地铁联络通道双侧冻结加固技术

Comment t1 建议删除 本案通道 确实较长 但并无 大 的问题 Comment t2 同上 Comment T3 没有突出文章要讲的 主要内容 Comment t4 不宜作关键词 Comment T5 Comment T6 Widely Comment T7 主动语态 Comment T8 Into Comment T9 错误 Comment T10 英语错误太多 建议 详细修改 Comment t11 应明确是否为两隧道 中心距 即线间距 Comment t12 此陈述是既有事实 不必引用参考文献 Comment T13 与 冻结加固技术在长冻结加固技术在长大大地铁联络通道施工中的应用地铁联络通道施工中的应用 摘要 摘要 冻结法作为一项较为成熟的施工方法 自引入地铁施工领域以来 得到了不断的应 用和发展 由于南京地铁二号线油坊桥停车场 中和村站盾构区间线路受绕城公路立交桥桩基 影响 联络通道线间距为 20m 在目前国内地铁联络通道设计上极为罕见 本文通过该通道施工 的冻结加固技术 系统阐述了地铁工程中长大联络通道冻结法施工技术的应用 关键词 关键词 盾构隧道 联络通道 冷冻站布置 冻结帷幕 Freezing technology in the long subway connecting passage Construction Abstract The freezing method as a more sophisticated construction methods has been continuously applied and developed since introduced of metro construction Contacting channel line between YoufangQiao parking place and Zhonghe village station of Nanjing Metro Line 2 is spacing of 20m because of Shield range of lines affected by the Ring Road overpass pile which is extremely rare in the current design of metro connecting passage In this paper taking the freeze on construction of the channel reinforcement techniques for example systematically expounds the long metro project connecting passage freezing method of construction technology Key Words shield tunnel connecting passage refrigeration station layout the freezing of the curtain 0 0 引言引言 冻结法施工技术在国际上被广泛应用于煤 矿建设和城市建设和煤矿建设中 已有 100 多 年的历史 近年来 人工冻结技术被越来越多 的应用到复杂地质条件下的矿山 地下铁道 建筑物基础工程 港口工程以及水工工程中 特别是在地下水位埋深较浅 地层软弱 如淤泥 淤泥质土和流砂等 的复杂环境下 冻结法因 其具有可有效隔绝地下水和形成的冻土强度高 等特点 应用较为广泛 目前 地铁联络通道一般长 10 13m 冻 结法施工时多采用的是单侧冻结的模式 针对 南京地铁二号线油坊桥停车场 中和村站盾构 区间联络通道线间距长达 20m 地质条件恶劣 施工风险控制难度大的特点 在南京地铁建设 中首次采用双侧冻结加固技术 实践证明 该 方法安全可靠 能有效的节省工期 1 1 工程概况工程概况 南京地铁二号线油坊桥 中和村站盾构区间 联络通道地面自然标高 7 5m 中心标高为 6 668m 中心埋深 14 168m 结构为半圆拱直 墙形式 通道设计开挖轮廓尺寸为 3 5m 宽 4 8m 高 线间距 20m 为一般通道长度的 1 5 2 倍 通道地表位置为雨润路与绕城公路匝道交 叉处 机动车交通流量大 高峰时每小时约 1500 2000pcu 通道东侧约 5m 处为一砖砌结 构工业厂房 西侧约 10m 处为市政 220kv220kV 高压铁塔 地面环境控制要求高 通道穿越淤泥质粉质粘土层和饱和粉土层 地下水位埋深约 1m 通道结构上半部分位于淤 泥质粉质粘土层中 该土层具含水量高 孔隙 比大 压缩系数达 0 77Mpa77MPa 1 强度低 容易产生触变和流变 下半部分位于饱和粉土 层中 该地层沉积年代新 颗粒细而均匀 压 密度低 连接性差 饱水 砂性 施工受扰动 易发生液化 且该地层赋存承压水 易发生流 砂 涌水 坍塌等现象 2 2 通道施工加固方案选择通道施工加固方案选择 本工程联络通道长度较长 所处地层含水 量高 下部土层极易液化 地层承载力小 地 表环境保护要求高 如何确保工程的施工安全 成为了工程的重难点 在地铁联络通道建设施工中 取得成功应 用的主要有矿山法 冻结法和旋喷桩加固 深 层搅拌桩加固等水泥系加固方法 1 几种方法 方案在其应用中各有其优势于不足 对不同地 层的适应性也各有不同 冻结法因对含水软弱 复杂地层适应性较强 技术可靠 经验成熟 Comment t14 这并非本案采用冻结 法的根本原因 根本原因应当是地面 缺乏其他加固方法需要的场地 而冻 结法在隧道内施工 无需地面场地 Comment t15 作者似乎在有意夸大 双侧冻结的优点 其实大可不必 本 案采用双侧冻结完全是因为单侧冻结 难以实现 是唯一选择 并不存在方 案比选的问题 Comment t16 此栏观点未必正确 单侧钻孔数量少 单侧工期长 缺 乏依据 Comment T17 上海早就有成功案例 上海长江隧道 Comment t18 侧压力系数 0 4 是否 合理 Comment t19 变量符号格式不规范 请核对全文 Comment t20 此三个强度指标是否 来自文献 2 请核实 对环境影响小 通过方案比选 确定采用冻结 法加固方案 目前 地铁联络通道冻结法施工由于通道 长度短 一般采用单侧冷冻的模式 但对于长 大通道 由于单侧冷冻时单孔长 精度可控性 差 施工安全风险增大 工期时间长 需冷量 增大 受单侧隧道空间影响 机具布置困难 若采用地面布置 施工成本大大增加 双侧冻 结模式隧道空间满足要求 可节省工期 虽然 可供借鉴经验少 但技术可行性强 冻结加固 效果好 施工风险较单侧冻结小 联络通道不同冻结模式比较分析见表 1 表表 1 1 联络通道冻结法不同冻结模式比较联络通道冻结法不同冻结模式比较 施工方法环境与施工安全经济合理性技术可行性施工工期 单侧 冻结 具有较强的抗坍塌能 力 对于长大通道有 一定的施工风险 冻结运转成 本低 但工 期时间延长 场地影响大 间接费用增 加 技术可行 冻结孔深度超 过 10m 后 成孔质量受影 响 冻结孔布置间距密 对成型隧道管片损伤大 单侧隧道空间不能满足施 工 在同等冻结效果要 求下 由于钻孔时 间及冻结时间延长 工期较双侧冷冻时 间长 10 20d 双侧 冻结 对环境影响小 对长 大通道安全可控性较 好 整体施工成 本相对低 社会效益好 技术可行性强 隧道空间 可满足施工 但无可供借 鉴范例 施工周期相对较短 一般 100d 左右 3 3 冻结设计冻结设计 3 1 冻结壁设计冻结壁设计 1 冻结壁厚度 根据冻结法加固原理 含水地层经冻结后 形成坚硬整体 冻结壁受外围土层应力和地面 超载作用 冻结壁形状与通道结构形状近似 可视为一矩形刚架 由于冻胀作用 冻结范围内土体向四周膨 胀 周围土体产生被动土压力 上 下垂直土 压力应相等 通道垂直土压力 P 和侧向上 下土压力 Pcs Pcx 按下式计算 P H P超 Ho Hx 20 275 kPa Ps Ps Ho Hs 84 kPa Pcx1 Px Ho Hs h 126 kPa 式中 土的容重 取 18kN H Ho 计算点的土的埋深 Hs Hx 上下部冻结管到通道中心线距离 侧压力系数 取 0 4 h 开挖净高 冻土厚度 设计冻土帷幕厚度为 2m 根据通道结构埋 深及开挖轮廓计算该结构内部的弯矩和轴力 进而求得截面内的压应力 拉应力和剪应力 联络通道冻结壁结构荷载如图 1 截面受力所 示图 2 及表 2 所示 2 冻结壁强度检验 根据通道结构和水文地质资料 设计两个 联络通道的冻土强度以冻土平均温度为 10 时 的粉土强度为准 压 3 6Mpa6MPa 拉 2 1Mpa1MPa 剪 1 6Mpa6MPa 2 检验结果如 表 3 各截面压应力安全系数 3 27 拉应力 安全系数 3 75 剪应力安全系数 4 32 冻 结壁强度远大于安全要求 下部水平水土压力 PS 126KPa 上部水平水土压力 PX 84KPa 3400 5400 垂直压力P 275KPa R1800 垂直压力P 275KPa 图图 1 1 冻结壁结构荷载图冻结壁结构荷载图 Comment t21 习惯采用大写字面 K 另注意用斜体 Comment t22 1 应当绘出联络通道结构 以 便体现冻结管布置的合理性 2 左线喇叭口管片似已拆除状 建议绘出 3 绘出测温孔位置并标注编号 否则后文有关测温孔的描述不能准确 理解 4 对穿孔 应在图中标出 因后文提及 5 左线隧道中示意钻机的矩形 并非必须 建议删除 否则应加以标 注 截面4 478 327 一 截面5 523 弯矩图 KN M 截面3 31 截面2472 轴力图 KN 742 一 一 截面1 图图 2 2 冻结壁弯矩及轴力示意图冻结壁弯矩及轴力示意图 表表 2 2 联络通道冻土壁弯矩及轴力联络通道冻土壁弯矩及轴力 截面 12345 弯矩M KNkN m 530 472 31 478523 轴力N KNkN 285742742742327 表表 3 3 联络通道中部冻土结构各截面安全系数联络通道中部冻土结构各截面安全系数 截面 12345 应力类型压压拉剪压压拉剪压 应力值 MPa 0 941 10 560 370 31 10 550 370 95 安全系数 k 3 833 273 754 3212 03 276 544 323 79 冻结孔 左线 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 右线 图图 3 3 冻结孔布置示意图冻结孔布置示意图 3 2 冻结孔布置冻结孔布置 在两侧隧道内分别布设冻结孔进行冻结 冻结孔按上仰 近水平 下俯三种角度布置在 通道的四周 两侧冻结管在通道中部搭接 1 5 米 冻结孔总数 126 个 左线隧道内 64 个 右 线隧道内 62 个 施工总长度 899m 其中 两 侧单排布置 间距 5 9m 上部密布 2 排 下部 密布 4 排 上下各另加设 1 排辅孔 冻结孔开 孔间距 0 45 0 9m 如图 3 示 3 3 冻结系统设计冻结系统设计 1 冻结需冷量及设备选型 冻结需冷量由下式计算 Q 1 3 DHK Kcalkcal h 式中 H 冻结深度 D 冻结管外直径 取 0 089m K 冻结管散热系数取 250Kcal250kcal hm2 根据需冷量 选用 YSLGF300 型螺杆机组 单台机组工况制冷量 87500 Kcalkcal h 单 台电机功率 110KW110kW 4 台套 通道两侧各 Comment t23 宜用 会 Comment t24 非专业术语 应当加 以说明 Comment t25 文献引用不当 Comment t26 此为常规流程 不必 引用参考文献 Comment t27 应在图 3 标出 设 1 个冻结站系统 每个冻结站均备用一台套 2 盐水温度 盐水温度是影响冻结技术经济效果的主要 参数之一 降低温度对加快冻土扩展速度和提 高冻结强度 稳定性有一定作用 但要相应的 减低冷冻设备的制冷效率和加大冷冻站的制冷 量 增加了工程的投资 2 结合冻结壁厚度和承压需要 设计积极冻 结期盐水温度为 28 30 维护冻结期盐 水温度为 25 28 3 3 盐水循环系统 供液管选用 50 4mm 钢管 盐水干管和 集配液圈选用 159 6mm 无缝钢管 每个冻结 系统两去两回共 4 路 联络通道四周主冻结孔 每两个一串联 其它冻结孔每三个一串联 冷 媒剂选用比重为 1 27 的氯化钙溶液 每个冻 结孔单孔流量不小于 5m3 h 盐水循环泵选用 IS150 125 200 型 单台流量 200 m3 h 电机 功率 45KkW 4 台 两侧各备用一台 4 冷却水循环系统 盐水循环泵选用 IS150 125 200 型 单台 流量 200 m3 h 电机功率 45KkW 4 台 两侧各 备用一台 5 管道和设备保温 为减少低温介质与周围环境的热交换 2 盐水管路 集配液圈 盐水箱 冷冻机组的冷 凝器等低温管路和设备采用 50mm 聚苯乙烯泡 沫塑料保温 以减少冷量损失 提高冻结效果 和降冻结成本 4 4 冻结施工冻结施工 4 1 冻结孔施工冻结孔施工 1 主要设备及材料 钻孔机械选用 2 台 MKD 60 钻机 钻机扭矩 2000N M 推力 20KN20kN 冻结管采用 89 8mm 无缝钢管 每节长度 1 0 1 5m 节 间采用丝扣连接加焊接 2 冻结孔施工工艺 工艺流程 4 定位开孔 孔口装置安装 钻孔 偏斜测量 封闭管底孔 试压 冻结孔施工前 在布孔范围内打若干小 孔 38mm 探孔 探测地层稳定情况 钻透衬砌管片前 为防止漏水 涌砂造 成地层损失 每孔均安装孔口密封装置 钻进时 采用强力水平钻机 实现无泥 浆钻进 若发生漏水涌砂量超出冻结孔体积 应立即采取注浆措施补偿地层损失 注浆浆液 一般采用水泥浆 当水头压力大时 压注水泥 水玻璃双液浆堵漏 必要时 关闭孔口密封 装置 钻孔时先施工对穿孔 以效验方位角 根据对穿孔偏斜测量成果调整钻孔角度 确保 冻结效果 冻结孔成孔偏斜率不得超过 1 当 相邻两孔间终孔间距 1m 时 在两孔中间补孔 如图 4 为施工过程中偏斜测量 冻结管 含测温管 采用丝扣联接加焊 接 管子端部采用底盖板和底锥密封 冻结管 采用水压试漏 冻结管试压压力 0 8Mpa8MPa 30min 内压力无变化为合格 试 压不合格时 采用下套管或拔管补孔处理 确 保密封性能满足要求 如图 5 为冻结管试压试 验 图图 4 4 冻结孔偏斜测量冻结孔偏斜测量 图图 5 5 冻结管试压试验冻结管试压试验 4 2 冻结站安装冻结站安装 冻结站于 2008 年 12 月 20 日开始安装 于 2008 年 12 月 26 日进行调试 经试漏和抽真空 孔口密封装置 Comment T28 测孔位置图 检查 5 各循环系统运转正常 冻结系统无盐 水漏失现象 达到运转条件 4 3 冻结站运转冻结站运转 冻结站于 2008 年 12 月 27 日开始正式运转 于 2009 年 3 月 5 日结束 历时 67d 其中积极 冻结期 44d 维护冻结期 23d 5 5 工程监测工程监测 5 1 去回路盐水温度监测去回路盐水温度监测 冻结初期由于冻结站持续正常运转 盐水 温度下降较快 随着冻结时间的持续 去回路 盐水温度达到设计要求 并逐渐趋于稳定 如 图 6 所示为左侧冻结系统去回路盐水温度监测 数据所显示的温度变化情况 数据显示积极冻 结 7 天盐水温度降至 28 C 以下 5 2 冻结帷幕温度监测冻结帷幕温度监测 为及时掌握冻结壁的发展状况 在通道两 侧冻结区内各布置 5 个测温孔 测温孔管材选 用 60 3mm 20 低碳无缝钢管 测温孔深度 3 5m 每个测温孔设 3 5 个测点 图 7 为左侧 冻结圈内距最近主冻结孔 0 68m 处 C3 测温孔测 点布置图 随着积极冻结时间的延长 测温孔温度下 降迅速 但逐渐趋近于盐水温度 如图 8 示 C3 2 C3 5 测点在积极冻结期结束时 其温度 均降至 26 以下 C3 1 测点由于贴近管片背 壁 测点处土层与外界空气存在热量交换 测 点温度较其他 4 个测点高 5 8 但其温度在 积极冻结后期也接近 20 远大于设计冻土温 度 35 30 25 20 15 10 12 271 31 101 171 241 312 72 14 日期 温度 去路温度 回路温度 图图 6 6 左侧冻结系统去回路盐水温度变化曲线图左侧冻结系统去回路盐水温度变化曲线图 管片 测温管 60 3mm 20 低碳无缝钢管 1 5m1 5m1 5m1 5m C3 5C3 3C3 4C3 2C3 1 图图 7 7 左左 C3C3 测温孔测点布置图测温孔测点布置图 30 20 10 0 10 20 12 271 31 101 171 241 312 72 14 日期 温度 左 C3 1 左 C3 2 左 C3 3 左 C3 4 左 C3 5 图图 8 8 左左 C3C3 测温孔测点温度变化曲线图测温孔测点温度变化曲线图 表表 4 4 冻结壁扩展速度冻结壁扩展速度 测温孔号 左 C1 左 C2 左 C3 左 C4 左 C5 右 C1 右 C2 右 C3 右 C4 右 C5 Comment T29 最好有个地表变形监 测图 Comment T30 简述详细的计算工程 冻结壁扩展速度 mm d 324040365043444131 540 5 3 地表变形监测地表变形监测 按冻结加固影响范围 30m 布置监测点 加 固区内监测点布置间距 3m 加固区外布置间距 5m 共对称布设 9 组 45 个地表变形观测点 地表变形监测自钻孔施工前开始 至通道 施工完成后 2 个月结束 地表累计最大沉降 9 02mm 10 30mm 沉降累计变形控制标准 通道处地表路面未出现裂纹 附近高压铁塔 工业厂房未发生明显变形 地表环境控制良好 6 6 冻结效果分析冻结效果分析 积极冻结期结束后 通过冻结壁厚度 平 均温度推算 对冻结加固效果进行了分析 检 查 6 1 冻结壁厚度冻结壁厚度 冻结壁扩展速度近似取值于测温孔距主面 冻结壁的距离和孔内测点降至 0 所用时间的 比值 根据温度场监测成果分析 各测温孔处 推算冻结壁扩展速度如表 4 示 通过对测温孔的分析 取冻结壁最小扩展 速度为 31 5mm d 推算冻结壁厚度为 2 8m 大 于设计冻结壁厚度 2m 6 2 冻结壁平均温度冻结壁平均温度 根据冻结施工成冰公式计算冻结壁平均温 度 成冰公式 2 如下 tc toc 0 25tn toc tb 1 135 0 352L1 2 0 875 E1 3 0 266 L E 1 2 0 466 式中 tc 冻结壁平均温度 toc 按零度边界线计算的冻结壁平均 温度 tb 盐水温度 取 30 L 冻结孔间距 取 0 9m E 冻结壁厚度 取 2 8m tn 井帮冻结帷幕温度 取 4 计算得 tc 11 2 满足设计冻土温度要 求 7 7 冻结施工风险评估与分析冻结施工风险评估与分析 由于联络通道线间距较长 地下水丰富 特别是下部粉土层中富含的地下水具有一定的 承压性 地质资料难以完全反映施工区域地质 情况 冻结帷幕质量和效果尚处于半定量推算 冻结帷幕一旦失稳 发生地下水或流沙穿漏 冻土强度会发生扩散性下降 导致采用盾构法 混凝土管片衬砌而成的隧道发生连续性破坏 造成极大的工程事故 风险强度十分高 7 1 主要风险源主要风险源 1 钻孔遇有承压水的流沙土地层 如不安 装孔口密封装置 将引起大量冒沙 严重时危 及区间隧道安全 2 冻结管长度 角度误差超标 或者冻结 管盐水泄漏造成冻土软化 冻结壁存在薄弱处 开挖时涌水涌砂造成通道坍塌等安全事故 3 冻结过程中 突发机械故障或停电 造 成冻结站停机 冻结壁融化 7 2 应对措施应对措施 1 通道施工前 针对可能的突发意外情况 制定详细的应急预案 并确保应急预案的可行 性和有效性 2 在联络通道开始钻孔 布管前 布设好 地表 建筑物沉降测控网 隧道内沉降点收敛 的监测点 加强测量控制 3 对流沙土层 承压水地层等地质情况 事先要有相应的施工准备 钻孔时 安装孔口 密封装置 防止喷涌现象的发生 在钻孔期间 现场要配备足够数量的木楔 砂袋 水泥等抢 险物资 4 冻结孔严格按照标定位置 角度钻孔 钻孔后进行偏斜测量和试压 确保冻结孔施工 精度和冻结管密封性能 5 在联络通道两侧安装预应力支架 降低 冻胀产生的集中应力对区间隧道结构造成的不 良影响 如图 9 6 冻结运转前 配备备用发电机组 采用 双回路供电 主要冻结设备均有备用 冻结运 转期间 专业技术人员每天巡查机械运转情况 及时维护 7 为减少通道开挖期间突发险情对区间隧 道的影响 在联络通道开挖起始端安装应急安 全门 将通道与区间隧道隔离 如图 10 所示 Comment t31 此段叙述意图在于强 调双侧冻结模式的