人工冻结法在富水砂层地铁洞门加固工程

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1、专业知识分享版摘要:哈尔滨市轨道交通一号线太平桥站—交通学院站左线洞门加固工程处于富水砂层，地面道路交通繁忙，地下管线众多，采用冻结法垂直加固土体。通过与上海和天津的洞门加固工程的地质条件冻结特性的对比，提出富水中砂层地质条件下工程的难点，在设计中通过计算，确定了冻结帷幕施工参数。在施工中严格控制冻结孔施工、冻结站运行及冻结监测等关键施工措施，并在设计和施工中采取了加大冻土厚度和冻结孔直径、缩短孔间距、冻结管串并联等针对性措施，保证了工程的安全。关键词:地铁隧道人工冻结法富水中砂层洞门加固工程人工冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天

2、然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与基坑内部的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层，目前在城市地铁建设中广泛应用于联络通道，盾构进出洞的洞门加固，排水管修复等工程中［1-4］。然而在哈尔滨地区富水中砂层中使用冻结法进行洞门加固并未见报道。文中以哈尔滨市轨道交通一号线太平桥站—交通学院站区间左线盾构接收井洞门加固工程为例，针对在富水砂层中冻结特点在设计和施工中进行了优化。1工程概况哈尔滨市轨道交通一号线太平桥站—交通学院站区间起点位于哈尔滨市道外区南通大街与

3、东直路交汇处的太平桥站(CK14+876.70)，终止于道外区东直路上的交通学院站(CK15+494.60)，区间全长约617.90m。轨顶设计标高为100.789～107.937m，采用盾构法施工。根据地质资料，场区地势比较平坦，属松花江漫滩区。1.1工程地质条件左线接收井地层从上至下依次为:①1杂填土层、1T3粉质黏土、1粉质黏土、3中砂。地质柱状图如图1。其中1粉质黏土为潜水层，1T3粉质黏土透水性微弱，可以作为相对隔水层。3中砂为孔隙微承压含水层，赋水性较好，透水性较强(平均渗透系数为8893×10－6cm/s，最大渗透系数为21500

4、×10－6cm/s，属强透水层)。盾构机主要穿越中砂层，已采用其它加固方法加固，图中加固区域为其它施工方法加固范围。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版根据水文资料，场区地下水位比较高，在地面下3m处，分为潜水、孔隙微承压水—承压水。太平桥站至交通学院站正线明开段潜水水位为地面以下3.5～4.1m，高程116.31～116.80m之间;微承压水水位为地面以下5.07m，高程115.3m，水头高度为3.53m;承压水水位为地面以下9.27m，高程111.10m，水头高度为15.23m。1.2周围管线及建筑物情况在盾构接收区域正上方及一侧主要管线

5、有高压主电缆、主排水管，周围10m外有建筑物。鉴于盾构穿越区域为中砂层，微承压含水层，透水性较强，前期加固效果较差，为了保证盾构接收井前洞门能安全破除，对洞圈周围区域采用冻结法进行加固施工。1.3工程重难点不同的地区土层不同，因此在冻结设计中难点不同，需要考虑的重点也有所区别，各地区冻土层、特性对比见表1。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版由表1可以看出，虽然中砂的冻土强度高，渗透系数大，静水条件下冻土发展速率大，但是融化速率也大。相对于上海和天津的类似工程，本工程的难点在于如何在地下水流速快的情况下保证冻土的有效厚度和强度。因此保证冻土的

6、交圈时间和洞门的安全破除是冻结方案设计中需要重点考虑的。在冻结设计时采取了加大冻结壁厚度，冻结施工采用?133无缝钢管，3排孔小间距的布孔方式及冻结孔串并联的循环方式来保证工程安全。2冻结方案设计2.1冻结帷幕设计洞口采取板状冻结方式加固。冻结加固体在盾构出洞破壁时起到抵御水土压力，防止土层塌落和泥水涌入工作井。该进洞口冻结加固体，其计算模型示意如图2。采用日本结算理论计算加固体厚度并用结构静力计算进行复核。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版应用重液理论计算水土压力:P=0.013H≈0.312MPa。其中，P为计算点的水土压力，MPa;H

7、为计算点深度，m。假定加固体为整体板块而承受水土压力，运用日本计算理论计算加固体的厚度计算得冻土墙厚度为2.6m。具体计算参数及结果见表2。同时可按以下结构静力计算公式验算，其公式为计算参数及结果见表3，计算得加固体最大弯拉应力小于冻土弯拉强度σmax＜［σ］。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版2.2冻结管布置冻结孔布置时充分考虑到地质情况和工期要求，在接收井连续墙外侧布置3排冻结孔，冻结管选用?133无缝钢管，计50个冻结孔，呈梅花形布置，孔间距750mm，排间距1000mm。冻结有效厚度为隧道轴线方向上、隧道左右侧和上方冻结壁厚度均为3

8、m，隧道下方冻结壁厚为4m;冻结孔布置如图3所示。2.3冻结基本参数①设计积极冻结期最低盐水温度为－28℃～－30℃，并要求冻结7d达到－25℃，打开