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)工程實際，從工程設(shè)計、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)在我國人工地層凍結(jié)技術(shù)多年研究成果基礎(chǔ)上，研究開發(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(以下簡稱旁通道)的軟土加固中。該工程已通過初驗，得到了建設(shè)單位及有關(guān)單位的一致認

2、可和好評。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號線楊高路站-中央公園站之間最低軌位處，作為地鐵運營中兩車站之間的集水、排水及兩隧道間聯(lián)絡(luò)等用處。工程結(jié)構(gòu)由兩個與隧道相交的喇叭口、通道及集水井等部分組成(見圖1)。聯(lián)絡(luò)通道(包括喇叭口、通道)長約7.9m，開挖荒徑最大尺寸約為4.4m×5m。集水井開挖深度為通道以下4.5m，開挖荒徑尺寸為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%～63.0%，孔隙比為

3、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，具有中-高壓縮性。由于對施工造成上、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?！　〉乇碇饕獮榘貥淞趾图磳⒉鸪膬蓷澓喴酌穹俊Ｓ捎诤喴酌穹拷ㄖ镆咽軆纱嗡淼劳七M影響，并為密集人口的市區(qū)類似工程施工積累經(jīng)驗，因此對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2.1　方案設(shè)計　　(1)采用從地鐵隧道內(nèi)鉆進水平、近水平、上仰、下俯等幾種方式的凍結(jié)孔來實現(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，空間?。煌瑫r，為減少凍結(jié)站運轉(zhuǎn)時噪

4、音，凍結(jié)站應(yīng)布設(shè)在車站內(nèi)較空曠的平臺上，鋪設(shè)兩趟鹽水干管將鹽水送至凍結(jié)器內(nèi)。　　(3)集水井全部凍實。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，必須進行嚴(yán)格的力學(xué)計算并保證足夠大的安全系數(shù)?！　?4)采用小開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的不良隱患?！　?5)運用“新奧法”原理，加強隧道、地表沉降變形的監(jiān)測，及時調(diào)整施工工藝和措施，將施工對隧道和地表的影響降到最低限度。2.2　凍結(jié)參數(shù)設(shè)計　　(1)聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕設(shè)計厚度為

5、1.2m，平均溫度為-8℃。經(jīng)靜力學(xué)驗算，其安全系數(shù)遠在2.8以上?！　?2)凍結(jié)管材選用95mm×6mm無縫鋼管。采用各自不同角度布置凍結(jié)管，凍結(jié)孔開孔間距≤700mm，終孔間距≤1.1m(見圖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型螺桿冷凍機組及配套的鹽水泵及冷卻塔等輔助設(shè)備。　　(4)設(shè)計鹽水溫度為-28～-25℃，單孔鹽水流量為6～8m3/h。積極凍結(jié)期25d，維護凍結(jié)期55d?！　?5)設(shè)計凍結(jié)孔55個，測溫孔2個，卸壓孔2個。凍結(jié)孔、測溫孔的相對偏斜小于

6、0.5%。3　凍結(jié)加固施工3.1　鉆孔施工　　凍結(jié)孔和測溫孔的良好施工質(zhì)量是整個工程成功的關(guān)鍵。施工中，按不同設(shè)計孔位、傾角、深度，用小型坑道鉆機施工，并將最新開發(fā)研制的凍結(jié)孔專用的跟管鉆進技術(shù)及具有獨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，運用燈光及激光經(jīng)緯儀等對鉆孔施工進行指向和測斜。鉆孔之前，將凍結(jié)管材加工為1.0m、1.5m、2.0m的不同長度，并在兩端分別加工成內(nèi)外矩形絲扣。鉆孔施工過程中，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，各凍結(jié)管均已達到設(shè)計要求?！　闇p少土體凍脹對旁通道兩端隧道及地表的不良影響，在旁通道兩端的隧道

7、鋼管片上分別設(shè)置2個卸壓孔，以滿足適時卸除凍脹壓力的作用?！　「鶕?jù)凍結(jié)孔成孔圖，預(yù)測凍土帷幕的薄弱部位，以確定測溫孔的孔位及傾角。按設(shè)計孔位、角度、深度與凍結(jié)孔的要求進行施工。3.2　凍結(jié)系統(tǒng)安裝　　在凍結(jié)鉆孔施工的同時，進行凍結(jié)各系統(tǒng)的安裝工作。下放凍結(jié)管是在跟管鉆進過程中完成的。凍結(jié)管試壓、測斜合格后，再下放內(nèi)供液管至設(shè)計深度，然后焊接凍結(jié)器羊角。羊角同鹽水干管之間用增強型壓力膠管連接?！　鼋Y(jié)站設(shè)置在距旁道550m的楊高路車站端頭井空曠的地面平臺上。