含水軟土地基加固的凍結(jié)技術(shù)

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1、含水軟土地基加固的凍結(jié)技術(shù)摘　要：結(jié)合上海地鐵建設(shè)工程實(shí)際，從工程設(shè)計(jì)、施工、加固效果等方面闡述了全封閉水平凍結(jié)加固技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)為我國(guó)含水軟土地基加固，特別是城市地下工程建設(shè)中的軟土地基加固提供了新的安全可行的方法。關(guān)鍵詞：水平凍結(jié)；軟土地基；地基加固；信息施工；地下鐵道；隧道　　北京中煤礦山工程公司(煤科院北京建井研究所)在我國(guó)人工地層凍結(jié)技術(shù)多年研究成果基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)了全封閉水平凍結(jié)技術(shù)，并于1998年2～7月成功地將這種新技術(shù)應(yīng)用在上海地鐵2號(hào)線楊高路站-中央公園站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道泵站工程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)旁通道)的軟土加固中。該工程已通過(guò)初驗(yàn)，得到了建設(shè)單位及有關(guān)

2、單位的一致認(rèn)可和好評(píng)。1　工程地質(zhì)條件該工程位于上海市浦東，設(shè)在上海地鐵2號(hào)線楊高路站-中央公園站之間最低軌位處，作為地鐵運(yùn)營(yíng)中兩車(chē)站之間的集水、排水及兩隧道間聯(lián)絡(luò)等用處。工程結(jié)構(gòu)由兩個(gè)與隧道相交的喇叭口、通道及集水井等部分組成(見(jiàn)圖1)。聯(lián)絡(luò)通道(包括喇叭口、通道)長(zhǎng)約7.9m，開(kāi)挖荒徑最大尺寸約為4.4m×5m。集水井開(kāi)挖深度為通道以下4.5m，開(kāi)挖荒徑尺寸為4.7m×3.2m。結(jié)構(gòu)最深處距地表23.2m，距楊高路車(chē)站出入口約550m。圖1　凍結(jié)管與工程結(jié)構(gòu)立面示意　　該地區(qū)地下水位1.5m，土體含水豐富。施工區(qū)域的土層以灰色粘土和灰色淤泥質(zhì)粘土為主，含水量為22.6

3、%～63.0%，孔隙比為0.914～1.732，塑性指數(shù)為16.6～25.9，平均重度為18.25kN/m3。土層流塑性強(qiáng)，具有中-高壓縮性。由于對(duì)施工造成上、下行線隧道和地表變形等影響的要求極嚴(yán)格，因此在這種地層條件下施工難度很大?！　〉乇碇饕獮榘貥?shù)林和即將拆除的兩棟簡(jiǎn)易民房。由于簡(jiǎn)易民房建筑物已受兩次隧道推進(jìn)影響，并為密集人口的市區(qū)類(lèi)似工程施工積累經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)施工引起地表影響的要求非常嚴(yán)格。2　凍結(jié)加固設(shè)計(jì)2.1　方案設(shè)計(jì)　　(1)采用從地鐵隧道內(nèi)鉆進(jìn)水平、近水平、上仰、下俯等幾種方式的凍結(jié)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)全封閉水平凍結(jié)法加固土層的目的?！　?2)地鐵隧道為5.5m圓形隧道

4、，空間?。煌瑫r(shí)，為減少凍結(jié)站運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音，凍結(jié)站應(yīng)布設(shè)在車(chē)站內(nèi)較空曠的平臺(tái)上，鋪設(shè)兩趟鹽水干管將鹽水送至凍結(jié)器內(nèi)?！　?3)集水井全部?jī)鰧?shí)。聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕截面選用拱形直墻形式，以盡量降低其承受的拉應(yīng)力。凍土帷幕的安全可靠性是工程成敗的關(guān)鍵，必須進(jìn)行嚴(yán)格的力學(xué)計(jì)算并保證足夠大的安全系數(shù)?！　?4)采用小開(kāi)孔間距和較低鹽水溫度、較大鹽水流量加快凍結(jié)速度，以及埋設(shè)卸壓孔等方式來(lái)控制土層凍脹的不利影響。采用跟蹤注漿等方式，以解決凍土融沉帶來(lái)的不良隱患?！　?5)運(yùn)用“新奧法”原理，加強(qiáng)隧道、地表沉降變形的監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整施工工藝和措施，將施工對(duì)隧道和地表的影響降到最低限度。2.2　

5、凍結(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)　　(1)聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕設(shè)計(jì)厚度為1.2m，平均溫度為-8℃。經(jīng)靜力學(xué)驗(yàn)算，其安全系數(shù)遠(yuǎn)在2.8以上?！　?2)凍結(jié)管材選用95mm×6mm無(wú)縫鋼管。采用各自不同角度布置凍結(jié)管，凍結(jié)孔開(kāi)孔間距≤700mm，終孔間距≤1.1m(見(jiàn)圖1、2)。圖2　凍結(jié)孔孔位與A—A剖面關(guān)系示意　　(3)設(shè)計(jì)制冷量205446276J/h，冷卻水需用量20m3/h，耗電量300kW。選用YSLGF600型螺桿冷凍機(jī)組及配套的鹽水泵及冷卻塔等輔助設(shè)備。　　(4)設(shè)計(jì)鹽水溫度為-28～-25℃，單孔鹽水流量為6～8m3/h。積極凍結(jié)期25d，維護(hù)凍結(jié)期55d?！　?5)設(shè)計(jì)凍結(jié)孔

6、55個(gè)，測(cè)溫孔2個(gè)，卸壓孔2個(gè)。凍結(jié)孔、測(cè)溫孔的相對(duì)偏斜小于0.5%。3　凍結(jié)加固施工3.1　鉆孔施工　　凍結(jié)孔和測(cè)溫孔的良好施工質(zhì)量是整個(gè)工程成功的關(guān)鍵。施工中，按不同設(shè)計(jì)孔位、傾角、深度，用小型坑道鉆機(jī)施工，并將最新開(kāi)發(fā)研制的凍結(jié)孔專(zhuān)用的跟管鉆進(jìn)技術(shù)及具有獨(dú)特低溫密封性能的凍結(jié)器組合鉆頭直接應(yīng)用于工程鉆孔中。同時(shí)，運(yùn)用燈光及激光經(jīng)緯儀等對(duì)鉆孔施工進(jìn)行指向和測(cè)斜。鉆孔之前，將凍結(jié)管材加工為1.0m、1.5m、2.0m的不同長(zhǎng)度，并在兩端分別加工成內(nèi)外矩形絲扣。鉆孔施工過(guò)程中，凍結(jié)管采用絲扣加焊接方式連接，以保證其同心度和密封性。經(jīng)試壓、孔斜復(fù)測(cè)，各凍結(jié)管均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求

7、?！　闇p少土體凍脹對(duì)旁通道兩端隧道及地表的不良影響，在旁通道兩端的隧道鋼管片上分別設(shè)置2個(gè)卸壓孔，以滿足適時(shí)卸除凍脹壓力的作用?！　「鶕?jù)凍結(jié)孔成孔圖，預(yù)測(cè)凍土帷幕的薄弱部位，以確定測(cè)溫孔的孔位及傾角。按設(shè)計(jì)孔位、角度、深度與凍結(jié)孔的要求進(jìn)行施工。3.2　凍結(jié)系統(tǒng)安裝　　在凍結(jié)鉆孔施工的同時(shí)，進(jìn)行凍結(jié)各系統(tǒng)的安裝工作。下放凍結(jié)管是在跟管鉆進(jìn)過(guò)程中完成的。凍結(jié)管試壓、測(cè)斜合格后，再下放內(nèi)供液管至設(shè)計(jì)深度，然后焊接凍結(jié)器羊角。羊角同鹽水干管之間用增強(qiáng)型壓力膠管連接?！　鼋Y(jié)站設(shè)置在距旁道550m的楊高路車(chē)站端頭井空曠的地面平臺(tái)上。