地铁车站深基坑毕业设计

摘要毕业设计主要包括三个部分，第一部分是上海地铁场中路站基坑围护结构设计；第二部分是上海地铁场中路站基坑施工组织设计；第三部分是专题部分，盾构施工预加固技术研究。在第一部分基坑围护结构设计中，根据场中路站基坑所处的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定采用地下连续墙作为基坑的围护方案，支撑方案选为对撑，从地面至坑底依次设四道钢管支撑，并进行围护结构及支撑的内力计算、相应的强度和地连墙的配筋验算以及基坑的抗渗、抗隆起和抗倾覆等验算。第二部分的施工组织设计，根据基坑围护方案、施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，围护结构施工、基坑开挖与支撑安装等进行设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分专题内容是盾构施工中的预加固技术研究。针对工程施工中的地质条件和施工工况，总结了盾构施工中的土体预加固的技术措施和相关的参考资料，提出在盾构施工中土体预加固的技术措施。关键词：基坑；地下连续墙；施工组织；支撑体系；盾构预加固技术ABSTRACTThisgraduationdesignmainlyincludesthreeparts.ThefirstpartaboutthedesignofthedeepfoundationpitenclosurestructurewhichisappliedintheChangzhongroadmetrostationinshanghai;ThesecondpartisthedesignoftheconstructionorganizationfortheChangzhongmetrostationinshanghai;Thethirdpartistheresearchonpre-reinforcementtechnologyinShieldtunnelconstruction.Inthefirstpart,theundergroundcontinuouswallandthesymmetricalbracearedeterminedtobeappliedtothefoundationpitofthechangzhongmetrostationthroughtheschemecomparisonaccordingtotheengineeringgeology,thehydrogeologyconditionsandenvironmentcircumstancesoftheprojectlocated.Therearefoursteelpipesupportsfromthegroundtothebottomofthefoundationpit.Theinternalforcesofthethediaphragmwallandthesymmetricalbracesarealsocalculated.Andthestrengthofthesymmetricalbraces,thereinforcementofthediaphragmwall,Anti-overturnStabilityetarealsochecked.Thedesignoftheconstructionorganizationinthesecondpartincludesthepreparationworkbeforetheconstruction,theconstructionsitelayout,theconstructionoftheenclosurestructureandthedesignofthefoundationexcavationandthesupportinstallation.Theplanofprojectscheduleandthemeasuresofthequality,safetyandenvironmentareorganized.Thethematicisinthethirdpartwhichintroductsresearchofpre-reinforcementtechnologyaboutShieldtunnel.Basedonthepre-reinforcementtechnicalmeasuresandrelatedreferencematerialoftheproject,summarizedthesoilpre-reinforcementmeasuresofshieldtunnel.Keywords:foundationpit;undergroundcontinuouswall;constructionorganization;supportsystem;pre-reinforcementtechnologyonshieldtunnelconstruction目录第一部分上海地铁场中路站基坑围护结构设计TOC\o"1-2"\h\z\u1工程概况 页1概述1.1盾构法概述随着技术进步、认识提高、综合国力的增强，特别是随着该施工技术所显现的优势，盾构法越来越多地被国内地铁界所接受，上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等城市都使用这种方法。上海地铁是国内最早采用盾构施工的，且大部分工程都是利用盾构完成的。盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体,同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。[1]盾构是19世纪初期发明，首先用于开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。[4]盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。盾构法施工工序主要包括四个方面：土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注。在施工阶段，四道工序均应及时而迅速地进行，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响[1]。1.2盾构法的施工条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，具体施工条件如下：（1）线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；（2）隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m；（3）相对均质的地质条件；（4）如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m；（5）从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。[2]1.3盾构施工工艺盾构法施工工序主要包括四个方面：土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注。在施工阶段，四道工序均应及时而迅速地进行，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响。（1）土层开挖在盾构开挖土层的过程中，为了安全并减少对地层的扰动，一般先将盾构前面的切口贯入土体，然后在切口内进行土层开挖，开挖方式有：①敞开式开挖。适用于地质条件较好、掘进时能保持开挖面稳定的地层。由顶部开始逐层向下开挖，可按每环衬砌的宽度分数次完成。②机械切削式开挖。用装有全断面切削大刀盘的机械化盾构开挖土层。大刀盘可分为刀架间无封板的和有封板的两种，分别在土质较好的和较差的条件下使用。在含水不稳定的地层中，可采用泥水加压盾构和土压平衡式盾构进行开挖。③挤压式开挖。使用挤压式盾构的开挖方式，又有全挤压和局部挤压之分。前者由于掘进时不出土或部分出土,对地层有较大的扰动,使地表隆起变形，因此隧道位置应尽量避开地下管线和地面建筑物。此种盾构不适用于城市道路和街坊下的施工，仅能用于江河、湖底或郊外空旷地区。用局部挤压方式施工时,要根据地表变形情况,严格控制出土量，务使地层的扰动和地表的变形减少到最低限度。④网格式开挖。使用网格式盾构开挖时，要掌握网格的开孔面积。格子过大会丧失支撑作用，过小会产生对地层的挤压扰动等不利影响。在饱和含水的软塑土层中，这种掘进方式具有出土效率高、劳动强度低、安全性好等优点。[3]（2）推进操纵与纠偏推进过程中，主要采取编组调整千斤顶的推力、调整开挖面压力以及控制盾构推进的纵坡等方法，来操纵盾构位置和顶进方向。一般按照测量结果提供的偏离设计轴线的高程和平面位置值，确定下一次推进时须有若干千斤顶开动及推力的大小，用以纠正方向。此外，调整的方法也随盾构开挖方式有所不同：如敞开式盾构，可用超挖或欠挖来调整；机械切削开挖，可用超挖刀进行局部超挖来纠正；挤压式开挖，可用改变进土孔位置和开孔率来调整。（3）衬砌拼装常用液压传动的拼装机进行衬砌（管片或砌块）拼装。拼装方法根据结构受力要求，可分为通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，容易定位,衬砌圆环的施工应力较小,但其缺点是环面不平整的误差容易积累。错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/2～1/3。错缝拼装的衬砌整体性好，但当环面不平整时，容易引起较大的施工应力。衬砌拼装方法按拼装顺序，又可分为先环后纵和先纵后环两种。先环后纵法是先将管片（或砌块）拼成圆环，然后用盾构千斤顶将衬砌圆环纵向顶紧。先纵后环法是将管片逐块先与上一环管片拼接好，最后封顶成环。这种拼装顺序，可轮流缩回和伸出千斤顶活塞杆以防止盾构后退，减少开挖面土体的走动。而先环后纵的拼装顺序,在拼装时须使千斤顶活塞杆全部缩回,极易产生盾构后退，故不宜采用。（4）衬砌背后压注为了防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的空隙及时压注充填。压注后还可改善衬砌受力状态，并增进衬砌的防水效果。压注的方法有二次压注和一次压注。二次压注是在盾构推进一环后，立即用风动压注机通过衬砌上的预留孔，向衬砌背后的空隙内压入豆粒砂，以防止地层坍塌；在继续推进数环后，再用压浆泵将水泥类浆体压入砂间空隙，使之凝固。因压注豆粒砂不易密实，压浆也难充满砂间空隙，不能防止地表沉降，已趋于淘汰。一次压注是随着盾构推进，当盾尾和衬砌之间出现空隙时，立即通过预留孔压注水泥类砂浆，并保持一定的压力，使之充满空隙。压浆时要对称进行，并尽量避免单点超压注浆，以减少对衬砌的不均匀施工荷载；一旦压浆出现故障，应立即暂停盾构的推进。盾构法施工时，还须配合进行垂直运输和水平运输，以及配备通风、供电、给水和排水等辅助设施，以保证工程质量和施工进度，同时还须准备安全设施与相应的设备。1.4盾构法施工的优缺点盾构法施工主要有以下优点：（1）安全开挖和衬砌，掘进速度快；（2）盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。（3）不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；（4）穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；（5）在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。缺点主要有两点：1、断面尺寸多变的区段适应能力差；2、新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。[4]1.5盾构法施工预加固的必要性虽然盾构有许多成功的工程实例，但是使用盾构法进行隧道的施工也有较大的风险。如盾构在隧道内只能前进，不可后退，一旦盾构本身出现致命的故障，可能就会产生灾难性的后果。而且使用盾构在对洞口进行加固处理的始发阶段以及在接收井的出洞阶段出问题的概率很高，即使是非常有经验的承包商也常会发生类似事故[5]。并且地层地质条件的多样性，城市施工条件的复杂性等等，往往在盾构施工进出洞或盾构期间遇上软弱土层或承载力非常低的土层，这个时候就需要预先进行土层的加固，确保后期的施工安全。所以在选择盾构法进行隧道施工的时候，根据土层的情况，以及盾构法施工的特殊性，有必要根据现场实际情况进行土体的预加固。

2盾构施工预加固技术2.1概述

在盾构始发阶段存在以下几种特殊情况：（1）始发推进前需凿除车站的围护结构（主要是处理钢筋砼结构），凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳，不能有水土流失；（2）始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能进行调向；（3）始发阶段的姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难；（4）始发期间一些设备如管片小车、管片吊机，包括出渣都不能正常使用。有时也会存在盾构机因为车站结构的原因而不能整机始发[6]。综上所述，盾构在初始阶段的施工难度很大。因此，盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须要全力做好。在盾构始发之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的处理措施。地层处理一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行地层加固处理。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且不能有地下水的损失。常用的具体处理方法有冻结法、SMW工法、搅拌桩、旋喷桩、注浆法等。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。[7]2.2冻结法2.2.1冻结法概念冻结法是采用不掺外加剂的砂浆砌筑墙体，允许砂浆遭受一定程度的冻结。在不稳定含水地层中修建地下工程时，借助人工制冷手段暂时加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法[8]。冻结法是利用土体冻结后其强度、稳定性以及隔水能

力大大优于天然土的性质。

在岩土工程开挖之前，在开挖的工程周围，

钻造孔洞（冻结孔），利用人工制冷技术，

通过冻结孔对地层进行制冷，形成一个封闭

的冻土结构，隔绝地下水的联系，同时抗抵

周围岩土的压力，确保盾构推进的安全。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。[9]2.2.2冻结法施工工艺冻结工艺主要包括以下几个流程：1，孔洞的钻取，包括冻结孔、测温孔、水文孔等；2，冻结过程控制：冻结过程控制主要包括冻结温度控制、盐水流量控制、冻结壁发展监测、冻结温度场分析等；3，水平盾构的推进：在盾构机水平推进的过程中要注意隧道壁温度控制，隧道掘进速度，掘进段长选取，管片拼装要求等；4，冻结信息化：冻结信息化主要包括技术冻结站信息化、冻结温度场信息化、盾构推进安全信息化等。[10]2.2.3冻结法特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下优点：（1）可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；

（2）冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；

(3)冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；

(4)冻结施工可以和其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。缺点主要是造价高，且会出现冻胀融沉的现象，如果使用氟利昂做制冷媒介的话，还要注意氟利昂的泄露，以免对大气造成污染！[11]2.2.4冻结法加固土体效果不管是采用一次全深冻结，还是分次多段冻结，通过控制制冷量来控制土体的温度，而随着温度的降低，土体的强度也逐渐升高。因此，可以根据实际需要来采取相对应的冻结方案。在土体冻结结束后，土体内水结成冰，使得土骨架结构更加的完整、紧凑，提高土体的强度，并且阻断了外界与施工地段的联系。确保工作面不至坍塌，保证施工的安全进行。2.3注浆法2.3.1注浆法概念注浆法(groutingmethod)是将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，以改善其物理力学性质的方法。注浆的目的是防渗、堵漏、加固和纠正建筑物偏斜。注浆机理有：填充注浆、渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。注浆材料有粒状浆材和化学浆材，粒状浆材主要是水泥浆，化学浆材包括硅酸盐(水玻璃)和高分子浆材。[1]2.3.2注浆法施工工艺注浆法工艺流程：钻孔机就位→钻孔→注泥浆→下套管→继续钻孔→排渣→清孔→吊放钢筋笼→射水清底→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管→插桩顶钢筋[12]2.3.3注浆法的适用条件及加固效果注浆法主要分硅化法和碱液法。不同的地质条件适应不同的方法，所得到的效果也不一样。硅化法硅化法分单液硅化法、双液硅化法、加气硅化法和电动双液硅化法。单液硅化法：适用于加固渗透系数为0．1～2．0m／d的湿陷性黄土和渗透系数为0．3～5．0m／d的粉细砂土。(1)加固湿陷性黄土时，使用掺入2．5％氯化钠、浓度为10％～15％的硅酸钠溶液。溶液压入土层中后，钠离子与土中水溶性盐类内的钙离子产生离子交换反应，在土粒间及其表面形成硅酸凝胶，增加土粒间的胶结力，使土体硬化。(2)加固粉细砂时，使用在浓度较低的硅酸钠溶液内加入一定数量的磷酸，溶液在土中经过化学反应，使土体硬化。双液硅化法：适用于加固渗透系数为2．0～8．0m／d的砂质土或用于防渗止水。使用密度为1．35～1．44的硅酸钠溶液和密度为1．26～1．28的氯化钙溶液。两种溶液与土接触后，产生凝胶化学反应，生成硅胶和氢氧化钙。加固土的极限抗压强度可达1．5～6．0MPa。加气硅化法：预先往土中压入二氧化碳或氨气，使土活化，然后灌注硅酸钠溶液，再压入二氧化碳，使硅酸钠胶凝。加固砂土时，抗压强度可达1000～3000kPa。对不含碳酸盐的砂土，由于先用二氧化碳活化，强度可提高20％～25％；对含碳酸盐的砂土，通过二氧化碳活化，强度可提高30％～35％。加固饱和度高的湿陷性黄土时，加气硅化法的加固半径可比单液硅化法大50％左右。电动双液硅化法：适用于加固渗透系数小于0．1m／d的软粘性土地基。用带孔眼的注浆管作阳极，用打入土层中的钢筋或滤水管作阴极，将硅酸钠和氯化钙溶液通过注浆管压入土层中并通以直流电流，在电渗作用下，孔隙水由阳极向阴极扩散，溶液随水的运动由阳极流向阴极，使注浆效果得到提高。此法加固费用较高，必须经试验确认有效后才能采用。碱液法将氢氧化钠溶液(碱液)加热到80～100℃，通过带孔眼的注浆管在其自重作用下灌入土层中，当土中钙、镁离子含量较高时(如黄土)，使土粒表面活化，自行胶结，从而使土体强度和水稳性得到提高，称为单液法；当土中钙、镁离子含量较少时(如一般粘性土)、灌入氢氧化钠溶液后，再灌入氯化钙溶液，称为双液法。碱液法具有施工设备简单、加固费用较低，可消除黄土的湿陷性等优点。高分子化学注浆法适用于加固砂土地基、坝基帷幕灌浆、地下工程止水堵漏、加固坝基泥化夹层和断层破碎带。高分子化学浆材品种较多，有环氧树脂类、丙烯酰胺类(丙凝)、聚氨脂类(氰凝)、木质素类等。在地基化学灌浆中常用的高分子化学浆材是丙烯酰胺类和聚氨脂类。化学注浆法一般用泵通过注浆管将浆液注入土中。注浆压力、加固半径等注浆参数，可根据地质情况、工程要求，通过现场试验确定。灌浆孔在平面上一般按等边三角形或矩形布置。湿陷性黄土加固半径一般为0．5～0．7m，加固深度一般为3～8m。硅化法的优点是浆液的渗入性较强，能很快使地基变形终止；无毒，不污染环境，价格低廉，故被广泛采用。水泥注浆法适用于砂砾层和岩石裂隙灌浆。一般使用普通硅酸盐水泥，水灰比采用1比1，可掺入2％～5％水玻璃作速凝剂。注浆使用普通挤压式灰浆泵，注浆压力最大不超过1MPa。对渗透系数小于10-4cm／s的粉细砂和粘性土，可采用劈裂注浆。劈裂注浆所用水泥浆的稠度较大，水灰比为0．45～0．60。注浆采用花管法和单向阀管法。注浆的最大压力一般大于4MPa。[13]2.4高压旋喷桩2.4.1高压旋喷桩概念高压旋喷桩是以高压泵为动力源,通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内,喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿,并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体,强制土颗粒与浆液搅拌混合。待浆液凝固后,形成水平圆柱状水泥土固结体即水平旋喷桩,当旋喷桩相互咬合后,便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体,起到防流砂、抗滑移、防渗透的作用。[14]2.4.2高压旋喷桩施工工艺(1)测量放线:根据设计的施工图和坐标网点测量放出施工轴线。(2)确定孔位:在施工轴线上确定孔位，编上桩号、孔号、序号，依据基准点进行测量各孔口地面高程。(3)钻机造孔:可采用泥浆护壁回转钻进、冲击套管钻进和冲击回转跟管钻进等方法。(4)测量孔深:钻孔终孔时测量钻杆钻具长度，孔深大于20m时，进行孔内测斜。(5)下喷射管:钻孔经验收合格后，方可进行高压喷射注浆。(6)搅拌制浆:搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液。保证高压喷射注浆连续供浆需量。(7)供水供气:施工用高压水和压缩气的流量、压力应满足工程设计要求。(8)喷射注浆:高压喷射注浆法为自下而上连续作业。喷头可分单嘴、双嘴和多嘴。(9)冒浆:高压喷射注浆孔口冒浆量的大小，能反映被喷射切割地层的注浆效果。孔口冒出的浆液能否回收利用，取决于工程设计和冒浆质量的好与差，工程中尽可能利用回浆。[15](10)旋摆提升:单嘴喷头摆360°为旋喷；小于360°为弧喷；小于等于180°为拱喷；小于等于90°为摆喷；摆角为0°时为单向定喷。同轴双嘴喷头摆180°为旋喷；小于180°为双向拱喷；小于等于90°为双向摆喷；摆角为0°时为双向定喷。非同轴双嘴喷头有90°夹角、120°夹角、150°夹角，可用于摆喷和定喷。多嘴喷头目前国内使用的不多。旋摆为机械旋摆和特殊环境下人工旋摆。(11)成桩成墙:高压喷射注浆凝固体可形成设计所需要的形状，如旋喷形成圆柱状、盘形状，摆喷形成扇形状、亚铃状、梯形状、锥形状和墙壁状，定喷形成板状。(12)充填回灌:每一孔的高压喷射注浆完成后，孔内的水泥浆很快会产生析水沉淀，应及时向孔内充填灌浆，直到饱满，孔口浆面不再下沉为止。终喷后，充填灌浆是一项非常重要的工作，回灌的好与差将直接影响工程的质量，必须做好充填回灌工作。[16]2.4.3高压旋喷桩特点(1)可控性。旋喷桩的浆液局限在土体破坏范围内,浆液注入部位和范围可以控制,可通过调节注入参数(切削土体压力、固化材料注入速度与配比、注入量等)获得满足设计要求的固结体。(2)均匀性。喷射流在能量衰减前交汇,切削能量在碰撞点相互抵消,在比桩心到碰撞点距离大的地方,射流无能力切削土体,加固体均匀程度好。(3)成本低、效率高。由于限定注入范围,注入量大幅减少,水泥用量仅为100～150kg/m,施工速度比大管棚或深孔注浆提高2～3倍。(4)具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。[17-20]

3水平冻结法在盾构进洞中的应用3.1工程概况（你看你段落格式，上下不一样上海市轨道交通10号线10.8标是上海市轨道交通10号线一期工程的重要组成部分。该工程由高安路车站、华山路车站、11号线淮海路车站、凯旋路车站、宋园路车站、高安路站～华山路站区间、华山路站～凯旋路站区间、凯旋路站～宋园路站区间、宋园路站～古北路站区间等五站四区间组成。4段区间隧道总长为6987.452m。其中高安路站～华山路站区间隧道长955.926m，由2台Φ6340土压平衡式盾构先后分别从高安路车站西端头井出洞，沿淮海中路向东推进，途经吴兴路、宛平路、余庆路，至华山路站东端头井进洞，华山路进洞上行线地基加固采用搅拌桩和高压旋喷桩加固，下行线地基加固采用水平冻结加固，该区间于2008年3月开工，至2009年1月13日隧道实现贯通。3.2周边环境状况华山路车站位于上海市中心闹市区的华山路和淮海西路交叉口处，该车站东端头井下行线一侧地下连续墙外2m处有一备用电缆线，中心线附近处有一根的Φ700上水管闷头。此外，在距离地下连续墙4m外有很多管线，依次为Φ300上水管、Φ300煤气、Φ500煤气。3.3地基加固方式的选择华山路东端头井上、下行线进洞地基加固原设计为Φ850搅拌桩和Φ650高压旋喷桩加固，加固范围为纵向由端头井外井壁向外3.5m，横向以隧道向左、右两侧各延伸3m，深度为隧道向上、下各延伸3m。其中深层搅拌桩加固范围为3m，旋喷桩加固范围为车站地连墙和搅拌桩之间的50cm夹层。由于下行线洞门距离Φ300上水管、电车架空线杆、消防栓、围墙距离较近，如需实施搅拌桩和高压旋喷桩加固，须对加固区内的管线、构筑物和加固施工要求范围内的管线和障碍物进行搬迁。鉴于华山路站东端头井是在淮海路地面道路半侧封闭、地下管线和地面架空线改道的基础上建成的，已对周边道路机动车通行造成相当大的压力，如按原设计方案实施搅拌桩和高压旋喷桩加固，势必要求对端头井外Φ300上水管、电车架空线杆、消防龙头、围墙等进行二次搬迁、对淮海路再封闭一根车道，这将直接导致10.8标总工期延后5个月，并会影响10号线一期工程全线的总工期，也将使10.8标交通组织费用大大增加，同时也将造成周边道路车辆通行瘫痪，严重影响周边人民群众的日常出行和生活。经建设方、施工方、监理方、设计方和徐汇区有关部门、街道、交警、管线、公交等单位的多方研究和分析，一致认为华山路站东端头井下行线地基加固不宜采用原设计方案，建议采用井下水平冻结法地基加固施工方案。经原设计院变更设计后，华山路东端头井下行线进洞地基加固修改为工作井内钻孔水平冻结加固。[25]3.4水平冻结法地基加固施工3.4.1地质描述地质土层是影响地基加固和盾构进洞的主要因素之一。根据地质资料，本工程华山路站东端头井加固区主要涉及的土层为：①1杂填土层、②褐黄～灰黄色粉质粘土、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土层、⑤1-1灰色粘土层。从地质条件看，对实施水平冻结地基加固较为有利。3.4.2水平冻结施工法地基加固施工工作井内钻孔水平冻结加固施工主要由：①水平冻结孔的钻孔、冻结管的安装；②冻结站的安装、调试；③实施冻结等三个步骤组成。(1)水平冻结孔的钻孔、冻结管的安装1）

冻结孔、测温孔、泄压孔的布置根据冻结帷幕设计，冻结孔按近水平角度布置。圆柱体加固区冻结孔沿槽壁开洞口φ7.5m圆形布置，开孔间距为0.76m（弧长），冻结孔数31个，冻结孔1#～31#长度为6m。板块加固区冻结孔沿槽壁开洞口φ5.1m、φ2.7m圆形布置，开孔间距为1.14m～1.21m（弧长），冻结孔数21个，冻结孔长度为3.2m；开洞口中心布设1个冻结孔，冻结孔长度为3.2m。测温孔共布置11个（其中4个布置在盾构半径上R=3.17m），深度为3米，主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施，确保施工的安全。泄压孔为9个，深度为6米，主要用于冻结期间释放土体冻胀压力。图SEQ图\*ARABIC1图冻结管的布置、冻结区域和地质情况2）

冻结孔施工冻结孔钻孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口密封装置安装→钻孔→测量→打压试验。冻结孔定位、钻孔质量是冻结法施工的首要环节。在钻孔前应严格按设计要求在工作井槽壁上正确定位和开孔。开孔后，应及时安装孔口管、旁通阀、孔口密封装置，确保安装牢固、无渗漏水现象。钻孔时应严格按照设计要求调整好钻机方位角和俯仰角，并固定好。首先采用无泥浆钻进，当钻进不进尺时，调整施工工艺进行泥浆钻进，同时打开孔口装置上旁通阀门，观察出水、出砂情况。钻孔期间，应用经纬仪结合灯光对每个成孔进行测斜，偏斜率控制在1%以内，不宜内偏，最大终孔间距不大于150mm。施工完毕后，对成孔管内注水进行冻结管密封试验，试验压力控制在0.8MPa，30分钟内压力无变化为合格。(2)冻结站的安装、调试为确保冻结加固的效果，选取的冷冻设备和备用冷冻设备的冷却水量、制冷剂、冷媒等必须满足冻结加固的要求。考虑到冻结法施工是必须连续冻结的过程，如设备、管路等原因造成长时间停运，将引起土层的融沉，引起周边地下管线、建筑物和构筑物的变形。因此，冷冻设备和设施的安装、调试、施工临时用电必须确保冷冻期间设备能持续正常的运转。冷冻管安装时必须按设计要求进行布设和连接，管路的连接接头必须做到密封、牢固，并通过试压试验。冷冻管进出回路上应有测温装置。冷却水存储容器完好、不渗漏，应有水位显示装置和保温设施。冷冻设备质量应合格，设备安装后应能有效运转，并应达到设备出厂标定的冷却水量。冷却循环回路均应设置保温隔热措施。在冷冻设备安装、调试合格后，施工单位可对土体进行冻结加固。冻结期间，应注意观察冷却池水位，以确定冻结管、连接管、冷却系统是否有渗漏。检查、记录冻结器去回路盐水温度、冷冻机吸排气温度、冷却循环水进出水温度、盐水泵工作压力、制冷系统冷凝压力、制冷系统汽化压力和冻结帷幕温度场的监测等，确定冷冻设备的运转情况和冻结壁厚度的发展情况。检查每个泄压孔的压力，定时释放冻胀压力。冻结期间还应加强对冻结区域地面建（构）筑物、地面道路、地下管线和深沉土体变形的跟踪监测，必要时采取相应的保护措施。[21-25]3.5冻结加固的效果华山路站东端头井下行线水平冻结地基加固于2008年11月12日开始，使用一台冷冻机冻结加固，至11月19日（第7天）盐水进、回路温度分别为－28.5℃和－26.5℃，以后始终稳定在－28℃以下，盐水进路和回路温差小于2℃。至2008年12月25日盾构进洞止，连续实施冻结34天。冻结期间，冷冻设备运转正常，冷却水无渗漏现象。经计算后的冷冻效果如表1。表1.冷冻效果序号主要参数设计值实际值1盐水温度-25℃~28℃去路-30.5℃回路-29.5℃2冻土墙厚度内圈2.15m外圈1.2m〉2.15m〉1.2m3冻土墙平均温度-10℃-15.5℃图SEQ图\*ARABIC2测温孔温度监测图经实地查看，洞门表面已结霜。据沉降监测报告显示，地面沉降及各管线沉降位移变化值较小。洞门砼凿除前，在洞门上不同部位所开的9个探孔，均无渗漏水和泥沙流出等现象。图SEQ图\*ARABIC3洞门外表面已结霜3.6盾构进洞存在的风险由于采用了水平冻结法地基加固，也给盾构进洞施工增加了一定的风险性。主要风险如下：（1）.

盾构进洞区域冻结管过早拔除，冻结土体自然解冻，冻结效果降低，会造成土体融沉、洞门渗漏水，给周边环境和盾构进洞带来不利影响。（2）.

冻结管拔管时造成断管，且不能及时取出断管，影响盾构进洞。（3）.

盾构进洞段推进时，刀盘被冻住，导致盾构无法进洞。（4）.

盾构进洞后，加固区域后期融沉，导致周边地下管线、道路、建筑物变形。（5）.

其它突发事件的发生。3.7盾构进洞的保证措施（1）盾构进洞期间对冻结区的温度控制在通过测温孔测定、计算确定冻结已达到设计要求后，方可进行盾构进洞施工。为了保证盾构能够顺利推进，盾构外周的实际冻土温度控制在0℃～-5℃之间为宜，以能保证水呈固态，且盾构总推力不至于过大。（2）洞门开设探孔，探查冻结效果在确认冻结帷幕达到设计厚度及强度厚后，可在洞门上开设若干探孔，以判断冻土与槽壁的胶结情况。探孔的布置应在两测温孔之间，探孔进入冻土内深度控制在10～15cm。测温时应采用高精度的温度计或测温仪进行量测，各探孔实测温度必须低于－5℃。同时，可通过探孔探查冻结土体的冻结效果和是否有渗漏水和泥沙流出现象。（3）冻结管拔管和洞门的凿除盾构刀盘进入外圈圆柱体冻结加固区后，在刀盘距离内圈板块冻结加固区1m时，通过探孔探查分析，确认冻土帷幕与槽壁胶结良好后，即可对内圈板块冻结加固区实施拔管。拔管时应从板块冻结加固区的外圈向内圈逐圈拔除冻结管，拔除外圈冻结管时，内圈冻结管应维持冻结。拔管前，应先对待拔冻结孔实施局部解冻后再进行拔除。拔除每圈冻结管时，要间隔拔除，未拔除的相邻冻结孔应维持冻结。直到全部拔除板块上的所有冻结管。冻结管拔除时应避免损坏外圈圆柱体冻结加固区的冻结管和其它施冻的冻结管，并做好维持冻结工作。如遇冻结管拔断，应及时套管钻孔取出冻结管。整个拔管工作应及时完成，不应拖延。拔管结束后，应及时对洞门进行凿除，以防冻结帷幕融化，影响其强度。（4）盾构穿越冻结区域的控制措施为了预防盾构机穿越冻结区域推进时刀盘被“冻住”的现象，首先应将盾构刀盘系统与其他系统解锁，确保在冻结区域推进期间刀盘始终保持旋转，而不被冻住。其次，严格控制推进速度、控制刀盘切割土体的进刀量，以防刀盘切入冻结土体过深而被卡住，从而导致刀盘被冻住。其三，推进期间对正面冻土注盐水，有利于刀盘切割土体。其四，现场应配备处置盾构被“冻住”的应急设施，如对盾构机正面土体喷蒸汽和加注热盐水等相应解冻设备和物资等。（5）盾构进洞后的融沉注浆盾构进洞后，应根据环境监测情况利用工作井壁上的冻胀泄压孔和隧道内进洞段管片上的注浆孔（进洞区域管片上可多设置一些注浆孔）及时进行跟踪注浆，控制融沉；根据以往经验，融沉注浆总量一般为冻土体积的15%左右。其次，实施局部强制解冻，利用洞口周边井壁上的冻结管和冷冻循环的盐水来作为传递热量的媒体,对冻土进行加热，使冻土在短时间内融化。解冻原则是先上部后下部。相邻的两个冻结孔不能同时解冻，可采取跳跃式解冻法。在解冻的同时应加强对地面建（构）筑物、地面道路、地下管线和深沉土体变形的实时监测和隧道进洞段的后前沉降监测，及时对冻土进行补充注浆，以控制上部管线、建筑物等的沉降和隧道自身的沉降。（6）落实应急预案的各项准备在盾构进洞期间，成立应急预案领导小组，对抢险工作进行总体协调指挥，以做到万无一失。盾构进洞现场应备有足够抢险物资，即各种规格的砂袋、棉被、速凝水泥、注浆泵、堵漏剂、泡沫条、海绵等物资，对渗水点及时封堵。加强对洞门凿除后的保温措施，防止冻结壁融化。在施工现场配备一定量的液氮，万一冻结壁局部融化时，可及时使用液氮进行冻结，保持冻结温度。[25-30]4.小结通过对盾构法施工预加固的技术研究，介绍了几种预加固的方法。盾构施工预加固技术并不是一个独立存在的个体，各种方法相辅相成，现场应根据实际情况选择一种工法或多种功法相结合的形式来达到土体预加固的要求。比如注浆法与旋喷桩施工就有其相似之处，但又适合不同的条件，在有些地质条件需要使用两种工法相结合的形式。通过各种工法的应用，控制地表的沉降，周边建筑物或道路的开裂，并且保证满足施工需要。

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第四部分外文翻译

翻译原文

中文译文不同环境下钢筋腐蚀导致的混凝土开裂裂缝的特征摘要：本文介绍了混凝土特征梁开裂时暴露于不同的大气层导致钢筋腐蚀的实验室实验研究成果。通过模拟两个电解媒体的方法而获得这些环境条件:一个碱性,用梁暴露于饱和的氢氧化钙溶液,模拟发生在一个工业环境的情况;另一个用梁暴露于氯化钠溶液,模拟融雪或海洋环境。为了区分在各种情况下生成不同的腐蚀产品(以及对混凝土裂缝影响)，需要对单位测试样品进行测试。实验得出,这些材料具体的一致性以及裂缝变化过程由对应的环境控制。1简介当钢筋混凝土结构发生腐蚀时,金属铁转变成氧化物，并伴随着体积的大量增长,直至最终的氧化状态体积可以达到最初铁量的600%[1]。这增加的氧化物是混凝土的开裂以及裂缝扩张的主要原因。这是因为这些产物最初只停留在钢筋的表面,试图填满相邻的混凝土孔结构空间的缝隙。接着,由于它们的体积比原金属大，以及混凝土拉应力超过最大值时裂缝的产生,他们施加压力在混凝土表面。这些裂缝由钢筋表面很快扩散到表面的混凝土保护层[2]。这种裂缝纵向发展至整根钢筋,而不同的弯曲应力产生的裂缝看起来也不同,这就是通常的垂直发展裂缝[3]裂缝的出现导致钢筋表面化学物质和电化学的条件的改变，而这种改变将加速腐蚀过程。根据碳酸混凝土或添加氯化物混合物的混凝土,出现的裂缝并不改变化学条件(孔溶液)。电化学条件的变化将提高氧气在裂缝的通过率,但同时使得裂缝变得干燥,所以这两种作用互相抵消。在这种情况下,加速腐蚀的风险不会增加。另一方面,在外部环境代表最原始的化学环境的情况下,裂缝构成一个更高的化学攻击的通道入口（归因于大量的积极效应);这就是为什么受影响的结构生活的实用性会减少。许多研究人员[5]已经做出,评估不同的方面主要涉及电化学腐蚀(例如:极化电阻,潜在的和腐蚀速率)不同的环境(碳化或与氯化物)等等,导致钢筋质量的降低的报告,。目前研究中不同的环境被模拟,暴露表面的钢筋混凝土梁的两种不同的电解媒体和应用不同的腐蚀率(自然或加速腐蚀)达到他的加强效果。这种类似于钢筋混凝土与氢氧化钙相接触的情况存在于各种行业:沉积的水处理、坦克在污泥中的稳定,在接触土壤中氢氧化钙结构的稳定,以元素互相影响来改善众多环境消除污染的行业,等等。另外,还模拟了外部中的氢氧化钙腐蚀的解决方案。另一方面,因为当前水泥制造的趋势是增加的氢氧化钙含量,,从这个角度来看,从它的耐用性分析这些混凝土是一件有趣的事情。另一个环境情况模拟是加入(从外部)氯化钠溶液（NaCl）。这种环境出现在结构暴露海洋大气或融化的雪盐:氯离子形成对混凝土结构一个最积极的影响的环境。本文的主要目的是解释出现在不同的环境中钢筋的腐蚀过程和混凝土保护层裂缝的不同之处。这些因素与结构的耐久性有重要的联系,并且判断其影响。2实验方法2.1．试件制作(1)取钢筋混凝土矩形截面长梁试件(8x16cm),长110cm进行测试。他们纵筋有四根主筋(直径4.2mm,上下各两根)和封闭箍筋（直径2.1mm，间距10cm）。试件制作过程中,尽可能应用类似于那些通常出现在实际情况中做法。混凝土覆盖的纵向(两边,顶部和底部)都留有1cm间隔(保护层/直径:c/U=2.4)。将混凝土倒进模具,然后分三层进行机械振动(通过室内振动器、直径25毫米,频率10.500rpm)，在初始7天进行浇水养护。从现在开始,将梁保存在实验室(温度在20摄氏度,相对湿度50%左右)。对在实验室放置三个月后的试块进行实验。圆柱形混凝土试块(15x30厘米)也同样制作,然后实验,以确定他们的抗拉和抗压强度,分别对照IRAM标准1546[12]和ASTM标准C496-71[13]。(2)同时,拿出接近于快暴露钢筋试件的部分试件梁,通过多次的观察和分析对钢筋周围的产物这一问题进行研究。试块采用等保护层厚度的单筋试块。2.2材料采用梁上采用的混凝土和钢筋的特性如表1和2。为了努力维护,在初期样品,梁采用同样的材料和相同的方式来得到结构与加固。纵筋梁和样品采用同类型的钢材。图表SEQ图表\*ARABIC1具体的组成和特点组件材料(公斤/立方米的混凝土)普通硅酸盐水泥300细骨料(天然硅砂)864粗骨料(带状疱疹MAS25毫米)1050饮用自来水(以1601年一个[14])175水胶比0.58平均流动性(艾布拉姆斯锥)(cm)8.0平均抗压强度(MPa)(28天)22.1平均强度(MPa)(28天)1.9图表SEQ图表\*ARABIC2强化特征纵向钢筋箍筋直径(mm)4.22.1抗拉强度(MPa)弹性极限680302最终破坏6904142.3加速腐蚀在整个测试过程中支撑支持着梁的全长,以减轻支撑对梁的影响。腐蚀试验是采用较低浇注(低渗透)的钢筋混凝土。为达到这点,将梁放回原处，把钢筋放在梁顶部进行试验对比。,在一个中间长50厘米的表层，采用湿布对他们进行定期滋润。一半的梁用NaCl(质量分数0.3%)溶液，剩下的用饱和氢氧化钙溶液进行滋润。因此,在混凝土加强区获得了两个不同的电解环境。为了获得一个稳定的湿度，减少