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1、一、工程概况Xxxxxxxx中和村站元通站区间，区间地貌单元属长江漫滩，场地地层呈二元结构，上部以淤泥质粉质粘土为主，下部以粉土、粉细砂为主，区间隧道主要穿越地层为流塑淤泥质粉质粘土（2b4）、（3b3-4）和粉细砂层（3 d2-3，中密，局部稍密），局部穿越粉土（3 c2-3，稍密，局部中密）。隧道内径5.5m，管片厚度0.35m，管片宽度1.2m，管片混凝土为C50，抗渗为S10，接缝处设置EDPM框形密封垫及聚合物嵌缝两道防水措施。右线长度为1431.81m，左线长度为1453.491m。在右线K3+530（左线K3+537）设1#联络通道，线间距为16.2m，穿越地层为淤泥质粉质粘土（
2、3b3-4），土层含水率约为36.5%，空隙比为1.1，粘聚力为16.2kpa，内摩擦角为28.6，垂直渗透系数为5.7310-7cm/s,水平渗透系数为7.0910-7cm/s；左右线隧道中心高程为-14.005，地表高程为6.10，隧道埋深17.4m；在右线K3+934.433(左线K3+954.376)设2#联络通道兼泵站，线间距为12.0m，穿越地层为粉细砂（3 d2-3，中密，局部稍密），土层含水率约为28.4%，空隙比为0.83，粘聚力为8.5kpa，内摩擦角为38，垂直渗透系数为9.1810-7cm/s,水平渗透系数为1.0910-4cm/s；左右线隧道中心高程为-17.823，
3、地表高程为7.94，隧道埋深23m。均采用冷冻法加固地层后矿山法施工，冻土帷幕厚度不小于2m，强度不小于4Mpa，1#联络通道设计加固地层体积约为21003，2#联络通道设计加固地层体积约为21003。二、冻结法施工联络通道工艺简介 在隧道内利用近水平管和部分倾斜管冻结加固地层,使联络通道外围土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土帷幕(图1为联络通道及泵站冻结方案示意图)。然后,在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖和构筑施工,地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。 水平地层加固和开挖构筑的主要施工工艺及顺序如下:三、冻结帷幕方案设计 1、设计原则 冻结帷幕方案设计的基本原则是:冻结帷幕
4、方案设计必须满足联络通道施工的安全和质量要求,即保证冻土帷幕有足够的强度,冻结帷幕水平孔(斜孔)布设合理,满足施工及规范要求,在设计中应重点考虑联络通道顶部薄弱部位。冻结帷幕水平孔(斜孔)冻结方案应结合现场实际情况,便于隧道开挖和支护,施工安全、可靠,施工费用低,施工工期短。设计应考虑对冻胀、融沉的防范措施。2、冻结帷幕厚度设计根据在部分地铁工程联络通道冻结施工经验计算式:=(/)式中 计算点到冻结管距离,; 冻结帷幕外侧厚度,; 经验参数,取=19 69; 计算点冻结帷幕温度,。冻结帷幕内侧厚度=1 .4,冻结帷幕平均厚度1. 4。3、冻结帷幕交圈时间计算冻结前,同一深度的地层具有相同的原始
5、温度,冻结开始后,通过冻结管把冷量传给地层,在冻结管周围产生降温区,形成以冻结管为中心的冻结圆柱,并逐渐到相邻的冻结圆柱连接形成封闭的冻结圆筒,形成冷冻结层,即为冻结帷幕交圈。冻结帷幕交圈时间主要与冻结孔间距、盐水温度、土层性质、冻结管直径、地层原始温度、以及冻结器环形空间内盐水运动状态等因素有关。冻结帷幕交圈时间计算公式为:5、冻结孔布置根据冻结帷幕设计及联络通道的结构,冻结孔沿通道四周布置,按上仰、近水平、下俯三种角度布置。冻结孔采用上下各三排,左右各一排布置,冻结孔共设77个,开孔间距为0 .51 .2,利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层,使联络通道及集水井外围土体冻结,形成强度高,封闭
6、性好的冻土帷幕。在现场实际操作中,可根据钻机情况、管片配筋情况和联络通道拟开管片的实际位置等,对钻孔孔位作少量调整,但最大间距不得大于1 .0。6、制冷设计冻结参数确定 1)设计盐水温度为-28-30。 2)积极冻结时间为30,维护冻结时间为35。 3)测温孔和卸压孔分别为8个和4个。 4)冻结管总长度为785。需冷量和冷冻机选取型冻结需冷量:=1 2式中冻结总长度,; 冻线管直径,; 冻结管散热系数,/2。将上述参数代入公式得=65813/,考虑到其它因素设计工况制冷量为87500/。四、施工工序1、开孔钻进施工开孔前在布孔范围内打若干小孔，探测地层稳定情况，若发现砂层，立即进行双液注浆，以
7、提高孔口附近土体稳定性，然后进行开孔，采用双层特殊孔口管(见图2)。在冻结管跟进钻进中采用强力水平钻机，钻杆角度严格按照施工组织设计图进行，确保冻结范围，关键是在隧道内钻孔时解决好漏水漏沙问题，防止水土流失。图2 孔口管示意图 2、冻结系统安装 选用W-YSLGF30011冷冻机组，在安装系统时尽量缩短冷冻管长度，使冻结能量尽量少损失。在系统安装完成后，先检查冻结管的密封情况，出现渗漏立即补救，检渗完成后，安装保温层，并在上下行线安装冻结板，此时可以进行冻结。 3、积极冻结 注意每天溶液温度变化和气温变化(见图3)，一般前7天温度下降明显，由大气温度降至-20。在-20度左右会有一段时间温度会
8、小幅波动，这时外侧土体已经开始冻结并慢慢扩散(这时对泄压孔进行观察会发现水压会上下波动，读数一般在01MPa左右，在开挖前达到03MPa，开挖前必须泄压)。这一阶段78天，以后温度每天下降0515，到-30左右基本稳定，冻结到第45天后可以进行开挖前准备工作。 图3 温度变化曲线4、开挖构筑联络通道分上下两层，上层为通道，下层为集水井，开挖构筑流程：开挖通道一挂网喷射混凝土一防水层布设一通道钢筋混凝土浇筑一开挖集水井一挂网喷射混凝土一防水层布设一集水井钢筋混凝土浇筑。开挖通道时冷冻处于围护冻结状态，冷冻机正常运行，开挖集水井时冷冻机停止。 (1)开挖前对泄压孔水压力进行释放，对测温孔温度进行收
9、集汇总，并开孔实测温度，数量不得少于4处(正面2处，背面2处)，两侧都要开孔实测。 (2)拆除钢管片后，开挖断面中心有土体流出形成一05m*03m深度为08m的孔洞，开挖时对冻土进行回弹实验，冻土强度最大15MPa，实际测量冻土层至冻结管距离11m，推算冻土帷幕实际厚度22m(大于根据温度推算的182m)。开挖步距50cm，支撑3050cm，注意及时支撑，并预留板后注浆管。 (3)挖通后挂网喷射混凝土必须要求表面平整、密实，为防水层施工做好基础。 (4)拱顶混凝土浇筑，通道顶混凝土浇筑采用模板逐步延伸连续浇筑，但要保证拱定部位混凝土密实性难度较大。 (5)上下层混凝土浇筑施工缝处理，必须预留水
10、平环形水膨胀橡胶圈(腻子)或预埋注浆管。5、停止冻结 一般在开挖集水井时由于许多冻结管在开挖范围内，因此需要停止冻结，由于冻土的蠕变性较好，冻土帏幕破坏前会出现较大蠕变过程，因此结合监测数据观察冻土变形能够判定冻土是否安全。 6、注浆 由于冷冻法施工土体受冻会膨胀，在融化中会沉降，注浆要及时，一般在拱顶部位放设三根注浆管(两头加中间)，两侧墙身各一根，集水井底板放置一根。注浆管分板后注浆及壁后注浆两种，板后注浆管要在冻土融化前进行，填充冻土到支撑模板的空隙，从而控制土体沉降，而壁后注浆管应在混凝土强度达到85以上进行，填充拱顶混凝土与模板间的空隙。五、施工难点1、水平冻结孔施工技术 (1)采用
11、二次开孔工艺,以防钻透管片时大量出泥出水。一次开孔采用金刚石取心钻在管片上钻进300深左右,不钻透管片。一次开孔钻进完毕,下入孔口管并安装阀门,接着进行二次开孔钻进,直至钻透管片，管片钻透后,立即退出开孔钻头,关闭阀门。 (2)用夯管法下冻结管,在钻进时安装类似轴封的孔口止水装置。 (3)下完冻结管后,对冻结管与孔口管及套管间的间隙和孔口附近地层进行注浆充填。 (4)下泄压管(滤水管)时，在泄压管内装满三合土,以防夯进泄压管时出水，影响施工。2、地层冻胀和融沉控制技术 (1)在冻结壁内未冻土中设泄压孔，通过放水、排泥来减小冻结壁内的水土压力，泄压孔采用140的钻孔。泄压孔滤管不包纱网，以便在冻
12、胀引起地层压缩时,可从泄压孔泄水或排除部分土体，施工中根据地层变形监测结果和泄压孔中的水压变化情况进行泄压。 (2)根据监测结果,合理调整冻结孔的供冷量。在特殊情况下,还可通过在加热孔中循环热水来迅速提高冻结壁温度,使冻结壁软化,从而减小冻胀力。 (3)合理安排冻结顺序,减小冻胀引起的地层变形。 (4) 对冻结过程中隧道结构的变形或受力变化情况进行监测,分析冻结施工对隧道结构的最终影响,为调整冻结施工参数提供依据。通过调整盐水流量和盐水温度来控制冻结壁厚度,使其保持在设计值左右。 (5) 由于冻结壁解冻时有少量收缩,从而使地层产生融沉,可能给上部建筑及管线带来不良影响。为此,施工时在隧道衬砌上
13、预留注浆管,在冻结壁化冻过程中进行注浆,以补偿地层融沉。 (6) 停冻后采取强制化冻措施,以尽快化冻，恢复穿越段附近地层的水土压力，缩短融沉补偿注浆工期。六、开挖条件判断判断冷冻法是否达到开挖要求是冷冻法的关键，在打开钢管片之前需要满足以下条件；1、盐水温度在-26以下的时间超过30天，盐水去、回路的温度差小于1。2、测温孔孔内的温度小于0（在联络通道开挖范围个别测点可以大于0，但不大于5）。3、探孔无流沙现象，个别孔可以有滴水，但水流不能成现状。4、泻压孔内的压力从冻结开始时的水土压力缓慢升高到一定值后又缓慢降低，最后降至0，打开泻压孔没有明显的水沙流出。七、施工措施1、冻土帷幕强度问题冻土
14、帷幕的关键点在其拱部,在联络通道顶部设三排冻结孔,以加大冻土帷幕拱部厚度,并使联络通道顶部的一排冻结孔穿越对面隧道顶部管片,确保冻土帷幕拱部与隧道管片间有足够大的接触面积;为了确保冻土帷幕强度和稳定性,在具体结构设计时,选择比较安全的平面弹性计算模型,适当加大安全系数,并用三维有限单元计算进行校核,在工艺设计时,取较大的备用系数,即实际加固范围要比结构设计大。2、冻土帷幕与隧道管片间的密封根据地铁联络通道和隧道出洞地层冻结施工经验,由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多,会严重影响隧道管片附近土层的冻结速度和冻结强度,从而影响冻土帷幕的整体稳定性和封水性。为此,设计及施工过程中,采用在对面
15、隧道管片内侧敷设冷管和保温层等措施,以确保冻土帷幕不存在影响安全的薄弱环节。3、冻结孔施工安全与孔口密封用金刚石取芯钻开孔,跟管钻进法下冻结管。冻结孔开孔前,在布孔范围内打若干小口径钻孔,探测地层稳定情况。如发现砂层,先进行水泥-水玻璃双液壁后注浆,以提高孔口附近地层的稳定性,然后再钻进冻结孔。冻结施工结束后,孔口管管口焊上钢板,以免工程结束后钻孔孔口漏水。4、冻结过程检测与控制在冻土帷幕内布置测温孔和压力释放与观测孔,以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否交圈。对侧隧道管片附近土层的冻结情况将成为控制整个冻土帷幕安全的关键,为此,在对侧隧道管片上沿冻土帷幕四周安装测温孔,以全面监测冻土帷幕的形成过程,当泄压
