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文档简介
1、液氮水平冻结在盾构进洞施工中的运用 摘 要 上海轨道交通明珠线二期工程,在上海体育场站宜山路站区间隧道施工中,为了保证盾构顺利进入上体场站接收井,确保周边建筑物的安全,采用了液氮水平冻结加固措施,取得了良好的效果。文章阐述了水平液氮冻结加固的方法,并概括和总结了冻土发展的特点。关键词
2、60; 盾构进洞 水平冻结工艺 液氮用量 环境保护1 工程概况上海体育场站宜山路站区间隧道分为上、下行线,采用2台法国FCB土压平衡盾构进行施工。盾构于宜山路站南端头井出发,向上海体育场站方向掘进,最终进入上海体育场站西端头井,盾构进洞处隧道中心标高为-12.878 m。盾构在进入上海体育场站西端头井前,将穿越大量的建筑物,其中有2幢20世纪70年代建成的14层高的大楼。大楼基础为条形基础,下部桩基为400 mm×400 mm的钢筋混凝土方桩,桩长16 m(分为8 m 长2节,用硫磺胶粘而成),桩基坐落在22灰色砂质粉土夹粉质粘土层上,桩基的埋设位
3、置与隧道中心基本持平。盾构将在2幢大楼的桩基间穿越,大楼距洞口7.2 m,与隧道最小的净距仅为1.15 m(见图1)。 2 工程地质盾构穿越地层主要为1灰色淤泥质粘土层和2-2灰色砂质粉土层,土体的主要物理力学指标见表1。3 液氮水平冻结工艺上体场西端头井盾构进洞区采用深层搅拌桩加固,搅拌桩深25.5 m,加固区宽4.7 m;地下连续墙外侧与搅拌桩之间的间隙用高压旋喷桩填充。在检查加固效果进行开样洞的过程中,发现多处漏水、漏泥,于是在搅拌桩和地下连续墙之间重新进行了双液注浆加固,但效果也不佳。由于该场地狭小,不具备地面垂直冻
4、结的条件,而该处土体已经过加固,具有了一定的强度,补充加固仅是为了起到止水作用;再则工期要求紧,为确保盾构进洞安全,故选用了液氮水平冻结加固的施工工艺。3.1 液氮水平冻结管布置在上、下行线洞门外侧均设置单排冻结孔,冻结孔(31个)布置圈的直径为8.0 m,水平长度3.5 m(地下连续墙加结构厚度1.6 m,盾构鼻尖400 mm,故实际冻结帷幕与盾构的交圈长度为1.5 m),冻结壁厚度设计为1.7 m。冻结孔、测温孔布置见图2。冻结管采用f89 mm的20号低碳钢管,壁厚8 mm,冻结孔中心间距810 mm。布置温度监测孔18个(9个布置在洞圈外侧,布置圈的直径为7 m;9个布置在
5、盾构周边,其布置圈径6.6 m),测温孔采用f38×3 mm无缝钢管。3.2 冻结指标液氮循环以2个孔为1组,2孔之间用1 m长的不锈钢软管连接。 液氮储罐的出口温度控制在-150-170 ,压力控制在0.10.15 MPa; 冻结管出口温度控制在-50-70 (温度调节使用每组回路中截止阀),压力控制在0.050.1 MPa(压力调节可使用液氮储罐上的散热板); 控制盾构外周冻土温度不低于-5 ,并接近0 (但不高于0 ),保证水呈固态。3.3 液氮水平冻结的特点 耗时短液氮水平冻结明显地比常规的盐水冻结耗时短。上行线采用液氮水平冻结
6、,在动水影响下,冻结时间需19 d;下行线施工时,外界温度较高,热量损失较大,冻结时间为15 d。若在客观条件更好的前提下,则冻结时间还将进一步缩短。若采用盐水冻结,按照上海地区的施工经验,将土体温度降至-5 以下,冻结时间一般都在30 d以上。 冻土发展快选取
7、下行线盾构进洞时W1、W3、N2、N3和N9测点在同一深度的温度,假定降温曲线为折线进行计算,得出冻土发展速度,见表2。 冻结受动水影响大图5为流水对温度的影响图。盾构在上行线进洞前,先对洞门进行了分块,发现洞门局部位置有少量的渗漏水。在冻结过程中,由于流水的作用,带走了大量的冷量,降温极其缓慢,使冻结壁无法正常形成,极大地影响了施工效率。从图5中可看出:在相同的冻结条件下,由于动水的影响,上行线的降温幅度明显低于下行线(见);当在第14日将流水完全堵住后,上行线受流水影响最大的N3孔处降温又相对加快。因此,动水对冻结是极其不利的。 水平冻结对环境影响小液氮水平冻结施工场地小,地面上仅有液氮储
8、罐,没有垂直冻结的钻孔、制冷等设备所需占用的场地大;没有盐水冻结制冷设备的噪声影响;液氮最终气化变成氮气排入空中,不污染环境。4 小结上行线于2004年1月11日开始冻结,到29日完成,具备盾构进洞条件,历时19天(期间受到洞门漏水的影响);下行线于2004年5月27日开始冻结,至6月10日冻结成功,历时15天。 本工程盾构进洞液氮用量上行线为346 m3,下行线为444 m3。上行线液氮消耗量为1.89 t/m3,下行线为2.43 t/m3,其中包含积极冻结及维护冻结的液氮消耗。液氮的实际用量与外界温度有关,外界温度越高,所需冷量越大,液氮的损耗越多。 冻土与盾构的搭接长度为1.5m,交接面冻土的平均温度为0-5 ,冻土与钢板之间的粘结强度为0.68 MPa。 由于本工程的冻结是在原有加固土体中进行,因此,在冻结和解冻期间,冻胀和融沉的量都很小,未超过10 mm。 液氮冻结具有施工简便、见
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