冻结法施工在地铁中的应用

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1、冻结法施工在地铁施工中的应用天津滨海新区投资控股有限公司内容提要本文通过对冷冻法的施工原理和施工过程简述，为今后类似工程提供参考依据。关键词冻结帷幕地铁1工程概况林地铁一期工程4A标段区间起讫里程为YSK(ZSK)2+001.7〜+260,线路走向由东向西，位于现状道路下，先后穿越铁路桥、现状立交桥、现状河流，全长258.3m，地下各种管道、管线众多。除1号竖井(SK2+056〜SK2+070)明挖施工外，其余为暗挖施工，暗挖隧道设计为单洞双层。根据本工程的勘察资料，本段区间地层在勘探揭示深度范围内上覆第四系全新统人工堆积层(Q，)、海冲积层(Q广］)及第四系残积层(Qel)

2、,下伏震旦系(Z)花岗片麻岩。该区域地下水主要补给来源为大气降水及河水。雨季河水补给地下水，旱季地下水补给河水，地下水与河水水力联系较为紧密。该区域地下含水层含水丰富，补给条件充足，特别是在14m以上的强渗透层，其渗透流速最大可达到15m/d,通过渗透流速反算的渗透系数达150m/do竖井以东YSK2+013〜YSK2+056段拱部开挖轮廓线以内局部位于砾砂层和卵石层中，该种地质属强透水层，结构松散，自承力极差，为VI级围岩，极易产生突水、涌砂、坍塌胃顶等现象。上部乂有铁路桥通过，为冻结法施工在地铁施工中的应用天津滨海新区投资控股有限公司内容提要本文通过对冷冻法的施工原理和施

3、工过程简述，为今后类似工程提供参考依据。关键词冻结帷幕地铁1工程概况林地铁一期工程4A标段区间起讫里程为YSK(ZSK)2+001.7〜+260,线路走向由东向西，位于现状道路下，先后穿越铁路桥、现状立交桥、现状河流，全长258.3m，地下各种管道、管线众多。除1号竖井(SK2+056〜SK2+070)明挖施工外，其余为暗挖施工，暗挖隧道设计为单洞双层。根据本工程的勘察资料，本段区间地层在勘探揭示深度范围内上覆第四系全新统人工堆积层(Q，)、海冲积层(Q广］)及第四系残积层(Qel),下伏震旦系(Z)花岗片麻岩。该区域地下水主要补给来源为大气降水及河水。雨季河水补给地下水，旱

4、季地下水补给河水，地下水与河水水力联系较为紧密。该区域地下含水层含水丰富，补给条件充足，特别是在14m以上的强渗透层，其渗透流速最大可达到15m/d,通过渗透流速反算的渗透系数达150m/do竖井以东YSK2+013〜YSK2+056段拱部开挖轮廓线以内局部位于砾砂层和卵石层中，该种地质属强透水层，结构松散，自承力极差，为VI级围岩，极易产生突水、涌砂、坍塌胃顶等现象。上部乂有铁路桥通过，为确保现状铁路桥安全，经专家论证，决定对该区段采用冻结帷幕止水方案。2冷冻施工技术2.1冷冻法原理2.1.1冻土的形成过程冻土的形成过程，实际上是土层中地下水结冰后将固体颗粒胶结成整体的物理

5、力学性质发生质变的过程,也是消耗冷量最多的过程,如图1所示，地层中水的冻结过程可以划分为五个阶段：段：土体冰段：8LT时茄）1冷却向土层供冷初期，逐渐降温以达到占.2过冷土体降温至0°C1冻土中水冻过程曲线图以下时，自巾水尚不结冰，呈现过冷现象；3一一突变段：水过冷后一旦结晶，就立即放出结冰潜热，出现升温现象;4一一冻结段：温度上升接近0°C时稳定下来，土体中的水便产生结冰（t4）过程，将矿物颗粒胶结成整体，形成冻土；5一一冻土继续冷却段：随着温度的降低，冻土的强度逐渐加大。2.1.2冻土的组成冻土有三部分组成：骨架、冰和未冻水。骨架：矿物颗粒是冻土多相和多成分体系的主体，颗

6、粒大小和形状直接影响冻土的性质，矿物成分对冻土的形成过程（冰的形成速度、膨胀等）和性质都有很大的影响。冰：水结冰时体积约增大9.07%，密度减小8.31%。未冻水：土壤冻结是随吋间而变化的复杂热过程，土中孔隙水是逐渐冻结的。实际上冻土中在任何负温下总有一部分水保持未冻状态与冻土共存，在一定范围内土壤处于巾融土经塑性过渡到坚硬冻土的中间状态，而不同土壤的过渡状态温度是不同的，即冻土中的未冻水含量取决于冷却温度、压力及矿物颗粒或有机物的性质，而冷却温度是影响未冻水含量的主要因素。负温值的微小变化都会引起冻土内未冻水含量的变化。2.2冻结帷幕设计冻结壁属弹性-粘滞体，在外荷载作用下

7、呈弹性区和塑性区，并产生塑性变形，如塑性区或塑性变形超过允许值，冻结壁和冻结管可能遭受破坏。因此，冻结壁厚度既要满足强度条件乂要满足变形条件要求，经过验算，冻结壁厚度设计为1.0m时能满足要求。2.2.1冻结孔深度的确定根据该段的实际地质资料及冻结的效果，确定该段冻结深度为25m，以进入微风化花岗片麻岩为准，保证冻结底垫的形成，确保隧道开挖及支护施工安全。2.2.2冻结孔间距的确定根据现场条件，因地下水流速较大，为提高冻土发展速度，增强抵抗地卞水流速较大的能力，尽快形成冻结壁，采用布孔小间距，盐水大流量