富水砂层联络通道冻结法施工温度及位移场实测分析.pdf
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1、160 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 富水砂层联络通道冻结法施工温度及位移场实测分析张习颖,任亮亮,张亚洲,李亚辉(中交隧道工程局有限公司,江苏 南京 210000)摘要:针对富水砂层联络通道冻结法施工冻结效果较难判断及易发生地层融沉的问题,依托南通地铁 1号线 07 标联络通道工程案例,通过对冻结盐水温度、冻土温度、泄压孔压力及地表变形等方面的监控量测分析来研究联络通道冻结法的冻结效果及地面融沉,在此基础上提出了联络通道冻结施工冻融的控制措施。研究表明:(1)以去回路盐水温度、土体温度、泄压孔压力及地表变形为判定依据的综合判定方法,能够有效、准确地对联络通
2、道冻结效果进行判断,确保施工安全。(2)通过采取快速冻结、在土体内预埋管、结构层后充填注浆等冻胀、融沉控制措施,地表受冻胀和融沉的影响最终累计沉降3.8mm,满足累计变形报警值要求。关键词:冷冻法;联络通道;监控量测;冻胀;融沉中图分类号:U455 文献标识码:B 文章编号:1673-8098(2023)06-0160-040 引言随着我国城市轨道交通工程的迅猛发展,具有地铁安全疏散作用的联络通道的施工方法也越来越多。其中处于富水软土地层、流砂地层的联络通道多采用冻结法施工,冻结法是通过人工制冷的方法,临时改变岩土性质以固结地层,该方法在上海、南京、杭州、武汉等城市地铁中已得到充分验证和广泛应
3、用1-2,但在工程施工过程中也遇到了很多问题和风险,如上海轨道交通4 号线某区间联络通道、广东佛山地铁 2 号线某区间联络通道、杭州地铁 5 号线某区间联络通道等工程,均由于在冻结法施工中冻结效果不佳发生地面塌陷事故。因此冻结法冻土帷幕的冻结效果对施工或形成极大的风险。目前,许多学者对联络通道冻结法施工已有详细研究。文献3-5分别基于实际工程,采用现场实测方法,分别对施工过程中盐水温度、土体温度及地表变形等进行监测,分析其变化规律;文献6-8分别基于实际工程,采用试验研究方法,对土层冻胀融沉特性进行研究;文献9-10分别基于实际工程,采用数值模拟方法对联络通道冻结法施工及开挖构筑过程中的温度场
4、、位移场及应力场进行了分析研究。本文依托南通地铁 1 号线宏能区间联络通道工程,对冻结施工过程中的盐水温度、土体温度及地表变形进行了实时监控量测与分析,通过对大量实测数据的研究,为类似工程提供参考。1 工程背景1.1 工程概况南通市地铁 1 号线宏兴路站能达商务区站区间设 1 座联络通道及泵站,其中心里程为 SK39+469.700(XK39+469.321),联络通道顶板埋深约为 17.25m。联络通道净宽2.5m,净高 2.14m,泵房有效容积为 20m3,其结构主要是由水平通道、与隧道管片相接的喇叭口组成,通道为直墙圆弧拱结构。地铁隧道与联络通道主体结构剖面图见图 1。图 1 地铁隧道与
5、联络通道主体结构剖面图161NO.6/DECEMBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 1.2 地质概况地质条件:联络通道及泵房所在土层自上而下依次为:2粉砂层、1淤泥质粉质粘土,土层物理参数见表 1。根据工点地温观测资料,本场地地下水温度较稳定,一般在 21.70 24.60范围内。表 1 土层热物理参数层序土质名称导热系数W/(mK)导温系数10-3(m2/h)比热容kJ/(kg K)2粉砂1.952.491.421淤泥质粉质黏土1.782.261.572 冻结加固方案及施工2.1 冻结加固方案根据工程地质及施工条件,联络通道及泵房均采用洞内水平冻结加固地层,矿山暗挖法施工,联络通
6、道设置一座冻结站,设置在下行线隧道内,冻结孔采用上仰、近水平、下上俯三种角度布设在联络通道四周,冻结孔数共 83 个(下行线 61 个,上行线 22 个)。图 2 为冻结管的剖面透视图。图 2 冻结管的布置剖面图2.2 冻结法施工工艺联络通道冻结法施工其实质是通过冷冻临时改变岩土性质以固结地层。联络通道冻结法施工工艺流程图见图 3:图 3 冻结法施工工艺流程2.3 冻结法施工设计要求(1)盐水温度控制:积极冻结(冻结帷幕形成阶段)的温度宜控制-28 -30;维护冻结即开挖阶段温度宜控制在-25 -28。(2)冻结壁的有效厚度:联络通道及泵房通道正常段冻结壁设计厚度 1.9m,喇叭口位置冻结壁厚
7、度为 1.65 m。(3)冻结壁平均温度:当联络通道覆土厚度 25m 时,冻结壁平均温度-8;当覆土厚度 25m 时,冻结壁平均温度-10。(4)探孔:在打开管片前应该进行探孔检查,探孔应该打在冻结帷幕较薄弱处,探孔处无涌沙和突水现象。3 监测内容及测点布设3.1 监测方法(1)盐水系统:通过在去、回路盐水管上安装热电偶传感器测量去、回路盐水温度;(2)地层温度:通过将光纤光栅传感器放置在距冻结管一定距离处,形成专门的温度应变测温孔;(3)泄压孔压力:通过通用压力表测得泄压孔压力;(4)地表变形:通过高精度的全站仪和精密水准仪等测量仪器设备,采取钻孔直接将测点埋设的方法。3.2 测温孔布设为准
8、确掌握冻结壁与隧道管片界面温度和开挖区邻近地层冻结情况,在隧道上、下行线联络通道洞口两侧布设 12 个测温孔,其中冻结站一侧(下行线)布设4个测温孔C1C4,对侧(上行线)布设 8 个测温孔 C5 C12,测温孔位置如图 5、图 6。为了准确测得冻土的发展速度,测温孔中各测点的布设深度变化 0.5 6.2m 不等,其中 C2 孔深 3.7m,分别在入土0.5、1.2、2m 深度处布设 3 个测温点;C6 孔深 12.5m,分别在入土 0.5、1.2、2、3.8、5m 深度处布设 5 个测温点。从冻结开机之日起,每日对土体温度进行一次监测和记录。3.3 泄压孔布设为检验冻结壁交圈情况、消散土层水
9、土冻胀压力,在与通道相接的隧道内两侧非冻结处,各布置 2 个泄压孔,分别为X1 X4,并在每个泄压孔上都安有压力表,每日对压力表数据进行记录,泄压孔位置如图 4。3.4 地表沉降点布设冷冻法钻孔施工时及开挖过程中,可能产生地表的隆沉变形,为了避免施工过程中对周边环境造成不必要的影响,因此162 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 对施工上方的地表变形进行监测是必不可少的。地表变形测点共布设 3 条监测线,沿联络通道纵向布设一条 L 测线,位于联络通道中轴线上方地表,测点间距 5m,共 5 个测点;沿上下行线隧道纵向各布设一条(S、X),位于结构边线上方地表,测点间
10、距分别为 2.5m、3.5m、5m、5m、5m、5m,每排断面共计 13 点。地表变形监测点布置图如图 5。4 冻结监测及数据分析本工程于 2020 年 6 月 3 日开始进行钻孔施工,2020 年 6月 25 日钻孔施工完成。2020 年 7 月 1 日正式开机冻结,开机至 2020 年 8 月 14 日,已积极冻结 45 天,根据开机以来冻结机房运转情况和测温数据降温情况判断,各项冻结指标可以达到开挖要求。4.1 盐水温度表 2 为冻结期间特殊节点的去回路盐水温度及温差的详细数据,图 6 为去回路盐水温度及温差随时间变化曲线。表 2 冻结期间特殊节点温度表施工时间节点去路盐水温/回路盐水温
11、/去回路温/开机冻结(7月1日)16.316.70.4冻结 7 天(7月8日)-19.2-17.51.7冻结15天(7月16日)-28.2-271.2停止冻结(9月15日)-29.1-28.40.7由表 2 中数据可以看出,停止冻结后冻结系统已在-28左右运行,设计去回路温差小于 2,实际去回路温差 0.7,满足设计对盐水温度的要求。由图 6 曲线可以看出,在冻结后的 27 天中(7 月 1 日7 月 27 日),去回路的盐水温差较大,平均温差为 1.29,是由于周围土体和低温盐水的温度相差较大,热交换强度大所导致。随着冻结帷幕的形成和发展,土体图 4 冻结站一侧隧道冻结孔位置图图 5 地表沉
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