凍結(jié)法施工技術(shù)

..凍結(jié)法施工技術(shù)凍結(jié)法施工技術(shù),即是利用人工制冷的方法把土壤中的水凍結(jié)成冰形成凍土帷幕,用人工凍土帷幕結(jié)構(gòu)體來(lái)抵抗水土壓力,以保證人工開挖工作順利進(jìn)行。作為一種成熟的施工方法,凍結(jié)法施工技術(shù)在國(guó)際上被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)和煤礦建設(shè)中,已有100多年的歷史,我國(guó)采用凍結(jié)法施工技術(shù)至今也已有40多年的歷史,主要用于煤礦井筒開挖施工,其中凍結(jié)最大深度達(dá)435m,凍結(jié)表土層最大厚度達(dá)375m。經(jīng)過(guò)多年來(lái)國(guó)內(nèi)外施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明凍結(jié)法施工有以下特點(diǎn)：

1可有效隔絕地下水,其抗?jié)B透性能是其它任何方法不能相比的,對(duì)于含水量大于10%的任何含水、松散,不穩(wěn)定地層均可采用凍結(jié)法施工技術(shù)；

2凍土帷幕的形狀和強(qiáng)度可視施工現(xiàn)場(chǎng)條件,地質(zhì)條件靈活布置和調(diào)整,凍土強(qiáng)度可達(dá)5-10Mpa,能有效提高工效；

3凍結(jié)法施工對(duì)周圍環(huán)境無(wú)污染,無(wú)異物進(jìn)入土壤,噪音小,凍結(jié)結(jié)束后,凍土墻融化,不影響建筑物周圍地下結(jié)構(gòu)；

4凍結(jié)施工用于樁基施工或其它工藝平行作業(yè),能有效縮短施工工期。人工凍結(jié)法在XX地鐵張府園車站的應(yīng)用摘要：XX地鐵一期工程張府園車站南隧道盾構(gòu)法施工時(shí),洞門兩側(cè)出現(xiàn)大量流砂,附近區(qū)域的沉降量較大,為了確保地下管線和地面交通的正常使用和安全運(yùn)行,在XX首次實(shí)施了地下工程的人工凍結(jié)法施工。本文論述了凍結(jié)法在該工程中的凍結(jié)設(shè)計(jì)、施工工藝及對(duì)周圍環(huán)境影響等問(wèn)題和實(shí)際取得的效果。關(guān)鍵詞：凍結(jié)法,地鐵,盾構(gòu)引言我國(guó)凍結(jié)法現(xiàn)已成為成熟的鑿井施工技術(shù),但在城市巖土工程中的應(yīng)用還不多。凍結(jié)技術(shù)可在地面城市地下工程中的應(yīng)用范圍包括：盾構(gòu)隧道盾構(gòu)進(jìn)墻、深層攪拌樁以及壓密注漿對(duì)土體進(jìn)行加固,在鑿除洞門鋼筋混凝土?xí)r發(fā)現(xiàn)洞門中心處東、西兩側(cè)有流砂涌入,迅速采用雙液注漿堵水,過(guò)了兩天又在有大量流砂涌入,對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的影響,其中端頭井東側(cè)的沉降量增大,東部20平方米區(qū)域下陷1.5m左右<圖1>。在這種情況下施工單位及時(shí)出洞土體加固、盾構(gòu)隧道地下或海底對(duì)接時(shí)土體加采取措施,以保證施工以及周圍環(huán)境的安全。固、城市地鐵泵房、旁通道和急轉(zhuǎn)彎部分、建筑基根據(jù)管線及房屋調(diào)查結(jié)果顯示,在張府園車站坑加固、地下工程涌水、坍塌事故的搶險(xiǎn)修復(fù)、地南端頭井的東側(cè)沿XX南路方向15m范圍內(nèi)有下隧道交叉處土體加固、橋墩基礎(chǔ)施工等。XX地380V的電纜一根,直徑約900mm的下水管一根,鐵南北線一期工程TA7標(biāo)張府園車站端頭井洞門南側(cè)沿建鄴路方向15m范圍內(nèi)有380V的電纜一補(bǔ)充加固時(shí)北京中煤礦山工程有限公司采用凍結(jié)法根,直徑約1200mm以及150mm的上水管一根。施工,取得了良好的施工效果。這些管線距加固區(qū)域距離均在8～15m范圍之內(nèi)。2工程概況3加固方案的比選張府園車站南端頭井洞門區(qū)域采用地下連續(xù)墻。我國(guó)城市地下工程常采用旋噴、深層攪拌、注漿、地下連續(xù)墻及凍結(jié)法等加固方法。由于張府園車站南端頭井地質(zhì)條件較為復(fù)雜,容易產(chǎn)生流沙,經(jīng)過(guò)壓密注漿檢測(cè)加固效果不太明顯,有些土質(zhì)吃漿量低；旋噴對(duì)淤泥、粉土、砂土等軟弱地基處理有良好的效果,但當(dāng)?shù)貙哟嬖趧?dòng)水時(shí),旋噴樁養(yǎng)護(hù)時(shí)間需要延長(zhǎng),有潛在不能成樁的危險(xiǎn),且難于發(fā)現(xiàn),若出現(xiàn)部分旋噴樁不能成樁,必須再次加固,這就增加加固的難度。凍結(jié)法可在極其復(fù)雜的地質(zhì)條件和水文條件下形成凍土壁,試驗(yàn)結(jié)果表明,在粉土及粉砂層中凍結(jié),凍融土的壓縮模量降低不大,即凍融沉陷不會(huì)太大[1~3],顯然是一種安全可靠的方法。經(jīng)過(guò)方案比選,張府園盾構(gòu)出洞采用了人工凍結(jié)技術(shù)。凍結(jié)法與其他加固方法相比,具有如下的特點(diǎn)[2]：凍結(jié)法適用復(fù)雜的地質(zhì)條件。幾乎不受地基土的地質(zhì)條件影響,可形成任意深度、任意形狀的凍土墻,可成為某些工程唯一可用的輔助工法；隔水性能好。其隔水性能是其它施工方法無(wú)法相比的；凍土墻的連續(xù)性和均勻性得到保證。注漿法和深層攪拌樁只是對(duì)土體局部加固,加固范圍不易控制,加固體強(qiáng)度不均勻,而凍結(jié)技術(shù)可以把涉及的土體全部?jī)龀蓛鐾?凍結(jié)加固體均勻,整體性好,可形成城市地下工程的帷幕；凍結(jié)壁具有足夠的強(qiáng)度。當(dāng)凍結(jié)壁的厚度和強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求足以抵抗開挖時(shí)的水土壓力時(shí),即可在凍結(jié)壁的保護(hù)下開鑿洞門；隨著工程規(guī)模加大,經(jīng)濟(jì)上有一定競(jìng)爭(zhēng)性。據(jù)XX情況估算,凍土墻與其他加固方法經(jīng)濟(jì)比較見表1[3],從表中,隨著加固工程規(guī)模的加大,凍結(jié)法加固單位土體造價(jià)不斷降低,當(dāng)加固體體積＞5000m3時(shí),在經(jīng)濟(jì)上接近地下連續(xù)墻,當(dāng)加固體體積＞20000m3時(shí),具有競(jìng)爭(zhēng)性[3]。4凍結(jié)方案設(shè)計(jì)4.1凍土墻設(shè)計(jì)采用在盾構(gòu)出洞口周圍土層中布置垂直凍結(jié)孔凍結(jié)的方法,在洞口外側(cè)形成一道與工作井地連墻緊貼的凍土墻,其作用主要是抵抗洞口周圍的水壓力。由于凍結(jié)加固區(qū)外側(cè)已有攪拌樁,可以承受土壓力,所以,僅按封水要求設(shè)計(jì)凍土墻,凍土墻的厚度按攪拌樁加固區(qū)與地連墻之間的距離確定,有效厚度為0.5m。由于地連墻混凝土的導(dǎo)熱性好,凍土墻與地連墻之間不易凍結(jié),所以,要求凍結(jié)管靠近地連墻,并對(duì)盾構(gòu)出洞口附近工作井表面進(jìn)行保溫。凍結(jié)孔布置與凍土墻形成設(shè)計(jì)見圖2。共布置凍結(jié)孔21個(gè),凍結(jié)孔深度18.5m,開孔間距450mm,凍結(jié)孔與工作井地連墻之間的間距為250mm,設(shè)測(cè)溫孔2個(gè),深度18.5m。取凍結(jié)孔允許偏斜率5‰。凍土墻的擴(kuò)展速度取26mm/d。設(shè)計(jì)凍結(jié)15d后開始破盾構(gòu)出洞口,此時(shí),凍土墻厚度達(dá)到0.64m,寬度達(dá)到8.8m,均能滿足上述設(shè)計(jì)計(jì)算要求。設(shè)計(jì)最低鹽水溫度為-24-28℃,并要求凍結(jié)7d鹽水溫度達(dá)到-22℃；凍土墻平均溫度不高于-9℃。打開隧道出洞口時(shí)凍土墻與工作井地連墻交界面附近溫度低于-3℃。凍結(jié)管外徑為108mm；凍結(jié)15d后開始打開盾構(gòu)出洞口；拔除凍結(jié)管2d。4.2施工工藝凍結(jié)法的工藝過(guò)程為：在盾構(gòu)出洞方向沿工作井地連墻外側(cè)布置凍結(jié)孔,并在凍結(jié)孔中循環(huán)低溫鹽水,使凍結(jié)孔附近的含水地層結(jié)冰形成凍土墻,并在凍土墻的保護(hù)下打開盾構(gòu)出洞口和推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)。凍結(jié)法加固地層的主要施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→凍結(jié)孔施工,同時(shí)安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)→安裝凍結(jié)鹽水系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)→凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)→探孔檢驗(yàn)→打開盾構(gòu)出洞口→停止凍結(jié),拔凍結(jié)管→盾構(gòu)推進(jìn)。5施工過(guò)程中檢測(cè)結(jié)果分析5.1凍結(jié)過(guò)程溫度場(chǎng)分析描述了凍結(jié)過(guò)程中不同深度處土體與溫度的關(guān)系,從該關(guān)系曲線圖可以看出,不同深度土體的溫度變化很相似,在0°以上,溫度下降速率較快,接近線性分布,0°以下,溫度降低較為緩慢,這主要是因?yàn)樵摐囟榷瓮馏w中水分結(jié)冰,發(fā)生相變并且放出大量潛熱;隨著時(shí)間的增長(zhǎng),溫度不斷下降,在土體中逐漸形成堅(jiān)實(shí)的凍土壁,達(dá)到承載、堵水的效果。5.2凍結(jié)過(guò)程位移變化分析為了觀察凍結(jié)過(guò)程中位移的變化,埋設(shè)了23個(gè)觀測(cè)孔,埋點(diǎn)見圖1。繪出其中有代表性的幾個(gè)觀測(cè)孔的位移與溫度的關(guān)系于圖4。從圖中可以看出,8#觀測(cè)點(diǎn)位于凍土墻東面產(chǎn)生流砂的區(qū)域,凍結(jié)前具有較大的初沉降<7mm>,隨著溫度的降低,產(chǎn)生凍脹,凍脹量為4mm,但最終表現(xiàn)為沉降。14#觀測(cè)點(diǎn)由于離流砂區(qū)和凍結(jié)孔較遠(yuǎn),初始沉降量<4