浅析联络通道冻结法冻胀融沉机理、影响及防范

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1、浅析联络通道冻结法冻胀融沉机理、影响及防范一、引言杭州地铁1号线工程作为浙江省第一条城市轨道运营线路，口2012年11刀24日正式投入运营以來，已平稳运营近三个月，其快速、稳定、绿色的特性，给人们留下深刻印象,这凝聚着杭州币地铁集团及其建设者多年的心血和付出。作为华东地区较为典型的软土地区，杭州上部土层主要以粉上、粉砂及流塑状软土等为主，如如何解决地铁间隧道联络通道及泵房加固施工是一个难题。由于地铁区间均位于道路下方，沿线区域密布各种城帀管线,不具备地血加固施工的条件，因此，在地铁1号线联络通道施工

2、中，全部采用煤矿冻结法加固，矿山H咅挖法施工，并己施工完毕，投入运行。但冻结法的冻胀融沉缺陷，特别是杭州软土地带，是否对地铁隧道及周围环境等产牛不利或负血影响，是我们建设者和使用者所关注的问题。针对此问题，我们结合杭州较为特姝的地层，对冻胀融沉的产生机理及影响因索进一步分析，提岀防范措施，未其它地铁线路施工提供经验。二、冻结法冻胀的产生机理及影响因素1、冻胀是指在十•体加固过程中，山于冻结管对土体实施冻结作用，使土体中水分结冰而造成其体积膨胀的现象，在人工冻结加固土体中，冻胀是我们所而临的棘手问题。

3、通常我们所说的土体冻胀主要指由水分迁移引起的分凝冻胀。分凝冻胀包括土中水分迁移和成冰作用。土体在冻结过程中，一旦土体温度低丁•土的起始冻结温度，十•中就有部分液态水变成冰，同时其颗粒衣面仍有一些作为吸附膜的未冻水存在，由于未冻水的自由能比冰的自由能搞，在恒定的负温下，土水体系通过多余的未冻水释放白由能口分凝成冰，随着分凝冰晶便不断积累，土体便产生了冻结膨胀。就联络通道土体冻结而言，土体冻结产生水分迁移，冻结交圈后，其冻结圈内部这种压力就会升高，产生冻胀。2、冻胀的影响因素冻胀的强弱主要取决于土体颗粒

4、的土质、土中热流状况、土中水分及补给来源、冻结条件、外荷作用以及交换盐基筹因素。十•颗粒的组成对土体冻胀性有着显著影响，在杭州细颗粒土中，尤其是亚粘十、粘十，这种影响显著地表现出来，当水分、温度及冻结条件人致相似的情况下，各类土的冻胀性强弱大致按下列顺序递减：粉质土、亚砂土＞亚粘土〉粘土〉砾石土〉粗砂〉砂砾石，而这种排列在1号线部分区间得到了进一步印证。值得所说的，并非所有含水的土体冻结时都会产生冻胀，只有十•中水分超过一定界限之后才会产牛冻胀。在外界条件相同的情况下，土体含水量愈高，其冻胀的强度也

5、就愈大，只要其它条件适宜，冻胀就会持续增长，达到较大的值。就杭州地铁1号线來讲，未出现类似明显问题。温度对冻胀的影响表现在土温降低引起水冰晶、冰分凝上，冻土土温愈低，土体中未冻水含量愈少，含冰量愈大。在有外来水源补给条件下，土体冻结锋而上的冷却温度愈高，吋I'可愈长，外部渗入水分在冻结而上形成的冰晶体、冰夹层的厚度也就愈厚，对后期融化彫响也就越大，所以说，在冻结加固时，通过设计计算，选择合理的冻结壁厚度和冻结时间是及其重耍的，通常情况下，地铁联络通道冻结加固时间控制在45〜55天左右。三、融沉的机理

6、及影响因素1、融沉的产生机理冻结底层温度上升，冻土发生融化，冻土屮的冰晶融化成水，土体体积缩小，加上土体原有结构冻胀时形成的裂缝在融化吋的闭合，产生融化沉降；同时冻土在融化过程中未冻水含量随地温的升高二增加，直至达到相变温度点，冰全部变成孔隙水，当未冻水含暈增加到足以摆脱静电作用时，土体便在重力和上覆荷载的作用下发牛排水固结孔隙度变小而压密,产生固结沉降。融化总结后，排水固结并不马上结束，而是继续进行一段时间，直至土体固结沉降达到稳定。融土固结产生的沉降与冻结过程中形成的土粒结构的稳定性、冰融化成水

7、释放的由孔隙空间以及上覆荷载的大小有关。在地铁联络通道施工屮，建设各方大多关注的是冻结前期及开挖过程中，安全风险和质量控制，在此期间，监测基本做到同步，因此，在积极和维护冻结、通道及泵房开挖中，冻胀、开挖对周边环境等产牛的影响，均能及时反馈到建设者手中，并及时采取应对措丿施。rh于融沉变化有一定的滞灰性，加上工程后期，人员管理、监测配合，特别是人们对其机理及后果不能理解和止确认识，重视程度不高，往往在土体融化固结阶段，出现的问题更多，对地铁隧道影响的更大。2、融沉的影响因素2.1含水屋对融沉的影响冻

8、十•含水量的大小在影响冻土融沉的关键因素，富冰的冻土融化时常产生突发性下沉变形，而含冰量较少的贫冰冻土融沉时基本不会产生较大变形。通常融沉要大于冻胀，有时融沉会变为突陷，值得注意的是，在地铁联络通道周边冻结土体的融沉初期阶段，若未及时充填注浆或填充量严重不足，也可能出现突发性下沉变形。2.2冷牛构造对融沉的影响冻土的融沉还与冻土在冻结过程中所形成结构有关，冻土的结构对土的融化沉降及压密沉降有着直接的影响，通常来讲呈整体状构造的冻土，其产生的融沉一般不打，而冻结吋呈层状