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1、岩土工程界第11卷第5期地下工程软弱富水地层冻结帷幕施工技术研究任国青(中铁十三局集团第二工程公司)摘要结合在淤泥质软弱富水地层中应用冷冻法进行地铁盾构区间旁通道施工情况介绍,就冻结帷幕设计,水平冻结孔施工,以及地层冻胀融沉控制等技术,进行了相关分析研究。关键词地铁旁通道冻结帷幕在毫米级以内,对施工方案设计提出了很高的要求。1工程概况因此要求帷幕设计必须能够确保彻底解决堵水、加杭州地铁1号线秋涛路站-城站站盾构区间为固和有效控制周围地层及建筑物变形的难题。双圆隧道,隧道中心距13.8m,最大埋深18m。在隧(1)设计验算:根据类似工程
2、施工经验,初步选道预设旁通道位置预留有钢管片接口。旁通道地面取冻土帷幕的有效厚度为1.6m进行有限元法的受位置处于一个交叉路口,交通繁忙,有地下管线,临力与变形计算。设计取冻土的弹性模量为150MPa,近有建筑物。根据旁通道附近的钻孔柱状图显示,泊松比取0.3,冻土强度指标(平均温度-10e)为:旁通道施工区地层为淤泥质粉质粘土层,施工范围抗折强度1.8MPa(试验极限抗折强度2.8~3.0内的水量丰富,含水层渗透系数大,对旁通道施工影MPa),抗压强度为3.5MPa,抗剪强度为1.5MPa。响较大,易产生涌水问题。根据上述施工条件,
3、并结冻土帷幕顶面所受土压力按上覆土体重量计合以往地铁施工经验,经多方比选,利用适合于饱和算,侧面土压力按侧压系数0.7计算,覆土厚度为-3砂土、淤泥等复杂地层加固,能够高效快速提高地层18m,土的平均重度取18.5kN#m,地面的超载按-2稳定性和止水性的冻结法加固地层法,充分发挥其20kN#m。旁通道冻土帷幕顶面土压力:32易控制地表沉降的优点,采用/水平冻结加固,帷幕pt=18.5kN#m@18m+20kN#m=0.353MPa内开挖构筑0的施工方案,即在隧道内采用冷冻法旁通道冻土帷幕侧面土压力:32加固地层,使旁通道包括集水井外
4、围土体冻结,形成ps2=(18.5kN#m@18m+20kN#m)@0.7=强度高,封闭性好的冻土帷幕,然后在冻土帷幕中开0.247MPa32挖构筑旁通道及集水井。ps2=(18.5kN#m@25.7m+20kN#m)@0.7=0.346MPa2冻土帷幕设计强度检验计算结果图1之(b)~(f)和表1。从中可以看出,冻土帷幕的总体承载能力是足够的。由于隧道穿越地层为淤泥质粘土层,且地下水冻土帷幕角部有应力集中,但应力值远小于强度值,水压较高水量丰富,施工时很容易发生泥水突涌的且帷幕角部是圆弧过度的,冻土帷幕中间尚有土体灾难性事故。尤其是
5、穿越段上方各种管线密布,并做支撑,说明冻土帷幕的强度是足够的。紧挨地表高层建筑物,要求施工引起的沉降要控制表1冻土帷幕应力、位移计算值及安全系数指标抗压/MPa抗剪/MPa位移/mm位置墙内侧墙外侧拱内侧拱外侧墙角拱部墙中部计算值-0.0201.1230.7650.3780.2601920强度指标3.53.53.53.51.5安全系数1753.14.69.35.8备注弯拉平均值未减去初始位移(2)冻土帷幕布置(图2):冻土帷幕拱顶布置结孔间距不大于1.2m;冷冻排管沿冻土帷幕与对侧三排冻结孔,喇叭口上方有两排冻结孔;开挖区外围隧道管片
6、交接面敷设。旁通道共计布置96个冻结的冻结孔间距不大于1.4m;旁通道对侧隧道附近冻孔,其中在对侧隧道布置27个。在对侧隧道附设冷1收稿日期22007-12-3149地下工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.5图1水平通道冻土帷幕的有限元分析模型及分析结果冻排4圈。冻结管和冷冻排长度分别为794m和3冻结施工关键技术80m,总长度为874m。根据设计冻结孔间距、冻结温度和盐水流量估算,冻土帷幕交圈时间为18~223.1水平冻结孔施工技术天,积极冻结35天时,水平通道冻土帷幕侧墙厚度(1)二次开孔
7、:为防钻透隧道管片时大量出泥、可达到1.8m,拱顶厚度可达到2.4m。开挖至喇叭出水,管片开孔均采用二次开孔工艺(图3)。首次口时,喇叭口处冻土厚度可达到1.8m。开挖集水井开孔深度250mm左右,不钻透管片,下入孔口管并时,集水井可冻实,厚度可超过2.5m。安装阀门后再进行二次开孔。孔口管用2~3个膨(3)冻结设计参数:设计最低盐水温度为-28~胀螺栓固定在管片上,然后进行注浆使孔口管与管-30e,冻结7d温度达到-20e;冻土帷幕平均温度不片孔壁之间的缝隙充填密实。3-1高于-10e;冻结孔单孔盐水流量为5~7m#h;冻(2)夯管
8、法下冻结管:对于需要穿透对侧隧道-1-2结管散热系数取300kcalhm,冷量损耗取20%。管片的对穿冻结孔,则先用夯管法下套管,深度至对侧隧道管片表面,再用钻进法在套管中钻透对侧隧50岩土工程界第11卷第5期地下工程上
