温孔布置9个,冷冻站侧布置4个,对侧布置5个,长度2～6m;卸压孔布置在冻结帷幕封闭区域内,左线,右线各2个,长度1～3m.冻结管规格为中89×8mm,测温管及卸压管规格为中38×3.5illm一354一,材料均为20#低碳钢无缝管.布置见图3.图3冻结孔平面布置图23冻结制冷系统2.3.1冻结制冷设备选型冻结需冷量:Q=1.2??d?h?q=43×l&Kcal/h,式中:h为冻结总长度13.788m;d为冻结管直径O.133m;q为冻结管散热系数6.223×10Kcal/h×m:计算得需冷量4.3×1

5、04Kcal/h.按照设计要求,冷冻机选用W—YSLGF300II型螺杆机组二台套,一台运转,一台备用.单台机组设计工况制冷量为8.75×104Kcal/h,电机功率l10KW,完全满足联络通道的制冷需求.通道盐水循环泵选用IS150—125--315型1台,流量200m3/h,电机功率30KW;通道冷却水循环选用IS150—125--315型1台,流量200m3/h,电机功率30KW;冷却塔选用KST-80型2台,补充新鲜水15m3/h.2.3.2管路设计供液管选用中45X3.5ram钢管,采用焊接连接;盐水干管和集配液圈选用中159×6mm无缝钢管;冷却水管选用133×4.5ram无缝

6、钢管;集配液圈与冻结管的连接用高压胶管,每组冻结管的进出口各装阀门一个,以便控制流量.2.4冻结系统及管片保温盐水管路经试漏,清洗后用保温板或棉絮保温,保温厚度为50mm,保温层的外面用塑料薄膜包扎;冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温,盐水箱和盐水干管用50mm厚的保温板或棉絮保温.由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多,为加强冻结帷幕与管片胶结,联络通道两侧管片表面采取保温措施,将钢管片格栅内用素砼填充密实,然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温.保温范围为设计冻结壁边界外2m.2.5极冻结与维护冻结该联络通道冻土帷幕厚度设计如下:水平通道外围冻土帷幕有效厚度为2

7、m,喇叭口1.5m,冻土帷幕平均温度为<一lO~C.2.5.1积极冻结冻结系统经凋试和试运转正常后即可进入积极冻结阶段.此阶段为,冻结帷幕的形成阶段,积极冻结期盐水温度为一28~C—.30~C,设计冻结时间4O天,要求冻结孔单孔流量不小于5m~/h;积极冻结7天盐水温度降至一18℃以下,积极冻结15天盐水温度降至一24℃以下,去回路温差不大于2℃;开挖时盐水温度降至一28℃以下.如盐水温度和盐水流量达不到设计要求,