粉砂层盐水解冻地基加固施工技术

2008年度优秀科技论文粉砂层盐水冻结地基加固施工技术第3页共12页粉砂层盐水冻结地基加固施工技术【内容提要】：杭州地铁滨江站，右线盾构出洞采用盐水冻结技术对粉砂地基进行加固，使不稳定的含水地层形成强度很高的冻土体，成为完整的防水屏蔽，起到隔水作用，同时也起到了良好的挡土墙作用，以承受外来荷载。【关键词】：粉砂、盐水冻结、孔位、拔管1.前言滨江站～富春路站区间为杭州地铁1号线工程，穿越钱塘江全地下区间，里程范围为K5+880.3～K8+835.859，区间左线总长为2.946km，区间右线总长为2.956km。分别在里程K6+755和K8+355设置2座中间风井。滨江站盾构出洞所穿越的地层为粉砂层（粉砂：灰、青灰色，中密，饱和，含有机质、云母屑）。根据施工的要求和实际情况，在盾构出洞地基加固方面采用了不同的加固方式，如深层搅拌桩、高压旋喷桩、盐水冻结法。这里主要介绍的是盐水冻结法。我国采用冻结法技术施工煤矿井筒自1955年开始，至今有50多年的历史，共用冻结法施工煤矿井筒430余个。其中冻结最大深度435m，冻结表土层最大厚度375m，冻结法技术已是我国煤矿井筒施工中成熟、可靠的特殊施工方法之一。90年代引入轨道交通建设，以其特有的优势在该类工程特别是在松软含水地层施工中具有不可替代性，随着科技的发展和对其研究工作的深入，冻结技术将日臻完善。2.工艺原理盐水冻结技术应用于隧道盾构出洞，对工作井附近土层进行封闭加固，其原理如下：在盾构出洞口前方3-4m、隧道圆形设计断面及其周边3-4m的范围内，钻铺若干排垂直冻结器（由于滨江站已经进行了先期的地基加固，所以本次加固只采用2排冻结孔的垂直冻结方式），在冻结器内循环盐水，逐渐降低地层温度，地层中的水变成冰，冰和土颗粒逐渐形成冻结连续体，将冻结区域和混凝土地下连续墙形成整体冻结封闭加固区，防止在凿除隧道洞门钢筋混凝土和盾构在加固区推进时产生涌水涌砂现象，最终确保盾构机顺利出洞。3.冻结方式冻结法依其冷却地层的方式，可以分为直接冻结和间接冻结两大类；依其冷却位置的方式，可以分为水平冻结和垂直冻结两大类。滨江站（右线）采用了间接冻结和垂直冻结的方法。3.1间接冻结方式这里的间接冻结方式是采用盐水冻结方式。盐水冻结法是利用氨压缩调节制冷，并通过盐水媒介热传导原理进行冻结。在滨江站（右线）工作井顶层平台安装冷冻设备，冷却比重为1.26的盐水至-25℃～-30℃，然后使其进入冻结管内循环，从而使地层土壤冻结，待温度升高后盐水回流到冷冻机再冷却。这样，盐水就在热交换过程中循环不息，冻结管周围地层的冻土圆柱体直径不断扩展变大，并与相邻冻土圆柱体相交，在工程施工范围内形成完整的屏蔽，成为具有一定厚度和强度的又能防渗的挡土墙或拱形体。3.2垂直冻结垂直冻结是采用板状冻结加固理论设计的，对盾构进出洞口上部的土体布置一定数量的垂直冻结孔（滨江站右线采用的是23个冻结孔），经冻结后，在洞门处形成板状冻土帷幕来抵御盾构进出洞破壁时的水土压力，防止土层塌落和泥水涌入工作井内。垂直冻结可分为全深冻结和局部冻结，全深冻结是对所需要的冻结深度全部冻结，而滨江站这里采用的是局部冻结，它是一种只对盾构穿透的土层范围进行局部的冰冻加固，其它土体不进行加固的局部加固方法。4．冻结封水处理方案根据滨江站施工条件和施工工期，采用盐水螺杆机组垂直局部冻结方案能满足工期和封水加固的要求。4.1冻结帷幕设计设计在盾构出洞段加固土体前打设2排垂直冻结孔的方案，将盾构出洞段搅拌加固和高压旋喷加固的漏水通道冻结封闭。根据出洞段的水文地质资料，设计板块的冻土墙平均温度为-10℃，该土层冻土各参数取值为抗压强度σ压=3.5Mpa,抗拉强度σ拉=2Mpa，抗剪强度τ剪=1.6Mpa。牙4皮.2勺冻土梢墙厚稻度楼h余的确图定晨4优.2浮.1舞计算很水土赞压力红：昏洞口限的中岗心埋伤深为恐12般.8服65重m节（计菠算取指埋深耐最深匠的盾左构出惠洞口堪处隧拆道中顶心标悔高）懒，当哭处理之洞直饮径为共6.惯7m腿时，懒处理饥洞口置的底俩缘深饶度为赴16须.2达15虫m丛。邀则按绿重液朋公式零计算洪得到勤水土田压力矛为：溉范P返=0帝.0侦13宅H=谜0.螺21兵0M幅pa暂4喝.2滥.2贴假定徐加固缎体为暖整体唇板块青而承明受水崇压力念，运限用日惩本计耀算理仁论计士算加布固体驱的厚漫度：罩，计漂算的查冻土弄墙厚英度为令1.夫68欣m荡.发表表1丝运用环日本抱计算呆理论固的数碑据及吉结果哄冻土立平均视温顶度搭℃千冻土某弯拉要强村度松σ湾水土驴压力墨如P代加固提体开丰挖内翼直忠径夺D掌系壁约姓裁数寄β跃完全颂系数厕k尝计算腔加固半体厚萝度纯h蝴-1铜0持2M醒Pa俗0.凳21追M俊Pa矿6.度7m菠1.免2廊2.米0厦1.兆68匪m倦4催.2珠.3障运用皮我国祥建筑钢结构候静力凤计算才理论赵公式崭进行献验算币：渣圆板谅中心磨所受沙最大绕弯曲受应力宫计算耍公式漏表勤2佳鸡运用猫运用绒我国役建筑本结构籍静力屡计算伴理论神计算锤数据恰结果纠水土扫压力绣P售加固鸡体开春挖内矛直构径勿D毕冻土台泊松养比累μ象计算凡加固运体规h墙计算犹得加曲固体彻最大亭弯拉除应力肺τ庆ma足x饥冻土崭弯拉献强度多τ毕-1痰0匪℃蚕安全姿系数藏k窝0.侧21隶MP团a协6.津7m掌0.森35迫1.乳68诞m柄1.排04双M厅Pa椅2鱼MP钟a钻1.束92网τ弄ma盒x我《姑τ散-1洒0魂℃厕4恨.2谦.4冒剪切劈验算侨加固凡体厚旦度远垫枪港沿盾谋构处赛理切雀口周痰边验园算加极固体青剪切屯应力壮姨表郑3房健剪切寿应力盖验算粮数据善及结拥果贪水土筋压力察P睬加固妨体开概挖内块直惧径倡D建计算嫂加固析体痕h湾最大测剪切躲应脚力是τ出冻土衫抗剪烛强度灿τ狗-1悼0泄℃存安全嘱系数透k筑0.核21撑MP瓶a脏6.赚7m赵1.贝68膨m火τ透ma岁x=集0.惰20系9M弹Pa询τ廉-1傻0铺℃彼=1愚.6筛M竭Pa雁7.灭6听τ代ma辈x林《既τ恋-1泡0片℃灯4使.砖3叛冻结绿孔的奖布置每：辜为了钞封好庙水，怎并根壁据要假求，续对已壳知的衣漏水艘点进乡行布纷孔冻区结，柿设计钓冻结耳孔的揪布置热见下仁图（幻冻结欣孔布杯置图休）。算采用巷双排狂垂直卸冻结毫孔，妙冻结成管选舍用直豆径屠12芝7*章5m刑m奉20负#瓣低碳法钢无舌缝钢郊管；涉冻结眉孔退数每2坏3缠个，发冻结唇孔间汽距为况0.惜8m东，排氏间距亮为贼0.累7m诸，设雕计最芝大终蔑孔间俯距为港1.哀2m振，距栽槽壁连之间牧的距骂离为第0.引3m携，冻殖结孔轨深为妹19摸.2绿5m高，采孕用局吹部冻借结方烦案即稳地表劈以下煤6.铺7m拉不冻牧，冻汉结范鸭围车为杠6.缘7迅～灾19猾.2很5m责。急冻结坦孔布裳置图诞4斧.灿4吸制冷慈设计叉4抹.4变.1躬冻结锅参数慢确定沈4.趁4.薪1号.1蝶设计宗盐水贡温度垫为务-2状5寄℃池～单-3衫0购℃仔。长4.戴4.窜1臭.2理冻结迷孔单淋孔流栋量不姨小剥于剃5墨/h蛾4.令4.属1奥.3蜜冻结丸孔终励孔间提距欧Lm落a望x愉≤斩12骆00维mm船，冻斥土发絮展速涝度涉取泥25欢mm讲/骂d诊，冻愚结帷艇幕交俊圈时廊间戒为丘2泰4昌天，谅达到红设计槐厚度盐时间底为待35失天。陈4.浪4.珍1胀.4捐积极病冻结细达到阴开挖芦时间雹为高35匀天，歉维护者冻结督时间斜为沸7张天。举4.缺4.虾1箩.5崭测温厨孔揪3篮个，僚深度盯为必9.抱1句～席19虹.2敲5m毯，布彻置在膛内测楚和外纯侧，馋不布亮置在拖盾构站进行主区域隙内。嚷4饼.4汪.2捡需冷缘量和迅冷冻跃机选斩型绝惊漂馋棕劈柱骆冻结慈需冷酱量由燃下式丽计算翻：办Q洞=1继.3胖*虫π耍*d奉*H杯*K稻式中沙：叠H遍－冻笨结长周度杨d学－冻插结管舌直径傅K纹－冻学结管车散热斩系数共；失30半0K病ca篇l/粉h*亡将上衡述参鹊数带觉入公饥式得稳：漆Q=激44钱94正6K眼ca猪l/京h糖选长用会YS唱LG仆F3颈0播0驱Ⅱ欠型螺改杆机透组一砌台套助，设抗计单身台机蚁组工喊况制述冷量却为材87赚50确0K牢ca破l/委h如，单阻台电晕机功乘率鞠11邪0K音W唤。筑4视.4罗.3螺冻结蚕系统侮辅助雪设备办4.绍4.齿3悦.1毫盐水扭循环锈泵选岗用弦IS宵12伏5-语10浴0际～端20慌0障型迈1械台，骑单台卖流哥量嫁20兔0兆/辜h方，电古机功串率胞45姻K借W山。显4.升4.勉3公.2普冷却你水循耀环选只用廉S1柳25厘-1伏0圣0姑～帆20宽0C忠型小1均台，梯单台莲流喘量涛12础0行/告h辨，电文机功讨率缠18途K批W带。小4.妈4.霸3侄.3折冷却逗塔选怒用谦NB蓝L-胆5震0钢型月2暴台，棉补充蛛新鲜杆水扔10说/腿h首。尸4杀.4惕.4牢管路缩选择横4.勉4.剥4扒.1眨冻结贩管选幕用朽φ漫12恳7*黑4.凤5m择m乘,2电0丝#弦低碳做无缝户钢管夫。鉴4.秆4.徒4辰.2够测温葛孔管攻选滤用喊φ鸭45档*轻3.惰5m狭m陪20积#陶低碳城无缝来钢管冈。旱4.倍4.跟4洗.3滋供液划管选围用库”歌钢管惊，采辉用焊剃接连煎接。更4.席4.叮4摧.4毛盐水愚干管纤和集战配液献圈选搁用捎φ拾15稀9*反6m笑m森无缝凝钢管抓。排4.贺4.磨4悬.5遮冷却亏水管委选姓用茎φ谜12著7*拼4.很5m火m病供水局钢管括。茎4坚.4反.5误用电拘负荷调：巩用电尿负荷锻约税22讽0k奴w/颤h医。绍4君.4妇.6引其它绸4.魄4.煮6她.1己冷冻虹机油沈选算用析N4冒6伙冷冻哭机油押。滋4.鲜4.构6依.2脑制冷币剂选阁用氟叨利娱昂国R-规22把.害4.免4.桨6喂.3驴冷媒用剂选斥用氯崭化钙尘溶液执。维5庭冻结震施工鸟5静.茎1塞钻孔污工程悔量：澡本次厦冻结除施工陪设缓2天3蔑个冻屡结孔诱共峡46冲0殊m躺，浙3宪个测浴温孔支共趴50须m幼。或打钻客选深用分XY败-1敢C世型钻挤机金2抚台，繁电机聪功幸率单22垫K扫W弟，钻职孔使笛用灯战光测欣斜，地选事用春BW进-1避60御/5骆0乐型泥耽浆还泵轻2词台，夹电机松功姑率截14慌.5罗K珠W牲。证打钻慰深度像根据弊实际贫施工壶情况棵为找20病.5杏m近左熊右幅,秃多出预部分薯为沉悦渣要愁求。脸具体顶数据骄见下粘表些。区表虾4斩钻孔稀施工辣表宵桩号舞日期惧时间中天气萝仪器秋高汇(贷m)鸭偏稀距绒(欺cm挤)栋偏检角辈(稿°)鹅倾斜谋率叫(削%)文1-弹1#居20触0郑8捕年配7夸月望3行日炭下午梁晴缸1-捞3#抹7滥月阿5著日伴7蒙：幼00赴-1皮5签：揭30旦0.兴88榆1他6漂.8倚5野90慎0.垮98杯7桐2-鄙2#平1贤6娃：忧00锹-2蚀0岸：识20互0.刊86备1立4.是8盈87零0.责82先5辣1-责12检#绑2蛛1厘：槽30勉-播6星：妖16泽0.葡85傅17校.朴0啊29偷0瞎1黎2-利3#惠7替月傻6脾日唱5染：祖55奖-1钻0乔：如40殃0.鱼9速1淹6况25漫5大0.怪99循2窑2-装11餐#弱8灿：毁00誉-1浙8初：晴30办0.阴80醉5睡11叠.9众30姑5辈0.饭70疯8经2-滨4#贫15撒:0肥0-缓19近:3榨0蛾0.嚷81森7.政5觉90嚼0.蹈47吧4看1-劈11页#愚19杠:5偏0-别7:垦00独0.真81睛15垒.3苦4提23任5躬0.祖97隆6恰1-闪4#嫁7慧月钥7静日杆6:沾00像-1疮7:悬20涌0.伞86短14弊0灾0.歇82尤1-奸5#引1杰7掉：爪42买-决7恰：脚40愤0.怨74胀5堆15记.4歌29医0失0.挥97屿8桂2-木10粉#音8填：泼00竞-腔1湖8麻：裙30躁0.症86碰14振0储0.猪82杯1-弊10央#词2乌0上：拣30缓-贿7链：酬10粘0.遮87诱5悦9逼18眨5负0.料53矮1-挤6#券7爬月转8销日举8额：奖00惭-洋8峡：肠25渣0.衫66震5奴17苍.4护89视1.窜02美2-痒9#禁8加：虾00用-迷6葵：脸30扶0.血88间15夜.4抗3端89踢0.捆98况8派1-砌9#拜7栽月纽9扣日呼8:组38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