1、一、工程概況Xxxxxxxx中和村站元通站區(qū)間， 區(qū)間 地貌單元屬長江漫灘，場地地層呈二元結(jié) 構(gòu)，上部以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，下部以粉 土、粉細砂為主，區(qū)間隧道主要穿越地層為 流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 （2b4）、（3b3-4） 和粉細砂層（3 d2-3，中密，局部稍密）， 局部穿越粉土（3 C2-3，稍密，局部中密）。隧道內(nèi)徑5.5m，管片厚度0.35m，管片寬度1.2m，管片混凝土為C50,抗?jié)B為S10,接 縫處設(shè)置EDPM匡形密封墊及聚合物嵌縫兩 道防水措施。右線長度為1431.81m，左線長 度為1453.491m。在右線K3+530（左線K3+537）設(shè)1#聯(lián)絡(luò)通道，線間距為16.2m， 穿

2、越地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（3b3-4） ，土層含水率約為36.5%，空隙比為1.1，粘聚 力為16.2kpa， 內(nèi)摩擦角為28.6， 垂直滲 透系數(shù)為5.73x10-7cm/s,水平滲透系數(shù)為7.09x10-7cm/s;左右線隧道中心高程為-14.005，地表高程為6.10，隧道埋深17.4m； 在右線K3+934.433（左線K3+954.376）設(shè)2#聯(lián)絡(luò)通道兼泵站，線間距為12.0m，穿越地層為粉細砂（3 d2-3，中密，局部稍密）， 土層含水率約為28.4%， 空隙比為0.83， 粘 聚力為8.5kpa，內(nèi)摩擦角為38，垂直滲 透系數(shù)為9.18x10-7cm/s,水平滲透系數(shù)為1.09x

3、10-4cm/s;左右線隧道中心高程為-17.823，地表高程為7.94，隧道埋深23m。均采用冷凍法加固地層后礦山法施工， 凍土 帷幕厚度不小于2m強度不小于4Mpa 1#聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計加固地層體積約為2100m3,2#聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計加固地層體積約為2100m3。二、凍結(jié)法施工聯(lián)絡(luò)通道工藝簡介在隧道內(nèi)利用近水平管和部分傾斜管 凍結(jié)加固地層,使聯(lián)絡(luò)通道外圍土體凍結(jié),形 成強度高、封閉性好的凍土帷幕（圖1為聯(lián) 絡(luò)通道及泵站凍結(jié)方案示意圖）。然后,在凍 土中采用礦山法進行聯(lián)絡(luò)通道及泵站的開 挖和構(gòu)筑施工,地層凍結(jié)和開挖構(gòu)筑施工均在區(qū)間隧道內(nèi)進行。水平地層加固和開挖構(gòu)筑的主要施工 工藝及順序如下：三、凍

4、結(jié)帷幕方案設(shè)計1、設(shè)計原則凍結(jié)帷幕方案設(shè)計的基本原則是：凍 結(jié)帷幕方案設(shè)計必須滿足聯(lián)絡(luò)通道施工的 安全和質(zhì)量要求，即保證凍土帷幕有足夠的 強度，凍結(jié)帷幕水平孔（斜孔）布設(shè)合理，滿 足施工及規(guī)范要求，在設(shè)計中應(yīng)重點考慮聯(lián) 絡(luò)通道頂部薄弱部位。凍結(jié)帷幕水平孔（斜孔）凍結(jié)方案應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況，便于隧道開挖和支護，施工安全、可靠，施工費用 低,施工工期短。設(shè)計應(yīng)考慮對凍脹、融 沉的防范措施。2、凍結(jié)帷幕厚度設(shè)計 根據(jù)在部分地鐵工程聯(lián)9 1方蘿示團ilEltft*絡(luò)通道凍結(jié)施工經(jīng)驗計算式:t=Aln(r/E)式中r-計算點到凍結(jié)管距離，m ；E-凍結(jié)帷幕外側(cè)厚度，m;A-經(jīng)驗參數(shù)，取A=19 69;T

5、計算點凍結(jié)帷幕溫度,C。凍結(jié)帷幕內(nèi)側(cè)厚度E=1 .4E,凍結(jié)帷幕平 均厚度1.4m。3、凍結(jié)帷幕交圈時間計算凍結(jié)前，同一深度的地層具有相同的原 始溫度，凍結(jié)開始后，通過凍結(jié)管把冷量傳 給地層，在凍結(jié)管周圍產(chǎn)生降溫區(qū)，形成以 凍結(jié)管為中心的凍結(jié)圓柱，并逐漸到相鄰的 凍結(jié)圓柱連接形成封閉的凍結(jié)圓筒，形成冷 凍結(jié)層，即為凍結(jié)帷幕交圈。凍結(jié)帷幕交圈時間主要與凍結(jié)孔間距、 鹽水溫度、土層性質(zhì)、凍結(jié)管直徑、地層原始溫度、以及凍結(jié)器環(huán)形空間內(nèi)鹽水運動狀T - L/2 d式中L凍納乩最人孔間距.mm:d姝土發(fā)展迪度.粘25-302.琥過計牡揀結(jié)帷皋交圈時間為2M達到設(shè)計厚度時間 為3Dd .2.4凍結(jié)帷幕平均

6、溫皮計算使用凍結(jié)施T成冰舍式(見建井工程手冊!f- (1.135- 0. 352 / - 0. K72- *式中 .祿幼唯卑平均溫度.C：g趙水溫攬*C :J-凍結(jié)孔同蹄*取0. S - I . 0 m ;E凍納帷幕有效厚度.m.確定琢結(jié)轉(zhuǎn)幕平均溫度ff-5、凍結(jié)孔布置根據(jù)凍結(jié)帷幕設(shè)計及聯(lián)絡(luò)通道的 結(jié)構(gòu),凍結(jié)孔沿通道四周布置，按上仰、近水 平、下俯三種角度布置。凍結(jié)孔采用上下各 三排,左右各一排布置,凍結(jié)孔共設(shè)77個，開 孔間距為0 .51 .2m,利用水平孔和部分 傾斜孔凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道及集水井外圍土體凍結(jié)，形成強度高，封閉性好的凍 土帷幕。在現(xiàn)場實際操作中,可根據(jù)鉆機情 況、管態(tài)等

7、因素有關(guān)。凍結(jié)帷幕交圈時間計算公式為：片配筋情況和聯(lián)絡(luò)通道擬開管片的實 際位置等,對鉆孔孔位作少量調(diào)整,但最大 間距不得大于1 .0m。6、制冷設(shè)計 凍結(jié)參數(shù)確定1)設(shè)計鹽水溫度為-28C-30 C。2)積極凍結(jié)時間為30d,維護 凍結(jié)時間為35do3)測溫孔和卸壓孔分別為8個 和4個。4)凍結(jié)管總長度為785m。 需冷量和冷凍機選取型凍結(jié)需冷量：Q=1 2dHK式中H凍結(jié)總長度，m ；d-凍線管直徑m;K-凍結(jié)管散2熱系數(shù),kcal/mh。將上述參數(shù)代入公式得Q=65813kcal/h,考慮到其它因素設(shè)計工況制 冷量為87500kcal/h。四、施工工序1、開孔鉆進施工 開孔前在布孔范圍內(nèi)打

8、若干小孔， 探測 地層穩(wěn)定情況，若發(fā)現(xiàn)砂層，立即進行雙液注漿，以提高孔口附近土體穩(wěn)定性，然后進 行開孔，采用雙層特殊孔口管（見圖2）。在 凍結(jié)管跟進鉆進中采用強力水平鉆機， 鉆桿 角度嚴格按照施工組織設(shè)計圖進行， 確保凍 結(jié)范圍， 關(guān)鍵是在隧道內(nèi)鉆孔時解決好漏水 漏沙問題，防止水土流失。圖2孔口管示意圖2、凍結(jié)系統(tǒng)安裝選用W-YSLGF3001冷凍機組，在安 裝系統(tǒng)時盡量縮短冷凍管長度， 使凍結(jié)能量 盡量少損失。在系統(tǒng)安裝完成后，先檢查凍 結(jié)管的密封情況，出現(xiàn)滲漏立即補救，檢滲 完成后，安裝保溫層，并在上下行線安裝凍結(jié)板，此時可以進行凍結(jié)。3、積極凍結(jié) 注意每天溶液溫度變化和氣溫變化（見 圖3

9、），一般前7天溫度下降明顯， 由大氣溫 度降至-20Co在-20C度左右會有一段時間 溫度會小幅波動， 這時外側(cè)土體已經(jīng)開始凍 結(jié)并慢慢擴散（這時對泄壓孔進行觀察會發(fā) 現(xiàn)水壓會上下波動，讀數(shù)一般在0.1MPa左 右，在開挖前達到0.3MPa開挖前必須泄 壓）。這一階段78天，以后溫度每天下降0.5C1.5C,到-30 C左右基本穩(wěn)定， 凍結(jié)到第45天后可以進行開挖前準備工作。圖3溫度變化曲線4、開挖構(gòu)筑聯(lián)絡(luò)通道分上下兩層，上層為通道，下層為 集水井，開挖構(gòu)筑流程：開挖通道一掛網(wǎng)噴 射混凝土一防水層布設(shè)一通道鋼筋混凝土 澆筑一開挖集水井一掛網(wǎng)噴射混凝土一防 水層布設(shè)一集水井鋼筋混凝土澆筑。 開挖

10、通 道時冷凍處于圍護凍結(jié)狀態(tài)， 冷凍機正常運 行，開挖集水井時冷凍機停止。(1)開挖前對泄壓孔水壓力進行釋 放，對測溫孔溫度進行收集匯總，并開孔實 測溫度，數(shù)量不得少于4處(正面2處，背 面2處)，兩側(cè)都要開孔實測。(2)拆除鋼管片后， 開挖斷面中心有 土體流出形成一0.5m*0. 3m深度為0.8m的孔洞，開挖時對凍土進行回彈實驗，凍土 強度最大1.5MPa實際測量凍土層至凍結(jié) 管距離1.1m推算凍土帷幕實際厚度2.2 m(大于根據(jù)溫度推算的1.82m)。開挖步距50cm,支撐3050cm,注意及時支撐，并預(yù) 留板后注漿管。(3)挖通后掛網(wǎng)噴射混凝土必須要 求表面平整、 密實，為防水層施工做

11、好基礎(chǔ)。(4)拱頂混凝土澆筑， 通道頂混凝土 澆筑采用模板逐步延伸連續(xù)澆筑， 但要保證 拱定部位混凝土密實性難度較大。(5)上下層混凝土澆筑施工縫處理， 必須預(yù)留水平環(huán)形水膨脹橡膠圈(膩子)或 預(yù)埋注漿管。5、停止凍結(jié)一般在開挖集水井時由于許多凍結(jié) 管在開挖范圍內(nèi)，因此需要停止凍結(jié)，由于 凍土的蠕變性較好， 凍土幃幕破壞前會出現(xiàn) 較大蠕變過程，因此結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)觀察凍土 變形能夠判定凍土是否安全。6、注漿 由于冷凍法施工土體受凍會膨脹， 在融 化中會沉降，注漿要及時，一般在拱頂部位 放設(shè)三根注漿管(兩頭加中間)，兩側(cè)墻身各 一根，集水井底板放置一根。 注漿管分板后 注漿及壁后注漿兩種，板后注漿管

12、要在凍土 融化前進行，填充凍土到支撐模板的空隙， 從而控制土體沉降， 而壁后注漿管應(yīng)在混凝土強度達到85以上進行， 填充拱頂混凝土 與模板間的空隙。五、施工難點1、水平凍結(jié)孔施工技術(shù)(1)采用二次開孔工藝,以防鉆透管片時 大量出泥出水。一次開孔采用金剛石取心鉆 在管片上鉆進300mm深左右，不鉆透管片 一次開孔鉆進完畢,下入孔口管并安裝閥門 接著進行二次開孔鉆進,直至鉆透管片， 管片 鉆透后,立即退出開孔鉆頭,關(guān)閉閥門。(2)用夯管法下凍結(jié)管,在鉆進時安裝類 似軸封的孔口止水裝置。(3)下完凍結(jié)管后,對凍結(jié)管與孔口管及 套管間的間隙和孔口附近地層進行注漿充 填。(4)下泄壓管(濾水管)時，在泄

13、壓管內(nèi)裝 滿三合土,以防夯進泄壓管時出水，影響施 工。2、地層凍脹和融沉控制技術(shù)(1)在凍結(jié)壁內(nèi)未凍土中設(shè)泄壓孔，通過 放水、排泥來減小凍結(jié)壁內(nèi)的水土壓力，泄 壓孔采用140mm的鉆孔。泄壓孔濾管不 包紗網(wǎng)，以便在凍脹引起地層壓縮時,可從泄 壓孔泄水或排除部分土體，施工中根據(jù)地層 變形監(jiān)測結(jié)果和泄壓孔中的水壓變化情況 進行泄壓。(2)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,合理調(diào)整凍結(jié)孔的供 冷量。在特殊情況下,還可通過在加熱孔中循 環(huán)熱水來迅速提高凍結(jié)壁溫度,使凍結(jié)壁軟 化,從而減小凍脹力。(3)合理安排凍結(jié)順序,減小凍脹引起的 地層變形。(4)對凍結(jié)過程中隧道結(jié)構(gòu)的變形或受 力變化情況進行監(jiān)測,分析凍結(jié)施工對隧道

14、結(jié)構(gòu)的最終影響,為調(diào)整凍結(jié)施工參數(shù)提供 依據(jù)。 通過調(diào)整鹽水流量和鹽水溫度來控制 凍結(jié)壁厚度,使其保持在設(shè)計值左右。(5)由于凍結(jié)壁解凍時有少量收縮,從而 使地層產(chǎn)生融沉,可能給上部建筑及管線帶 來不良影響。 為此,施工時在隧道襯砌上預(yù)留 注漿管,在凍結(jié)壁化凍過程中進行注漿,以補 償?shù)貙尤诔痢?6)停凍后采取強制化凍措施,以盡快化 凍，恢復(fù)穿越段附近地層的水土壓力，縮短 融沉補償注漿工期。六、開挖條件判斷 判斷冷凍法是否達到開挖要求是冷凍法 的關(guān)鍵， 在打開鋼管片之前需要滿足以下條 件；1、鹽水溫度在-26C以下的時間超過30天，鹽水去、回路的溫度差小于C。2、測溫孔孔內(nèi)的溫度小于0C(在聯(lián)絡(luò)

15、通道開挖范圍個別測點可以大于0C,但不大于5C）。3、 探孔無流沙現(xiàn)象, 個別孔可以有滴水, 但水流不能成現(xiàn)狀。4、 瀉壓孔內(nèi)的壓力從凍結(jié)開始時的水土 壓力緩慢升高到一定值后又緩慢降低,最后 降至0,打開瀉壓孔沒有明顯的水沙流出。七、施工措施1、凍土帷幕強度問題 凍土帷幕的關(guān)鍵點在其拱部,在聯(lián)絡(luò)通 道頂部設(shè)三排凍結(jié)孔,以加大凍土帷幕拱部 厚度,并使聯(lián)絡(luò)通道頂部的一排凍結(jié)孔穿越 對面隧道頂部管片,確保凍土帷幕拱部與隧 道管片間有足夠大的接觸面積;為了確保凍 土帷幕強度和穩(wěn)定性,在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計時,選擇比較安全的平面彈性計算模型,適當加 大安全系數(shù),并用三維有限單元計算進行校 核,在工藝設(shè)計時,取較

16、大的備用系數(shù),即實 際加固范圍要比結(jié)構(gòu)設(shè)計大。2、 凍土帷幕與隧道管片間的密封 根據(jù)地鐵聯(lián)絡(luò)通道和隧道出洞地層凍結(jié) 施工經(jīng)驗,由于混凝土和鋼管片相對于土層 要容易散熱得多,會嚴重影響隧道管片附近 土層的凍結(jié)速度和凍結(jié)強度,從而影響凍土 帷幕的整體穩(wěn)定性和封水性。為此,設(shè)計及 施工過程中,采用在對面隧道管片內(nèi)側(cè)敷設(shè) 冷管和保溫層等措施,以確保凍土帷幕不存 在影響安全的薄弱環(huán)節(jié)。3、凍結(jié)孔施工安全與孔口密封 用金剛石取芯鉆開孔,跟管鉆進法下凍 結(jié)管。凍結(jié)孔開孔前,在布孔范圍內(nèi)打若干 小口徑鉆孔,探測地層穩(wěn)定情況。如發(fā)現(xiàn)砂 層,先進行水泥-水玻璃雙液壁后注漿,以提 高孔口附近地層的穩(wěn)定性,然后再鉆進

17、凍結(jié) 孔。凍結(jié)施工結(jié)束后,孔口管管口焊上鋼板,以免工程結(jié)束后鉆孔孔口漏水。4、凍結(jié)過程檢測與控制 在凍土帷幕內(nèi)布置測溫孔和壓力釋放與 觀測孔,以便正確測定凍土帷幕厚度和判斷 凍土帷幕是否交圈。 對側(cè)隧道管片附近土層 的凍結(jié)情況將成為控制整個凍土帷幕安全 的關(guān)鍵,為此,在對側(cè)隧道管片上沿凍土帷 幕四周安裝測溫孔,以全面監(jiān)測凍土帷幕的 形成過程,當泄壓孔波動較大,凍結(jié)溫度停止在某個區(qū)域范圍內(nèi)，應(yīng)加強檢測，以確定 帷幕是否交圈。凍結(jié)孔施工質(zhì)量的檢驗與控 制方法見表1,凍結(jié)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)與凍土墻壁形 成質(zhì)量檢驗方法見表2。袤 帶締亂施工質(zhì)旳的檯騎與揑利卉弦序號5 K檢1與桿剳方裁偽漲設(shè)計孔世 K 丸工払推，

18、甲干1恥 ,7t胡妄尺劇啟孔險“1規(guī)T不fifiiE莒開孔讖氏垢時孔址選廳覽不怡干曲it.不衣于衍計聲麼怙堆時乂巳茁FF跌度.說兀圻F測稈址出孔n. *%H曲朋需丹琵別峠轉(zhuǎn)儀tiAink團略葫零ffi；n 1站桿芹曲帖角站橫，債孫站孔測科吳1HI ff吐無匱喬.為T挿和亦J町W1B! JU _r下應(yīng)鄒孔喬哲片木大干(1.1埔孔豊丈凡同薛，Mf*陽一平專埔孔蛀域，燃況，適憫掘于叵業(yè)巔寰I時時輛擴瘵蚪席不小干:計洱性H ifr . M 衿i F 達到凍站 厚度所需的時冋01t * iI 1 41 c J2Ml1 (* 1.12 I .1TbT j 5!(H 25 J4T 5 |I sfl A! 5 01 15! 1 0i i11 i11Jii I b1 I 1 41 4 Vin i n5，! 1 4J .4注.1.1 J號測園孔怙舁救據(jù)排除Y野 ?號鬧球紬平均更匱1 m n I齒翳可伯.恵到麻邸厚厘霜弭I:J號測瓶孔的禰踣平均理甩H !為3不利亦蛉的翱考常.達到 進結(jié)厚腹需盯IL 422d=607mm,其值553mm可得出各凍結(jié)管外的凍土已疊合的結(jié) 論。4）用凍結(jié)帷幕平均溫度復(fù)核。凍結(jié)帷幕土體平均溫度計算公式CIHV