人工地層凍結(jié)在地鐵隧道流砂地層盾構(gòu)出洞施工中應(yīng)用

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1、人工地層凍結(jié)在地鐵隧道流砂地層盾構(gòu)出洞施工中的應(yīng)用【摘要】地鐵隧道盾構(gòu)自工作立井始發(fā)進(jìn)入隧道首先要解決洞門(mén)區(qū)域地層封閉加固問(wèn)題，而傳統(tǒng)工法對(duì)處理流砂地層難度較大。本文介紹了我國(guó)地鐵隧道首例流砂地層中盾構(gòu)出洞采用人工地層凍結(jié)法的工程實(shí)例，該工程中成功地解決了地鐵隧道盾構(gòu)出洞擾動(dòng)流砂地層封閉加固難題。同時(shí)本文對(duì)該工程中人工地層凍結(jié)法的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)為其抗?jié)B性和整體支護(hù)效果要優(yōu)于其他方法。【關(guān)鍵宇】人工地層凍結(jié)隧道流砂盾構(gòu)出洞1前言1．1人工地層凍結(jié)簡(jiǎn)介8人工地層凍結(jié)法是在地層中鉆鋪垂直或水平凍結(jié)器，利用低溫鹽水循環(huán)或灌注液氮，降低地層溫度，將天然巖土變

2、成凍土，形成強(qiáng)度高、不透水的臨時(shí)凍結(jié)加固體。同時(shí)可免去一些結(jié)構(gòu)支護(hù)和降水措施。地層凍結(jié)法是一種環(huán)保型工法，地層凍結(jié)是將地層中的水變成冰，所加固地層最終要恢復(fù)到原始狀況，因此能夠保障地下水不受污染，保護(hù)城市地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性。1．2盾構(gòu)出洞人工地層凍結(jié)應(yīng)用原理隧道盾構(gòu)從工作立井推人隧道前，需要鑿除隧道洞門(mén)結(jié)構(gòu)外側(cè)鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，但是由于隧道盾構(gòu)出洞承受工作井附近土層產(chǎn)生的巨大地壓和水壓，會(huì)導(dǎo)致涌水或涌砂。因此首先必須對(duì)混凝土地下連續(xù)墻外側(cè)含水地層進(jìn)行加固處理。以往多采用注漿法或深層攪拌加固地層，但是在流砂地層(特別是擾動(dòng)砂性土層)采取注漿法或深層攪拌難度較

3、大，效果不佳。在打開(kāi)洞門(mén)混凝土施工中，存在涌水或涌砂、甚至土體坍塌的危險(xiǎn)，給盾構(gòu)出洞帶來(lái)極大困難。采用人工地層凍結(jié)技術(shù)對(duì)工作井附近土層進(jìn)行封閉加固，即在盾構(gòu)出洞口前方3～4m、隧道圓形設(shè)計(jì)斷面及其周邊3～4m的范圍內(nèi)，鉆鋪垂直(或水平)凍結(jié)器，在凍結(jié)器內(nèi)循環(huán)鹽水，逐漸降低地層溫度，地層中的水變成冰，冰和土顆粒逐漸形成凍結(jié)連續(xù)體，將凍結(jié)區(qū)域和混凝土地下連續(xù)墻形成整體凍結(jié)封閉加固區(qū)，防止在鑿除隧道洞門(mén)鋼筋混凝土?xí)r產(chǎn)生涌水或涌砂現(xiàn)象，從而保證盾構(gòu)順利出洞和就位。2工程應(yīng)用及其效果分析82．1工程簡(jiǎn)介南京某地鐵區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)直徑8．05m。劇拙洞的洞門(mén)地

4、層為砂性土，含水高，水壓大，透水性大，暴露擾動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生液化、流動(dòng)而形成流砂。盾構(gòu)出洞口地表15m范圍內(nèi)，沿盾構(gòu)出洞方向有380v電纜一根，↓900下水管一根與盾構(gòu)出洞交叉方向有380v電纜一根，↓150和↓1200上水管各—根。盾構(gòu)出洞口地層曾采用深層攪拌樁和壓密注漿對(duì)洞門(mén)區(qū)域砂性土層進(jìn)行加固處理，加固區(qū)與地連墻之間0．5m區(qū)域的進(jìn)行注漿。施工結(jié)束1個(gè)月后，對(duì)加固地層進(jìn)行取芯檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果良好，土體bn固強(qiáng)度在1．2MPaVd。但水平探孔有少量清水滲流，在開(kāi)鑿洞門(mén)鋼筋混凝土過(guò)程中，洞門(mén)中心處出現(xiàn)大量流砂涌人，后又從洞門(mén)兩側(cè)發(fā)生大量流砂，洞門(mén)開(kāi)鑿被迫停止。經(jīng)過(guò)方案

5、比較，擬用人工地層凍結(jié)法對(duì)注漿區(qū)實(shí)施勵(lì)n固。凍結(jié)方案如下：(1)凍結(jié)方式：采用單排垂直全深凍結(jié)方式，凍結(jié)深度19．5m(控制范圍：位于盾構(gòu)推進(jìn)斷面上部4．0m，下部4．0m）。(2)凍結(jié)孔布設(shè)：8①凍結(jié)孔布設(shè)區(qū)域：盾構(gòu)推進(jìn)斷面左右兩側(cè)各3．5m。②凍結(jié)孔間距：400mm。(3)積極凍結(jié)期：20d。(4)凍結(jié)管解決方式：通過(guò)強(qiáng)制解凍后拔出地面。根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，經(jīng)過(guò)20天積極凍結(jié)，預(yù)測(cè)已形成深度19m，寬度12m，厚度0．65m的凍結(jié)加固體。后打開(kāi)洞門(mén)鋼筋混凝土墻，洞門(mén)內(nèi)凍結(jié)土體自立性好，未見(jiàn)滲水現(xiàn)象，封水效果也較理想。隨即進(jìn)行隧道斷面凍結(jié)管解凍和起拔工作，解凍時(shí)

6、間17小時(shí)，待凍結(jié)管起拔結(jié)束后推進(jìn)盾構(gòu)，從而保證了盾構(gòu)安全、順利出洞。地層凍結(jié)法在該工程中遇到了極大挑戰(zhàn)。其一，地層已被大規(guī)模擾動(dòng)，而且地層因大量流砂而產(chǎn)生空洞，不利于凍土墻的形成；其二，由于前期較短時(shí)間內(nèi)已在地層中注入了大量水泥漿液，其水泥水化熱對(duì)凍結(jié)效果產(chǎn)生影響。2．2應(yīng)用效果分析8(1)砂性地層凍土墻的隔水、抗?jié)B性好由于該處地層較為復(fù)雜，主要是砂性地層，含水量高，透水性大，擾動(dòng)易產(chǎn)生液化、流動(dòng)而形成流砂，給采用其他地層加固工法帶來(lái)極大困難。前期采用深層攪拌樁及壓密注漿對(duì)洞門(mén)區(qū)域砂性地層進(jìn)行加固，盡管取芯檢驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明土體加固強(qiáng)度在1．2MPa以上，但由于在流

7、砂地層中深層攪拌樁及壓密注漿對(duì)地層加固不均勻，地層中存在未完全封閉的區(qū)域，當(dāng)打開(kāi)洞門(mén)時(shí)，地層水從薄弱區(qū)域涌出。采用地層凍結(jié)法，將地層中的水變成冰，冰與土顆粒共同形成凍結(jié)連續(xù)體，凍結(jié)加固區(qū)是個(gè)完整、均勻、連續(xù)的區(qū)域，凍結(jié)體內(nèi)不會(huì)存在任何縫隙，起到了良好的隔水效果。(2)砂層凍土墻可與連續(xù)墻帷幕形成整體防水體系通過(guò)在交界面處實(shí)施強(qiáng)化凍結(jié)，可以保證凍土墻與工作井混凝土連續(xù)墻緊貼在—起，沒(méi)有任何縫隙，抗?jié)B性和整體封閉效果要優(yōu)于其它方法，保證不會(huì)在凍結(jié)封閉加固區(qū)與混凝土連續(xù)墻交界處產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，避免了從洞門(mén)兩側(cè)發(fā)生大量流砂。8(3)地層凍結(jié)法在砂性地層中凍土擴(kuò)展速度較快，

8、速度可達(dá)到30~35mm