人工地层冻结--集成

人工地层冻结技术,胡向东2014.12.04,大纲,概述,冻结法的制冷系统与特点,冻结法的基本理论问题,冻结法联络通道施工,冻结法施工监测,安全与质量控制,施工风险与对策,特殊应用案例,1概述,人工地层冻结法的基本原理人工地层冻结法的特点冻结法的发展历史冻结法的应用,1.1人工地层冻结法的基本原理,人工地层冻结法(ArtificialGroundFreezing,AGF)（简称“冻结法”），是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。,1.1人工地层冻结法的基本原理,基本原理,1,1.1人工地层冻结法的基本原理,冻结岩土性质的改变将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷却至结冰温度下，使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰，岩土的性质发生重要变化，形成一种新的工程材料“冻土”。,岩土冻结实质,2,1.2人工地层冻结法的特点,冻结法适用于任何地层,冻结法的适应性,1,1.2人工地层冻结法的特点,冻土强度变化性：温度越低，强度越高冻土强度差异性：砂性土高于黏性土,冻土基本特点,2,1.2人工地层冻结法的特点,较高的强度和稳定性绝对的封水性,冻土结构特点,3,1.2人工地层冻结法的特点,结构承载封水不承载屏障隔绝污染,冻土结构功能,4,1.2人工地层冻结法的特点,冻土帷幕的变化性冻土范围可变；冻土温度可变；冻土强度可变（强度是温度的函数）冻土帷幕的连续性水在负温下结冰的必然性冻土帷幕的可知性通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度,冻土帷幕特点,5,1.2人工地层冻结法的特点,安全性好冻土强度较高冻土连续性可靠、封水性好结合性好：冻土可与其他结构或材料良好胶结适用性强适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）复杂地质条件可行（流砂、大深度、高水压）灵活性高冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控经济性较好环保性能好“绿色工法”,冻结法优点,6,1.2人工地层冻结法的特点,冻胀融沉对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降风险性供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能退化（范围、强度）流水作用下冻土可快速消融局限性地下水流速影响冻结效果地层含盐影响冻结效果含气地层可影响冻结效果,冻结法缺点,7,1.3冻结法的发展历史,1862年，英国威尔士(SouthWales)的建筑基础施工首次使用人工地层冻结法，失败*1880年，德国工程师F.H.Poetch首先提出人工冻结法原理并获专利1883年，德国阿尔巴里煤矿成功地采用冻结法建造井筒两年后（1886年1），瑞典人开始使用冷冻，用冻结法在斯特哥尔摩掘进了一条隧道。德国人和瑞典人之后是法国人（1906年1）1888年，美国人用于煤矿矿井开挖1928年，苏联在德国人的帮助下，在钾矿首次成功使用人工地层冻结法凿井1933年，苏联在工程师特鲁巴克()领导下，在莫斯科地铁1号线成功使用人工地层冻结法修建三个地铁站的扶梯斜隧道以及若干隧道工作井1942年，巴西26层高楼不均匀沉降修正11955年，中国煤矿首次采用冻结法凿井1960年，加拿大双拱铁道隧道隔墙拆除工程11962年，日本开始使用冻结法于市政工程（大阪水管越江2）（无矿山工程）70年代初，北京地铁首次应用冻结法1994年，台北捷運新店線CH221標1,1.4冻结法的应用,土木工程、岩土工程矿山凿井：竖井、斜井隧道施工：隧道掘进；盾构、顶管进出洞、联络通道；隧道扩建基坑工程穿越地下对接事故处理采矿工程管线工程基础加固边坡加固冷却降温环境保护：污染物处理；水下有害沉积物、污染体清理；污泥除水安全打捞：易碎物、松散物打捞土工试验：原状土取样,1.4冻结法的应用,1.4冻结法的应用,1955年，由波兰引进了立井冻结法凿井技术，在开滦林西煤矿风井建成了第一口立井，在中国开创了人工地层冻结法的先河截止1994年未的40年间，我国已采用冻结法开凿了390多个井筒，总长度超过66km.截止2007年，我国已采用冻结法开凿了500多个井筒，总长度超过70km1.苏联（俄罗斯）冻结法凿井400多个，当时规模最大截至2011年年底，中国大陆地区利用地层冻结法完成凿井约790个，总里程约180km；最大冻结深度达到955m1，水平冻结长度达到147.8米.,竖井凿井,1,1.4冻结法的应用,主要国家最大冻结深度（1991）,1.4冻结法的应用,自1933年起，苏联（俄罗斯）在地铁使用人工地层冻结法修建扶梯斜隧道100多条，总长超过5km.,斜井、倾斜隧道,2,1.4冻结法的应用,苏联地铁扶梯倾斜隧道,1.4冻结法的应用,Boston：隧道通过俄式百年建筑,隧道,3,1.4冻结法的应用,瑞士：ZurichLimmat河底隧道,隧道,3,1.4冻结法的应用,管幕冻结法港珠澳大桥拱北隧道,隧道,3,1.4冻结法的应用,管幕冻结法港珠澳大桥拱北隧道,隧道,3,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,日本：大直径盾构到达垂直冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,日本：盾构到达水平冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,日本：大直径盾构到达水平冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,日本：大直径盾构始发垂直冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,日本：大直径盾构始发垂直冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,日本：大直径盾构始发水平冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,1.4冻结法的应用,大连路隧道翔殷路隧道,盾构进出洞冻结,4,液氮冻结,1.4冻结法的应用,盾构进出洞冻结,4,1.4冻结法的应用,日本：鋼管凍結工法优点：冻土帷幕强度高冻土体积小冻胀融沉小,盾构进出洞冻结,4,1.4冻结法的应用,顶管进出洞,4,1.4冻结法的应用,地铁联络通道（带集水井）,隧道联络通道冻结法施工,5,1.4冻结法的应用,隧道联络通道冻结法施工,5,双圆盾构隧道的集水井,1.4冻结法的应用,TheNetherlands：Westerscheldetunnel,隧道联络通道冻结法施工,5,26条联络通道,间距250m,长度12m,椭圆断面高2.75m宽2.5m,衬砌厚400mm,临时支护喷混凝土厚300mm,1.4冻结法的应用,TheNetherlands：Westerscheldetunnel,隧道联络通道冻结法施工,5,1.4冻结法的应用,上海长江隧道联络通道,隧道联络通道冻结法施工,5,8条联络通道,间距800m,长度15m,圆形断面，开挖直径4m,衬砌厚300mm,临时支护喷混凝土厚300mm,1.4冻结法的应用,隧道联络通道冻结,5,1.4冻结法的应用,隧道扩建,6,1.4冻结法的应用,基坑,7,1.4冻结法的应用,基坑,7,1.4冻结法的应用,俄罗斯,基坑,7,液氮（Linde）,1.4冻结法的应用,“TheBigDig”-TheCentralArteryTunnel.Boston,USA,穿越,8,1.4冻结法的应用,穿越,8,1.4冻结法的应用,日本大阪下水管垂直错高对接,地下对接,9,1.4冻结法的应用,日本9.8m泥水盾构水下对接,地下对接,9,1.4冻结法的应用,琼州海峡隧道盾构对接,地下对接,9,1.4冻结法的应用,盾构长距离推进盾尾密封钢丝刷磨损后的更换（上海长江隧道）,盾尾刷更换,10,1.4冻结法的应用,上海轨道交通4号线董家渡坍塌隧道南京地铁2号线“中元”区间坍塌隧道修复川气东送武汉长江盾构穿越隧道修复工程,事故修复,11,1.4冻结法的应用,Pipefreezing/frosting,管道截流,12,水泥浆油类乳状液胶状液盐水,2冻结法制冷系统与特点,人工地层冻结制冷技术通常利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。有两种类型：间接制冷：通过冷媒剂(盐水)吸收岩土热量直接制冷：制冷剂气化吸收岩土热量,制冷方法,1,盐水冻结系统液氮冻结系统,2冻结法制冷系统与特点,间接制冷,2,盐水冻结三大循环：制冷剂循环冷媒循环冷却水循环,2冻结法制冷系统与特点,间接制冷,2,盐水冻结三大循环：制冷剂（氨或氟利昂）循环气态制冷剂压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却，形成高压液态，经节流阀流入蒸发器，液态制冷剂在蒸发器中吸收盐水热量气化相变成气态制冷剂；冷媒（盐水）循环盐水吸收地层热量，然后将热量传递给蒸发器中的液态制冷剂；冷却水循环冷却水在冷凝器中吸收制冷剂热量，并通过冷却塔散发给大气。,大气,地层,冷媒循环,冷却水循环,制冷剂循环,2冻结法制冷系统与特点,直接制冷,3,液氮冻结,AfterGiuseppeColombo,2冻结法制冷系统与特点,制冷方法对比,4,2冻结法制冷系统与特点,制冷方法对比,4,冻结速度比较液氮1周=盐水1月,AfterSEIKENCo.Ltd.,3冻结法的基本理论问题,冻土热、物理力学性质热传导与温度场土体冻胀、融沉冻土解冻含盐地层地下水流动问题,3冻结法的基本理论问题,主要参数：比热、热传导系数、潜热、结冰温度等最主要影响因素：含水量特点：冻土与未冻土的热力学参数有明显区别,热力学性质,1,3冻结法的基本理论问题,强度：单轴抗压、抗拉、抗剪、粘聚力、内摩擦角、变形模量、泊淞比等主要影响因素：温度、含水量、未冻水含量、粒径、孔隙率、荷载特点：冻土是流变材料，力学性质随时间变化,物理力学性质,2,3冻结法的基本理论问题,n随土性变化的参数，砂性土n0.5黏性土n1；a,b与冻土的孔隙度、含水量相关的系数。,单轴抗压强度,2.1,同等条件下，冻土强度是温度的函数：,单轴极限抗压强度与温度的关系（日本）,3冻结法的基本理论问题,在相同温度下，含水量对冻土极限强度影响很大。在非饱和时，强度随含水量增长；过饱和时，强度随含水量降低。其中，未冻水含量对冻土强度影响也很显著。未冻水含量越高，强度越低。,单轴抗压强度,2.1,单轴极限抗压强度与总含水量的关系1砂；2亚砂；3黏土；4粉质黏土（俄罗斯）,3冻结法的基本理论问题,冻土抗拉强度规律与抗压强度相同。强度随着温度的降低增长，同时取决于土的成分、含水量等因素。数值上，抗拉强度比抗压强度低26倍。,抗拉、抗剪强度,2.2,3冻结法的基本理论问题,导热形态冻结发展动态过程温度场与平均温度,热传导与温度场,3,3冻结法的基本理论问题,冻结管冻结过程是非稳态导热问题冻结后期，热交换趋于平衡，可近似看作稳态导热问题温度场分析时一般看作稳态导热问题,导热形态,3.1,3冻结法的基本理论问题,单排冻结管冻结过程三阶段：单管冻结、管间影响冻结和管间冻土相接后冻结单管冻结：管间独立冻结，冻土呈圆柱状发展管间影响冻结：管间相互影响，冻土在冻结管之间（轴向）发展快，两侧慢，冻土呈椭圆柱形管间冻土相接后冻结：冻土相接（“交圈”）后，形成波浪形冻土墙，但凹陷部位（界面）发展快，凸出部位（主面）发展慢，凹陷部位将很快填满，冻土墙两侧呈直线形。之后冻土直墙继续向两侧发展。,冻结发展动态过程,3.2,3冻结法的基本理论问题,单管冻结温度场(.,1954),温度场与平均温度,3.2,单排管直墙温度场：,主面(II-II)：界面(III-III)：,平均温度为主面平均温度和界面平均温度之平均：,3冻结法的基本理论问题,事实上，.公式在冻土交圈后误差很大。.提出，冻结壁平均温度按整个冻结壁体积积分平均值计算，而温度公式利用.的那些。即平均温度为：,温度场与平均温度,3.2,经简化处理后，这个方法比.的方法简单而更准确。,3冻结法的基本理论问题,计算冻土帷幕平均温度的公式还有很多：.：.：.（莫斯科矿业大学）：中国（“成冰公式”）：,温度场与平均温度,3.2,等等。这些公式均有各自的使用条件和优点。,3冻结法的基本理论问题,单排管直线形冻土帷幕任意点(x,y)的温度：平均温度（胡向东）：其中：l为冻结管间距；为冻土帷幕单侧厚度；r0为冻结管外半径；tCT为冻结管表面温度。,直线形冻土帷幕温度场解析解,3.3,3冻结法的基本理论问题,成冰公式,假设冻结温度为0。以上长度单位为m。当开挖后井邦表面温度低于0时，冻结壁有效厚度中的平均温度为式中经验系数，0.250.30tn井帮温度，,直线形冻土帷幕温度场解析解,3.3,3冻结法的基本理论问题,双排管直线形冻土帷幕任意点(x,y)的温度：,直线形冻土帷幕温度场解析解,3.3,主面界面轴面,3冻结法的基本理论问题,两种典型布置方式：错位式（插花式）对齐式,直线形冻土帷幕温度场解析解,3.3,3冻结法的基本理论问题,平均温度（胡向东）：其中L为冻结管排距；l为排内冻结管间距；为冻结管到冻土帷幕边界的厚度。,直线形冻土帷幕温度场解析解,3.3,3冻结法的基本理论问题,冻胀、融沉机理冻胀力融沉量冻胀、融沉控制措施,冻胀与融沉,4,3冻结法的基本理论问题,冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀。孔隙水原位冻结体积增大9%（原位冻胀），外来迁移水分则体积增大109%（分凝冻胀）。所以开放系统饱水土中的分凝冻胀是构成土体冻胀的主要分量。原位冻胀量非常小，土体冻胀量主要取决于水分迁移通量。,冻胀机理,4.1,3冻结法的基本理论问题,因此，冻胀量的主要影响因素是冻土的导湿系数和土水势梯度。土水势梯度由重力势、压力势、渗压势、温度势、电力势和磁力势梯度中的某一项或几项之和组成。而影响这些量的外观因素可表现为：内因：土的粒径、组织构造、透水系数、盐分浓度等；外因：约束应力、冻结速度、冻结历时、孔隙水压等。总之，冻胀是一个非常复杂的问题。,冻胀机理,4.1,3冻结法的基本理论问题,土壤的冻胀敏感性土的粒径是影响冻胀敏感性的一个重要因素，颗粒越小冻胀性越强。砂性土冻胀不敏感，黏性土冻胀敏感。,冻胀机理,4.1,3冻结法的基本理论问题,衡量冻胀的主要指标是冻胀率。冻胀率指冻土单向冻结方向上的尺寸与冻结前的比值。一般按冻胀率大小来划分土壤冻胀等级。,冻胀机理,4.1,美国（寒区研究和工程实验室）用冻胀速度进行分级。,3冻结法的基本理论问题,冻胀力是冻胀受到约束时产生的力。由于约束条件的差异，冻胀力数值的可比性很差。标准试验可测试冻胀力，但主要用于不同土壤之间的比较，工程实际意义不大。工程上关心的冻胀力是因冻胀结构上受到的力，这个力不是单纯的冻胀力，因此也称“冻结压力”。由于不同工程的差异性，实测冻胀力之值离散性很明显。因此，准确估计结构上受到的冻结压力是非常困难的。,冻胀力,4.2,3冻结法的基本理论问题,封闭式冻土帷幕的冻结过程中，交圈前几乎不显现冻胀力，开始交圈时冻胀力开始显现，在冻土帷幕形成闭合体后，冻胀力急剧增长几乎达到最大值。后续的冻结过程中，冻胀力变化不明显，有的略有增长，有的略有降低。,冻胀力,4.2,封闭式冻土帷幕冻胀力的发展特征（复兴东路隧道）,3冻结法的基本理论问题,冻土融化后产生融沉，它由融化沉降和压缩沉降两部分组成。冻土融化时，冰变成水体积缩小产生融化沉降。融化区域排水固结，导致土体压缩沉降。融化沉降量与压力无关，压缩沉降与压力成正比。工程上用融沉系数As来描述融化沉降，用压缩系数Ar来描述压缩沉降。通常，融沉量大于冻胀量。,融沉机理,4.3,（实验室试验）,3冻结法的基本理论问题,与冻胀类似，融沉的影响因素有：内因：土的热学、物理、力学性质等。外因：温度、温度梯度、压力等。,融沉机理,4.3,3冻结法的基本理论问题,冻土融沉性，可用融沉率表示。工程上融沉量的估算可以简单地用融沉率与冻土高度的乘积来计算。,融沉量,4.3,3冻结法的基本理论问题,抑制冻胀的措施主要有：间歇冻结法：降低冻结速度，减小水分迁移快速冻结法：足够高的冻结速度使得大量水分迁移来不及，无法形成大量冰晶体,冻胀抑制措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,减小冻胀力的措施主要有：避免采用封闭式冻土帷幕限制冻结范围卸压孔冻胀释放管,冻胀力减小措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,融沉与冻胀密切相关。通常，控制冻胀就间接控制了融沉。冻胀融沉综合控制措施主要有：强制解冻，跟踪注浆。尽快固结土体，避免长期沉降地层改良冻结法：先注浆，后冻结。降低土壤透水系数，阻止水分迁移；加强土体强度，减小压缩沉降。预注CMC（羧甲基纤维素钠）。增加土体黏性，降低透水系数，阻碍水分迁移。,冻胀、融沉综合控制措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,“CJG+冻结”工法（日本）,冻胀、融沉综合控制措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,“CJG+冻结”工法（日本）,冻胀、融沉综合控制措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,“地层改良冻结法”（胡向东）,冻胀、融沉综合控制措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,“地层改良冻结法”（胡向东）,冻胀、融沉综合控制措施,4.5,3冻结法的基本理论问题,人工冻土的解冻有三种情况：1.中断或终止冻结时的自然解冻；2.盐水泄漏导致的解冻；3.强制解冻。,人工冻土解冻,5,3冻结法的基本理论问题,自然解冻速度与冻土量、冻土温度、环境温度及周围供热量相关。停止冻结后，每日解冻量与原先冻结时间成反比。冻结时间越长，解冻速度越低。一般情况下，冻土厚度1米以上时，中断12天的冻结，冻土帷幕解冻厚度基本上可以忽略不计，可以认为是安全的。但是，必须注意，如果有较大流速的地下水作用时，解冻速度会加速。,自然解冻,5.1,停冻后每日解冻厚度,3冻结法的基本理论问题,盐水泄漏解冻是盐水扩散引起的，解冻厚度主要与冻土温度相关，当然与时间也有关。当冻土帷幕足够厚，盐水包不与外界沟通时，盐水温度被保持低温，对冻土帷幕功能影响不大。例如，当冻土温度保持-20时，在泄漏后2个月内不采取任何措施的情况下，冻土帷幕解冻厚度才6cm，其安全性不必担心。但是，必须注意，在砂性冻土中，盐水扩散快，解冻速度会加速。此外，如果盐水泄漏发生在早期，冻土温度不够低，冻土厚度不够大，盐水易与外界沟通，会带来安全威胁。,盐水泄漏解冻,5.2,盐水泄漏后解冻厚度,3冻结法的基本理论问题,强制解冻是指通过冻结管循环热盐水进行的积极解冻，其解冻速度主要与盐水温度相关，当然与冻土温度、环境温度也有关。自然解冻与强制解冻效果的比较：冻土厚度1.8m，强制解冻和自然解冻共同作用需要70天，而单纯自然解冻则需要约6倍的时间。日本鹿岛试验：冻土半径1.5米（厚度3m）。自然解冻需要200-300天，用60热水循环需要约60天，如用温度90，解冻时间减半（60天减到30天)。,强制解冻,5.3,自然解冻和强制解冻厚度共同作用效果,3冻结法的基本理论问题,含盐地层冻结温度下降：冻土厚度减小、温度场理论不适、冻结时间延长含盐地层导热系数下降：冻结速度下降含盐地层冻土强度下降：冻土承载力降低,含盐地层问题,6,3冻结法的基本理论问题,冻结温度下降,6.1,冻结温度/冰点t00含盐土冻结温度随含盐量的增加而显著降低。,3冻结法的基本理论问题,冻结温度下降,6.1,冻结温度/冰点t00冻结时间延长,3冻结法的基本理论问题,冻结温度下降,6.1,冻结温度/冰点t00冻土帷幕厚度减小,冻结温度下降时冻土帷幕厚度减薄率,3冻结法的基本理论问题,冻结温度下降,6.1,冻结温度/冰点t00原有温度场理论不适修正后：,3冻结法的基本理论问题,导热系数下降,6.2,导热系数下降冻结时间延长,3冻结法的基本理论问题,冻土强度下降,6.3,冻土强度下降冻土帷幕承载力降低,不同温度下冻土强度降幅（上海2）,3冻结法的基本理论问题,地下水的流动会使冻土帷幕朝下游方向发展，导致上游结构不能按时达到或达不到设计厚度，甚至不能交圈。即使上游也能交圈，其厚度也比下游小得多。这势必给工程埋下安全隐患，必须引起足够的重视。,地下水流动问题,7,3冻结法的基本理论问题,存在保证交圈的地下水临界流速。临界流速的影响因素：冻结管大小（散热面积）冻结管表面温度（或盐水温度）冻结管间距地下水温度土的导热性,地下水流动问题,7,3冻结法的基本理论问题,地下水临界流速,地下水流动问题,7,确保交圈的地下水临界速度注：冻结管温度-30；土体温度20；冻结管108。,4冻结法联络通道施工,联络通道的基本类型联络通道施工方法联络通道冻结法施工,4.1联络通道结构类型,单纯联络通道联络通道带泵站联络通道连建风井联络通道通地面出口,方案类型,0,4.1联络通道结构类型,单纯联络通道,1,4.1联络通道结构类型,联络通道带泵站,2,贯通式,4.1联络通道结构类型,联络通道带泵站,2,贯通式,4.1联络通道结构类型,联络通道带泵站,2,侧式（“烟斗式”）,4.1联络通道结构类型,联络通道连建风井,3,4.1联络通道结构类型,联络通道通地面出口,4,4.1联络通道结构类型,高差隧道联络通道,5,0,方法类型,4.2联络通道施工方法,明挖法暗挖法先明挖后暗挖法,1,明挖法,4.2联络通道施工方法,从地面开挖、支护至设计标高，然后绑扎钢筋笼、立模、浇注主体结构，最后回填覆土的施工方法。优点:(1)适应性广，能适用于各类土层;(2)造价较低，其造价主要取决于支护系统的费用;(3)旁通道施工过程中，如果出现事故，对主隧道结构影响较小;(4)明挖法对施工技术要求较低，施工进度快。,1,明挖法,4.2联络通道施工方法,缺点：占用较大的地面场地并且环境影响较大。适用条件：当旁通道埋深较浅且场地条件好的情况下，可以考虑使用此方法。由于地铁线路所经地区通常为交通繁忙、商业繁华地区，因而，在国内已经修建好和正在修建的几条地铁线路中旁通道较少采用明挖法。,2,暗挖法,4.2联络通道施工方法,旁通道暗挖法施工可以根据所采用地层加固方法的不同划分为以下几类:地基加固法预支护法机械化施工法,2.1,地基加固法,4.2联络通道施工方法,地基加固法通过土体加固，提高土体强度，为暗挖提供条件。冻结法注浆法深层搅拌法高压旋喷法适用条件软土富水、有涌水、流沙等困难地层。,2.2,预支护法,4.2联络通道施工方法,预支护法预先对土体进行支挡，以便暗挖。管棚法插板法适用条件自稳能力好、含水小的地层。,2.3,机械化法,4.2联络通道施工方法,机械化施法支挡与开挖相结合的工法。顶管法适用条件自稳能力较好、含水小的地层。,2.3,机械化法,4.2联络通道施工方法,顶管法上海地铁号线联络通道，1998年刀排式土压平衡顶管机，顶管顶进距离10.8米，旁通道主要穿越的地层有灰色粘土和灰色粉质粘土，旁通道顶部到地面覆土约为17.9米，顶管外形尺寸1700 x1900 x2600。上海地铁杨浦线一期工程淮海路站复兴路站区间网格式矩形挤压式顶管机。矩形顶管机外形尺寸为2.71.58m，隧道中心线距离为12.5m。南京地铁一号线珠江路站至新街口站区间网格形式顶管机，联络通道宽为1.68m、高2.8m、长12.90m，处于12b层粉质粘土和22b层的粉质粘土中。,3,先明挖后暗挖法,4.2联络通道施工方法,先明挖后暗挖法是指在两条主隧道中间的加固土体上施工一竖井至旁通道设计标高，再由竖井分别向两条主隧道方向采用矿山法掘进施工形成旁通道、在旁通道结构施工完毕后打开主隧道中封口的钢管片。适用条件适用于埋深较浅、自稳能力较好、含水小的地层。,4,评价,4.2联络通道施工方法,地面施工场地的要求深层搅拌法、高压旋喷法有要求，其他方法无要求。冻结法、注浆法地面施工时也有要求，但可以从隧道内施工则无要求。正在研究开发水平旋喷法，可从隧道施工。风险暗挖法由主隧道与旁通道共同承担旁通道施工过程中的各种风险，而先明挖后暗挖法则是由旁通道本身承担这些风险。,4,评价,4.2联络通道施工方法,地基加固均匀性深层搅拌法、高压旋喷法、注浆法均具有不连续性和不均匀性。冻结法加固具有可靠的连续性和均匀性。地基加固效果可测性深层搅拌法、高压旋喷法、注浆法缺乏可靠的监测手段。冻结法通过温度场监测可以可靠把握冻土帷幕的性状。,4,评价,4.2联络通道施工方法,冻结法目前在地铁的旁通道中的应用越来越广泛，并逐步成为联络通道施工的主要施工方法。优点加固均匀、封水绝对从隧道施工，不占地面缺点费用较高，往往作为最终选择冻胀融沉，对结构和环境有不利影响,5,国内应用情况,4.2联络通道施工方法,管棚法最早应用于北京地铁建设中，并积累了一定的工程经验。但由于京沪两地地质条件不同，土体的各项指标存在较大的差异，在上海地铁建设中尚未应用。深层搅拌法与旋喷法上海地铁一号线全部采用的是深层搅拌法与旋喷法。顶管法上海、南京地铁少量采用了顶管法进行施工。冻结法目前在地铁的旁通道中的应用越来越广泛，并逐步成为联络通道施工的主要施工方法。,4.3联络通道冻结法施工,冻结方案工艺流程重要工序施工方法,主要内容,0,4.3联络通道冻结法施工,冻结方案,1,结构形式,4.3联络通道冻结法施工,冻结方案,1,布孔方式,4.3联络通道冻结法施工,冻结方案,1,布孔方式,冷冻排管,透孔,4.3联络通道冻结法施工,冻结方案,1,钻孔类别,冷冻排管,透孔,测温孔,卸压孔,冻结孔,4.3联络通道冻结法施工,工艺流程,2,总流程,4.3联络通道冻结法施工,工艺流程,2,钻孔流程,4.3联络通道冻结法施工,工艺流程,2,冻结流程,4.3联络通道冻结法施工,工艺流程,2,开挖构筑流程,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,冻结孔开孔,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,隧道临时预应力支撑,隧道预应力支撑,不影响通过轨道车的隧道预应力支撑,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,隧道临时预应力支撑,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,隧道临时预应力支撑,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,安全门,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,开挖,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,通道初衬结构,型钢支撑+喷射混凝土,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,防水层,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,绑扎钢筋,4.3联络通道冻结法施工,重要工序施工方法,3,永久结构,5冻结法施工监测,人工地层冻结是动态过程，是随时间变化的。冻土帷幕的性状受制冷系统运行状况、地质条件、边界散热、施工工况等诸多因素的影响。冻土性质、冻土帷幕的结构状态都是温度的函数，而冻土帷幕温度场是随时变化的。为保证冻土帷幕的安全和有效，必须实时掌握相关的各种参数。因此，人工地层冻结法是必须实行信息化施工的一种工法。,5冻结法施工监测,冻结系统：盐水温度、流量等冻土温度：冻土帷幕状态（厚度、平均温度等）冻胀：冻胀力、结构受力及变形融沉：结构、土体、地面、构筑物变形,监测内容,1,5冻结法施工监测,系统结构,2,测算精度的影响因素,3,5冻结法施工监测,三个重要影响参数：测温点位置(x,y)测温点温度t(x,y)冻结管外表面温度tCT三个参数都会产生较大影响以测温点位置(x,y)误差y为例（x影响不大）冻结管间距越大，测温点越靠近冻土帷幕边缘，计算值的误差越小各种误差均可通过把测温孔布置在尽量靠近冻土帷幕边缘得以控制在最小程度,以单排管巴氏公式为例,5冻结法施工监测,冻土温度：结构-冻土交界面联络通道：对侧隧道,温度监测要点,4,6联络通道施工安全与质量控制,联络通道施工控制要点若干管理问题验收,6.1联络通道施工控制要点,冻结孔的开孔定位核实上下行线管片里程误差，确保孔位测量精度开孔定位尽量避开管片主筋冻结孔的偏斜测斜、纠偏，控制冻结孔偏斜做好成孔测量，准确记录成孔偏斜数据偏斜过大时，根据要求补孔,冻结孔施工,1,6.1联络通道施工控制要点,冻结孔的密封性保证冻结管接头质量做好试压工作孔口管施工确保密封效果确保安装牢固,冻结孔施工,1,6.1联络通道施工控制要点,制