冻结法在地铁施工中的应用与研究

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1、土星丝丛隧络通鲎遮结蟹趣王拉盔扭生班直摘要本文针对冻结法在地铁联络通道施工中的关键技术进行了系统研究，获得了冻结施工所需的土层冻结特性参数、比较了冻土帷幕结构计算模型、解决了隧道水平冻结施工的关键技术问题、对冻土帷幕的形成过程和冻结效果进行了系统监测。通过大量的实际工程应用，证明水平冻结技术是一项较安全可靠、适应性较好的施工方法。土汪地鲑珐络墟道连结洼蓝』拉盔翅生班究一、综述1．1引言地层冻结法(GroundFreezingMethod)简称冻结法，是一项加固含水地层的特殊工法。其基本旌工过程是：在拟建地下构筑物周围地层中安装冻结管，并在冻结管内循环低温液体

2、或气体，使冻结管周围的含水地层逐步结冰，形成冻土帷幕)，然后在冻土帷幕包围中安全地进行地下构筑物施工。由于冻土帷幕强度较高，冻土帷幕本身的密封性及其与其它结构物如混凝士等的粘结性极好，几乎适用于各种复杂地层，且对施工条件要求较宽，只要能钻孔即可，故被国际工程界称之为当其它地层加固方法难以应用时的最终解决方案。冻结法实质上是一项措施性工法，即不能作为永久结构，其主要工程对象是含水地层，尤其适用于流沙、淤泥等极不稳定地层。制约冻结法应用的条件主要有以下两方面：一是土层含水量过低，形不成强度足够的冻土结构，但可以通过给地层注水解决；二是地下水流速过大，不易结冰，遇

3、到这种情况时一般可以通过注入泥浆等得以改善。冻结法的主要缺点是用电负荷较大，成本较高，但目前已有很大改善。冻结法已有一百多年的应用历史，早期主要应用于矿山竖井建设。从50年代末开始，随着国外城市地下工程的掀起，冻结法逐渐向除矿井外的其它应用领域发展，其中以地铁工程、地下污水管道工程、围堰工程等为主要内容。尤其是从70年代以来，全隧道内施工的水平孔地层冻结技术(以下简称水平冻结技术)得到应用，解决了大量特殊条件下的隧道施工问题，如水体下和道路、管线、房屋等建、构筑物下的隧道施工，从而大大拓展土堙地然联络通道监绪毖照王拉苤勿生班盔了冻结法在城市地下工程中的应用领

4、域。80年代后期至今，随着国外采矿业的衰落，冻结法的主要应用领域已由凿井工程转向城市地下工程。我国自1955年在开滦林西风井开始应用冻结法至1997年底，已完成500余项竖井冻结工程，施工井筒总长度超过七万延米，是国际上应用地层冻结法规模最大的国家之一。从80年代末90年代初开始，国内尝试将冻结法应用于市政工程建设中，如：上海杨浦水厂冻结护坡工程，黑龙江东海拉尔水泥厂卸矿室及皮带走廊基坑围护冻结工程，上海地铁一号线宁海西路联络通道地面冻结加固工程，北京地铁复——八线大北窑段隧道拱顶局部水平冻结加固工程等。目前，随着我国城市基础设施建设规模的扩大，适合于地层冻

5、结施工的城市地下工程越来越多，显示了冻结法良好的应用前景。同时，城市地下工程的施工条件越来越复杂，对地层冻结施工技术提出了新的要求，如要求施工时不占用地面，减小环境污染，必须严格控制对地层的扰动，等等。因此，有必要对市政工程冻结施工的基本理论和关键丁艺技术进行研究。1998年至1999年，在上海地铁二号线杨高路站一中央公园站区间隧道联络通道、江苏路站一中山公园站区间隧道联络通道、静安寺站一石门一路站区间隧道联络通道和河南中路站一陆家嘴站区间隧道联络通道(以下分别简称杨一中联络通道、江一中联络通道、静一石联络通道和黄浦江联络通道)进行了冻结法应用试验，本文主要

6、对上海地铁二号线联络通道冻结法施工的关键技术进行初步研究与总结。1．2上海地铁联络通道水平地层冻结施工技术要点地铁联络通道主要由水平通道和集水井组成，分别用于地铁运营中上、下行隧道间的安全通道和隧道集、排水。上海地铁二号线联络通道一般位于两站区间隧道中部，距离隧道端头井约500～800m。其中，通道长度一般在7～8m之间，开挖断面大部分为4．43m×3．2m(高×宽)，在通道与隧道相上龌垫迭鲢络煎道盗结洼施工拄盔翅生班筮交处扩大到5．03mx4．4m，呈喇叭口状；集水井在通道中部，开挖深度约2．8m，平面尺寸为4．7rex3．2m，(参见图卜1)。用冻结法施

7、工的上海地铁二号线联络通道大多数在闹市区道路下，离路旁建筑物很近，联络通道顶面距离地表大致为十六、七米。只有河南中路站一陆家嘴站区间隧道联络通道在黄浦江下，距江底近8JI】。图卜1地铁联络通道结构示意图根据工程地质勘察资料，联络通道所处地层自上而下依次为：灰色淤泥质粘七、灰色粘土和灰色粉质粘土等，其中灰色淤泥质粘土夹有粉性土。这些土层的共同特点是承载力很低，压缩性好，含水量大，接近呈饱和状态，施工扰动时易液化、流动，稳定性极差，参见表卜l。在这种地层中开挖、构筑联络通道需要对地层进行预加固处理。表1-1静安寺站一石门一路站区间土的物理力学性质指标层土层名称数

8、值含水量压缩系数凝聚力内摩擦角承载力序类别W．％钆1