冻结法在地铁隧道联络通道中应用

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1、中国矿业大学建筑工程学院中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室岳丰田地层冻结法在地铁联络通道施工中应用1冻结法概述人工冻结的应用和研究是以天然冻结条件下冻土的物理力学性质研究为基础，随着人工冻结凿井逐步发展起来的。冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工技术。其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态以固结地层。1862年，英国首次在南威尔士的建筑基坑中使用了冻结法；1880年，德国工程师F．H．Poetch在国际上首次提出并获得人工冻结法专利；1

2、962年，日本从开始在岩土工程中应用人工地层冻结技术，随后20年中约施工了250个冻结工程；20世纪70～80年代，前苏联应用冻结法施工城市地铁、矿井和其它工业建筑的大型工程达200余项。1冻结法概述20世纪中叶，波兰、德国、法国、加拿大等国家相继开展了人　　　　　　工冻结技术的应用研究；近年来，美国、日本、南韩等国正在研究将人工冻结技术用于　　　　　　核废料处理工程中；1955年，我国首次在开滦林西风井使用盐水冻结法凿井并获得　　　　　　成功；80年代，随着我国地下工程的增多，逐渐由矿山工程，向城市各　　　　　类工程推广应用，完成了北京、上海地铁的多项隧道水　　　　　平冻结工程，尤其20

3、00年以来，冻结法在上海得到大规模应用。迄今为止，各国冻结井最大深度分别为：英国930m，美国915m，波兰860m，加拿大634m，比利时638m，前苏联620m，德国531m，法国550m，中国702m。1冻结法概述冻结法的优点:1安全可靠性好,可有效的隔绝地下水；2适应面广。适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条件下冻结技术有效、可行；3灵活性好。可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕过地下障碍物进行冻结；4可控性较好。冻结加固土体均匀、完整；5污染性小。“绿色”施工方法，符合环境岩土工程发展趋势；6经济上合理。

4、冻结法的缺点:1冻胀和融沉；2对土体加固为临时性质，不能长期起作用。2冻结原理盐水循环------盐水吸收地层热量，在盐水箱内将热量传递给蒸发器中的液氨；氨循环------液氨变为饱和蒸气氨，再被氨压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却，高压液氨从冷凝器经贮氨器，经节流阀流入蒸发器液氨在蒸发器中气化吸收周围盐水的热量；冷却水循环--------冷却水在冷却水泵，冷凝器和管路中的循环叫冷却水循环。将地热和压缩机产生的热量传递给大气。2冻结原理氨（氟利昂）－盐水冻结系统原理图3技术指标制冷温度　：-10℃～-35℃土　　层　：任何含水地层地下水流速：υ≤5．7﹡10-5m/s冷量估算：Q=1.3.

5、π.d.H.K制冷效率：30%~50%冻土速度：2cm/d4工程概况上海市M8线成山路站～杨思站区间隧道，采用盾构法施工，衬砌采用预制钢筋混凝土管片，通缝拼装。管片内径：5500mm；管片外径：6200mm；管片厚度：350mm；管片宽度：1200mm；管片混凝土强度C55；隧道底板埋深约14.9～21.6m，底板标高约为-10.2～-16.4m。联络通道所在位置较浅，联络通道施工涉及土层主要为淤泥质粘土和粉土，且有微承压水，工程风险较大，确定采用“隧道内钻孔，冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方案，即：在隧道内利用水平孔和部分傾斜孔冻结加固地层，使联络通道及集水井外围土体冻结，形成

6、强度高，封闭性好的冻土帷幕，然后根据“新奥法”的基本原理，在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。4工程概况联络通道处上、下行盾构中心间距为12.80m，上行线隧道中心标高－13.712m，下行线隧道中心标高－13.738m，联络通道对应地面标高为4.17m。喇叭口开挖尺寸为：1.458m(长)×4.40m(宽)×4.844m(高)通道开挖尺寸为：5.13(长)×3.30m(宽)×4.244m(高)集水井开挖尺寸为：4.80m(长)×3.30m(宽)×4.20m(高)防火门尺寸为1.40m×2.05m。衬砌采用二次衬砌方式，所有临时支护

7、层厚度均为200mm；结构层为400mm厚的现浇钢筋混凝土，通道底板结构层为1000mm厚的现浇钢筋混凝土。临时支护层和结构层之间安装防水层4工程概况图1联络通道结构剖面示意图5冻结帷幕计算根据地质资料，联络通道底板埋深18.572m，冻结帷幕中心的埋深为18.572m+0.8m=19.372m。按静止土压力计算旁通道的上部荷载和侧向荷载（如图2所示）。设冻土帷幕厚度为1.6m，通道开挖轮廓高为4.24m，宽3.20m，