液氮水平凍結在盾構進洞施工中的運用

1、液氮程度凍結在盾構進洞施工中的運用摘要上海軌道交通明珠線二期工程，在上海體育場站宜山路站區(qū)間隧道施工中，為了保證盾構順利進入上體場站接收井，確保周邊建筑物的平安，采用了液氮程度凍結加固措施，獲得了良好的效果。文章闡述了程度液氮凍結加固的方法，并概括和總結了凍土開展的特點。關鍵詞盾構進洞程度凍結工藝液氮用量環(huán)境保護1工程概況上海體育場站宜山路站區(qū)間隧道分為上、下行線，采用2臺法國FB土壓平衡盾構進展施工。盾構于宜山路站南端頭井出發(fā)，向上海體育場站方向掘進，最終進入上海體育場站西端頭井，盾構進洞處隧道中心標高為-12.878。盾構在進入上海體育場站西端頭井前，將穿越大量的建筑物，其中有2幢20世紀

2、70年代建成的14層高的大樓。大樓根底為條形根底，下部樁基為400400的鋼筋混凝土方樁，樁長16分為8長2節(jié)，用硫磺膠粘而成，樁基坐落在22灰色砂質粉土夾粉質粘土層上，樁基的埋設位置與隧道中心根本持平。盾構將在2幢大樓的樁基間穿越，大樓距洞口7.2，與隧道最小的凈距僅為1.15見圖1。2工程地質盾構穿越地層主要為1灰色淤泥質粘土層和2-2灰色砂質粉土層，土體的主要物理力學指標見表1。3液氮程度凍結工藝上體場西端頭井盾構進洞區(qū)采用深層攪拌樁加固，攪拌樁深25.5，加固區(qū)寬4.7；地下連續(xù)墻外側與攪拌樁之間的間隙用高壓旋噴樁填充。在檢查加固效果進展開樣洞的過程中，發(fā)現(xiàn)多處漏水、漏泥，于是在攪拌樁

3、和地下連續(xù)墻之間重新進展了雙液注漿加固，但效果也不佳。由于該場地狹小，不具備地面垂直凍結的條件，而該處土體已經(jīng)過加固，具有了一定的強度，補充加固僅是為了起到止水作用；再那么工期要求緊，為確保盾構進洞平安，應選用了液氮程度凍結加固的施工工藝。3.1液氮程度凍結管布置在上、下行線洞門外側均設置單排凍結孔，凍結孔31個布置圈的直徑為8.0，程度長度3.5地下連續(xù)墻加構造厚度1.6，盾構鼻尖400，故實際凍結帷幕與盾構的交圈長度為1.5，凍結壁厚度設計為1.7。凍結孔、測溫孔布置見圖2。凍結管采用f89的20號低碳鋼管，壁厚8，凍結孔中心間距810。布置溫度監(jiān)測孔18個(9個布置在洞圈外側，布置圈的直

4、徑為7；9個布置在盾構周邊，其布置圈徑6.6)，測溫孔采用f383無縫鋼管。3.2凍結指標液氮循環(huán)以2個孔為1組，2孔之間用1長的不銹鋼軟管連接。液氮儲罐的出口溫度控制在-150-170，壓力控制在0.10.15Pa；凍結管出口溫度控制在-50-70溫度調(diào)節(jié)使用每組回路中截止閥，壓力控制在0.050.1Pa壓力調(diào)節(jié)可使用液氮儲罐上的散熱板；控制盾構外周凍土溫度不低于-5，并接近0但不高于0，保證水呈固態(tài)。3.3液氮程度凍結的特點耗時短液氮程度凍結明顯地比常規(guī)的鹽水凍結耗時短。上行線采用液氮程度凍結，在動水影響下，凍結時間需19d；下行線施工時，外界溫度較高，熱量損失較大，凍結時間為15d。假設

5、在客觀條件更好的前提下，那么凍結時間還將進一步縮短。假設采用鹽水凍結，按照上海地區(qū)的施工經(jīng)歷，將土體溫度降至-5以下，凍結時間一般都在30d以上。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.凍土開展快選取下行線盾構進洞時1、3、N2、N3和N9測點在同一深度的溫度，假定降溫曲線為折線進展計算，得出凍土開展速度，見表2。由于液氮溫度極低液氮儲罐出口溫度-150-170，起始階段溫度下降極快，在R為3.5的圈徑上，凍土開展平均速度為1525/d；而隨著凍土柱直徑的擴大，其開展速度變慢，在R為3.3的圈徑上，凍土開展平均速度為8.510/d。凍土開展不均勻在采用液氮凍結時，由于每個凍結孔的液氮流量是由分配器通過各回路截止

6、閥控制的，因此，流量難以控制均勻，從圖3、圖4中的降溫曲線可以看出各部位的凍土開展極不均勻。凍結受動水影響大圖5為流水對溫度的影響圖。盾構在上行線進洞前，先對洞門進展了分塊，發(fā)現(xiàn)洞門部分位置有少量的滲漏水。在凍結過程中，由于流水的作用，帶走了大量的冷量，降溫極其緩慢，使凍結壁無法正常形成，極大地影響了施工效率。從圖5中可看出：在一樣的凍結條件下，由于動水的影響，上行線的降溫幅度明顯低于下行線見；當在第14日將流水完全堵住后，上行線受流水影響最大的N3孔處降溫又相對加快。因此，動水對凍結是極其不利的。程度凍結對環(huán)境影響小液氮程度凍結施工場地小，地面上僅有液氮儲罐，沒有垂直凍結的鉆孔、制冷等設備所

7、需占用的場地大；沒有鹽水凍結制冷設備的噪聲影響；液氮最終氣化變成氮氣排入空中，不污染環(huán)境。4小結上行線于2022年1月11日開場凍結，到29日完成，具備盾構進洞條件，歷時19天期間受到洞門漏水的影響；下行線于2022年5月27日開場凍結，至6月10日凍結成功，歷時15天。本工程盾構進洞液氮用量上行線為3463，下行線為4443。上行線液氮消耗量為1.89t/3，下行線為2.43t/3，其中包含積極凍結及維護凍結的液氮消耗。液氮的實際用量與外界溫度有關，外界溫度越高，所需冷量越大，液氮的損耗越多。凍土與盾構的搭接長度為1.5，交接面凍土的平均溫度為0-5，凍土與鋼板之間的粘結強度為0.68Pa。由于本工程的凍結是在原有加固土體中進展，因此，在凍結和解凍期間，凍脹和融沉的量都很小