地铁联络通道双侧冻结加固技术.doc

.冻结加固技术在长大建议删除！本案通道确实较长，但并无“大”的问题。地铁联络通道施工中的应用摘要：冻结法作为一项较为成熟的施工方法，自引入地铁施工领域以来，得到了不断的应用和发展。由于南京地铁二号线油坊桥停车场中和村站盾构区间线路受绕城公路立交桥桩基影响，联络通道线间距为20m，在目前国内地铁联络通道设计上极为罕见。本文通过该通道施工的冻结加固技术，系统阐述了地铁工程中长大同上。联络通道冻结法施工技术的应用。没有突出文章要讲的主要内容关键词：盾构隧道，联络通道，冷冻站布置不宜作关键词，冻结帷幕Freezing technology in the long subway connecting passage ConstructionAbstract: The freezing method，as a more? sophisticated construction methods, has been continuouslyWidely applied and developed主动语态 since introduced of Intometro construction. Contacting channel line between YoufangQiao parking place and Zhonghe village station of Nanjing Metro Line 2 is spacing of 20m,错误 because of Shield range of lines affected by the Ring Road overpass pile, which is extremely rare in the current design of metro connecting passage. In this paper, taking the freeze on construction of the channel reinforcement techniques for example, systematically expounds the long metro project connecting passage freezing method of construction technology.Key Words: shield tunnel, connecting passage, refrigeration station layout, the freezing of the curtain英语错误太多,建议详细修改.0引言冻结法施工技术在国际上被广泛应用于煤矿建设和城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史。近年来，人工冻结技术被越来越多的应用到复杂地质条件下的矿山、地下铁道、建筑物基础工程、港口工程以及水工工程中，特别是在地下水位埋深较浅、地层软弱(如淤泥、淤泥质土和流砂等)的复杂环境下，冻结法因其具有可有效隔绝地下水和形成的冻土强度高等特点，应用较为广泛。目前，地铁联络通道一般长应明确是否为两隧道中心距，即线间距1013m，冻结法施工时多采用的是单侧冻结的模式。针对南京地铁二号线油坊桥停车场中和村站盾构区间联络通道线间距长达20m、地质条件恶劣、施工风险控制难度大的特点，在南京地铁建设中首次采用双侧冻结加固技术，实践证明，该方法安全可靠，能有效的节省工期。1工程概况南京地铁二号线油坊桥中和村站盾构区间联络通道地面自然标高7.5m，中心标高为-6.668m，中心埋深14.168m；结构为半圆拱直墙形式，通道设计开挖轮廓尺寸为3.5m（宽）4.8m（高），线间距20m，为一般通道长度的1.52倍。通道地表位置为雨润路与绕城公路匝道交叉处，机动车交通流量大，高峰时每小时约15002000pcu；通道东侧约5m处为一砖砌结构工业厂房，西侧约10m处为市政220kv220kV高压铁塔；地面环境控制要求高。通道穿越淤泥质粉质粘土层和饱和粉土层，地下水位埋深约1m。通道结构上半部分位于淤泥质粉质粘土层中，该土层具含水量高、孔隙比大、压缩系数达0.77Mpa77MPa-1、强度低，容易产生触变和流变；下半部分位于饱和粉土层中，该地层沉积年代新、颗粒细而均匀、压密度低、连接性差、饱水、砂性、施工受扰动易发生液化，且该地层赋存承压水，易发生流砂、涌水、坍塌等现象。2通道施工加固方案选择本工程联络通道长度较长，所处地层含水量高，下部土层极易液化，地层承载力小，地表环境保护要求高，如何确保工程的施工安全成为了工程的重难点。在地铁联络通道建设施工中，取得成功应用的主要有矿山法、冻结法和旋喷桩加固、深层搅拌桩加固等水泥系加固方法1此陈述是既有事实，不必引用参考文献。几种方法方案在其应用中各有其优势于与不足，对不同地层的适应性也各有不同。冻结法因对含水软弱复杂地层适应性较强、技术可靠、经验成熟、对环境影响小。这并非本案采用冻结法的根本原因，根本原因应当是地面缺乏其他加固方法需要的场地，而冻结法在隧道内施工，无需地面场地。通过方案比选，确定采用冻结法加固方案。目前，地铁联络通道冻结法施工由于通道长度短，一般采用单侧冷冻的模式，但对于长大通道，由于单侧冷冻时单孔长，精度可控性差，施工安全风险增大，工期时间长；需冷量增大，受单侧隧道空间影响，机具布置困难，若采用地面布置，施工成本大大增加。双侧冻结模式隧道空间满足要求，可节省工期，虽然可供借鉴经验少，但技术可行性强，冻结加固效果好，施工风险较单侧冻结小。联络通道不同冻结模式比较分析见表1。表1联络通道冻结法不同冻结模式比较作者似乎在有意夸大双侧冻结的优点。其实大可不必！本案采用双侧冻结完全是因为单侧冻结难以实现，是唯一选择，并不存在方案比选的问题。施工方法环境与施工安全经济合理性技术可行性施工工期此栏观点未必正确：单侧钻孔数量少；“单侧工期长”缺乏依据。单侧冻结具有较强的抗坍塌能力，对于长大通道有一定的施工风险。冻结运转成本低，但工期时间延长，场地影响大，间接费用增加。技术可行；冻结孔深度超过10m后，成孔质量受影响；冻结孔布置间距密，对成型隧道管片损伤大；单侧隧道空间不能满足施工。在同等冻结效果要求下，由于钻孔时间及冻结时间延长，工期较双侧冷冻时间长1020d。双侧冻结对环境影响小，对长大通道安全可控性较好。整体施工成本相对低，社会效益好。技术可行性强，隧道空间可满足施工，但无可供借鉴范例。上海早就有成功案例！上海长江隧道施工周期相对较短，一般100d左右。3冻结设计3.1冻结壁设计1）冻结壁厚度根据冻结法加固原理，含水地层经冻结后形成坚硬整体，冻结壁受外围土层应力和地面超载作用，冻结壁形状与通道结构形状近似，可视为一矩形刚架。由于冻胀作用，冻结范围内土体向四周膨胀，周围土体产生被动土压力，上、下垂直土压力应相等。通道垂直土压力（P）和侧向上、下土压力（Pcs、Pcx），按下式计算：P=H+ P超 =(Ho+Hx)+20 =275(kPa)Ps=Ps=(Ho-Hs)=84(kPa)Pcx1#=Px=(Ho-Hs+h)=126(kPa)式中：土的容重，取18kN/；H、Ho计算点的土的埋深； Hs、Hx上下部冻结管到通道中心线距离；侧压力系数，取0.4侧压力系数0.4是否合理？； h开挖净高+冻土厚度；变量符号格式不规范。请核对全文！设计冻土帷幕厚度为2m，根据通道结构埋深及开挖轮廓计算该结构内部的弯矩和轴力，进而求得截面内的压应力、拉应力和剪应力。联络通道冻结壁结构荷载如图1，截面受力所示图2及表2所示。2）冻结壁强度检验根据通道结构和水文地质资料，设计两个联络通道的冻土强度以冻土平均温度为-10时的粉土强度为准，压=3.6Mpa6MPa, 拉=2.1Mpa1MPa,剪=1.6Mpa6MPa2此三个强度指标是否来自文献2？请核实！。检验结果如表3，各截面压应力安全系数3.27，拉应力安全系数3.75，剪应力安全系数4.32，冻结壁强度远大于安全要求。图1冻结壁结构荷载图图2冻结壁弯矩及轴力示意图表2联络通道冻土壁弯矩及轴力截面12345弯矩M/ KNkN.m530-472-31-478523轴力N /KNkN285742742742327表3联络通道中部冻土结构各截面安全系数截面12345应力类型压压拉剪压压拉剪压应力值/MPa0.941.10.560.370.31.10.550.370.95安全系数k习惯采用大写字面K。另注意用斜体3.833.273.754.3212.03.276.544.323.79（1） 应当绘出联络通道结构，以便体现冻结管布置的合理性；（2） 左线喇叭口管片似已拆除状，建议绘出；（3） 绘出测温孔位置并标注编号，否则后文有关测温孔的描述不能准确理解；（4） “对穿孔”应在图中标出，因后文提及。（5） 左线隧道中示意钻机的矩形并非必须，建议删除，否则应加以标注。图3冻结孔布置示意图3.2冻结孔布置在两侧隧道内分别布设冻结孔进行冻结。冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在通道的四周，两侧冻结管在通道中部搭接1.5米。冻结孔总数126个（左线隧道内64个、右线隧道内62个），施工总长度899m。其中，两侧单排布置，间距5.9m；上部密布2排，下部密布4排，上下各另加设1排辅孔；冻结孔开孔间距0.450.9m，如图3示。3.3冻结系统设计1）冻结需冷量及设备选型冻结需冷量由下式计算： Q=1.3DHK=119080Kcal119080kcal/h式中：H冻结深度； D冻结管外直径，取0.089m；K冻结管散热系数取250Kcal250kcal/hm2；根据需冷量，选用YSLGF300型螺杆机组（单台机组工况制冷量87500 Kcalkcal/h，单台电机功率110KW110kW）4台套，通道两侧各设1个冻结站系统，每个冻结站均备用一台套。2）盐水温度盐水温度是影响冻结技术经济效果的主要参数之一，降低温度对加快冻土扩展速度和提高冻结强度、稳定性有一定作用，但要宜用“会”相应的减低冷冻设备的制冷效率和加大冷冻站的制冷量，增加了工程的投资2。结合冻结壁厚度和承压需要，设计积极冻结期盐水温度为-28-30，维护冻结期盐水温度为-25-283。3）盐水循环系统供液管选用504mm钢管，盐水干管和集配液圈选用1596mm无缝钢管。每个冻结系统两去两回共4路，联络通道四周主冻结孔非专业术语，应当加以说明每两个一串联，其它冻结孔每三个一串联。冷媒剂选用比重为1.27的氯化钙溶液，每个冻结孔单孔流量不小于5m3/h。盐水循环泵选用IS150-125200型（单台流量200 m3/h，电机功率45KkW）4台，两侧各备用一台。4）冷却水循环系统盐水循环泵选用IS150-125200型（单台流量200 m3/h，电机功率45KkW）4台，两侧各备用一台。5）管道和设备保温为减少低温介质与周围环境的热交换2文献引用不当，盐水管路、集配液圈、盐水箱、冷冻机组的冷凝器等低温管路和设备采用50mm聚苯乙烯泡沫塑料保温，以减少冷量损失，提高冻结效果和降冻结成本。4冻结施工4.1冻结孔施工1)主要设备及材料钻孔机械选用2台MKD-60钻机，钻机扭矩2000NM，推力20KN20kN。 冻结管采用898mm无缝钢管，每节长度1.01.5m，节间采用丝扣连接加焊接。2)冻结孔施工工艺工艺流程4此为常规流程，不必引用参考文献：定位开孔孔口装置安装钻孔偏斜测量封闭管底孔试压。冻结孔施工前，在布孔范围内打若干小孔（38mm）探孔，探测地层稳定情况。钻透衬砌管片前，为防止漏水、涌砂造成地层损失，每孔均安装孔口密封装置。钻进时，采用强力水平钻机，实现无泥浆钻进；若发生漏水涌砂量超出冻结孔体积，应立即采取注浆措施补偿地层损失，注浆浆液一般采用水泥浆，当水头压力大时，压注水泥水玻璃双液浆堵漏；必要时，关闭孔口密封装置。钻孔时先施工对穿孔应在图3标出，以效验方位角，根据对穿孔偏斜测量成果调整钻孔角度，确保冻结效果。冻结孔成孔偏斜率不得超过1%，当相邻两孔间终孔间距1m时，在两孔中间补孔。如图4为施工过程中偏斜测量。 冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管采用水压试漏，冻结管试压压力0.8Mpa8MPa，30min内压力无变化为合格。试压不合格时，采用下套管或拔管补孔处理，确保密封性能满足要求。如图5为冻结管试压试验。孔口密封装置图4冻结孔偏斜测量图5冻结管试压试验4.2冻结站安装冻结站于2008年12月20日开始安装，于2008年12月26日进行调试，经试漏和抽真空检查5，各循环系统运转正常，冻结系统无盐水漏失现象，达到运转条件。4.3冻结站运转冻结站于2008年12月27日开始正式运转，于2009年3月5日结束，历时67d，其中积极冻结期44d，维护冻结期23d。5工程监测5.1去回路盐水温度监测冻结初期由于冻结站持续正常运转，盐水温度下降较快，随着冻结时间的持续，去回路盐水温度达到设计要求，并逐渐趋于稳定。如图6所示为左侧冻结系统去回路盐水温度监测数据所显示的温度变化情况，数据显示积极冻结7天盐水温度降至-28C以下。5.2冻结帷幕温度监测为及时掌握冻结壁的发展状况，在通道两侧冻结区内各布置5个测温孔，测温孔管材选用603mm，20#低碳无缝钢管。测温孔深度35m，每个测温孔设35个测点。图7为左侧冻结圈内距最近主冻结孔0.68m处C3测温孔测点布置图。随着积极冻结时间的延长，测温孔温度下降迅速，但逐渐趋近于盐水温度。如图8示，C3-2C3-5测点在积极冻结期结束时，其温度均降至-26以下；C3-1测点由于贴近管片背壁，测点处土层与外界空气存在热量交换，测点温度较其他4个测点高58，但其温度在积极冻结后期也接近-20，远大于设计冻土温度。图6左侧冻结系统去回路盐水温度变化曲线图图7左C3 测温孔测点布置图图8左C3 测温孔测点温度变化曲线图表4冻结壁扩展速度测温孔号左C1左C2左C3左C4左C5右C1右C2右C3右C4右C5测孔位置图?冻结壁扩展速度（mm/d）324040365043444131.5405.3地表变形监测按冻结加固影响范围30m布置监测点，加固区内监测点布置间距3m，加固区外布置间距5m,共对称布设9组45个地表变形观测点。地表变形监测自钻孔施工前开始，至通道施工完成后2个月结束，地表累计最大沉降-9.02mm+10/-30mm沉降累计变形控制标准。通道处地表路面未出现裂纹，附近高压铁塔、工业厂房未发生明显变形。地表环境控制良好。最好有个地表变形监测图6冻结效果分析积极冻结期结束后，通过冻结壁厚度、平均温度推算，对冻结加固效果进行了分析、检查。6.1冻结壁厚度冻结壁扩展速度近似取值于测温孔距主面冻结壁的距离和孔内测点降至0所用时间的比值。根据温度场监测成果分析，各测温孔处推算冻结壁扩展速度如表4示。通过对测温孔的分析，取冻结壁最小扩展速度为31.5mm/d，推算冻结壁厚度为2.8m，大于设计冻结壁厚度2m。简述详细的计算工程6.2冻结壁平均温度根据冻结施工成冰公式计算冻结壁平均温度。成冰公式2如下：tc=toc+0.25tntoc=tb(1.135-0.352L1/2-0.875/E1/3+0.266(L/E)1/2-0.466式中： tc冻结壁平均温度 ，。 toc按零度边界线计算的冻结壁平均温度，。 tb盐水温度，取-30。 L冻结孔间距，取 0.9m。 E冻结壁厚度，取2.8m。 tn井帮冻结帷幕温度, 取-4。计算得：tc=-11.2，满足设计冻土温度要求。7冻结施工风险评估与分析由于联络通道线间距较长，地下水丰富，特别是下部粉土层中富含的地下水具有一定的承压性，地质资料难以完全反映施工区域地质情况，冻结帷幕质量和效果尚处于半定量推算，冻结帷幕一旦失稳，发生地下水或流沙穿漏，冻土强度会发生扩散性下降，导致采用盾构法混凝土管片衬砌而成的隧道发生连续性破坏，造成极大的工程事故,风险强度十分高。7.1主要风险源1）钻孔遇有承压水的流沙土地层，如不安装孔口密封装置，将引起大量冒沙，严重时危及区间隧道安全。2）冻结管长度、角度误差超标,或者冻结管盐水泄漏造成冻土软化，冻结壁存在薄弱处，开挖时涌水涌砂造成通道坍塌等安全事故。3）冻结过程中，突发机械故障或停电，造成冻结站停机，冻结壁融化。7.2应对措施1）通道施工前,针对可能的突发意外情况制定详细的应急预案，并确保应急预案的可行性和有效性。2）在联络通道开始钻孔、布管前,布设好地表、建筑物沉降测控网、隧道内沉降点收敛的监测点，加强测量控制。3)对流沙土层、承压水地层等地质情况，事先要有相应的施工准备；钻孔时，安装孔口密封装置，防止喷涌现象的发生；在钻孔期间，现场要配备足够数量的木楔、砂袋、水泥等抢险物资。4）冻结孔严格按照标定位置、角度钻孔；钻孔后进行偏斜测量和试压，确保冻结孔施工精度和冻结管密封性能。5)在联络通道两侧安装预应力支架，降低冻胀产生的集中应力对区间隧道结构造成的不良影响。如图9。6）冻结运转前，配备备用发电机组，采用双回路供电；主要冻结设备均有备用；冻结运转期间，专业技术人员每天巡查机械运转情况，及时维护。7)为减少通道开挖期间突发险情对区间隧道的影响，在联络通道开挖起始端安装应急安全门，将通道与区间隧道隔离。如图10所示。图9联络通道预应力支架图10联络通道应急安全门8)积极冻结过程中,及时进行盐水温度和土体温度监测,对异常情况及时