南京地铁联络通道冻结法施工措施分Word文档下载推荐.docx
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工程于2000年底开工,计划2003年底完成车站、区间隧道的土建工程部分。
南京地铁TA4标盾构法区间隧道,北起钓鱼台工作井北侧,南至三山街车站南端头井,由左线(下行线)和右线(上行线)隧道组成。
隧道外径6.2m,内径5.5m,每块管片宽为1.2m,厚为350mm。
联络通道位于两站区间隧道中间,隧道中心埋深13.13m,联络通道及泵站采取合并建造模式,它既保证上、下行隧道间的联络作用和必要时乘客安全疏散的功能,又起到地铁运营中两车站之间的集、排水作用。
工程结构由两个与隧道相交的喇叭口、通道以及集水井等组成。
地铁联络通道一般位于区间隧道的中间,通常与集、排水泵站连在一起,共同起着两隧道连结、集排水和防火等作用。
联络通道土体开挖前,必须对其周围土体进行加固,土体加固的方法常用的有深层搅拌法和冻结法。
目前冻结法在国内地铁建设中得到了广泛应用[1-3],积累了一定的成功经验。
南京地铁一期工程TA4标中,联络通道施工成功引用了冻结施工,并取得了圆满成功。
本文对施工中的技术措施进行了总结、分析研究,希望能对以后的联络通道土体冻结法施工提供借鉴和指导。
2工程地质状况
工程地质资料如表1所示,另外地下水标高为地下1~2m,水位较高。
表1土层物理参数3冻结设计
从表1看出,土层平均渗透系数小,透水性差,是冻结施工较为有利的土层。
经研究采用隧道内钻孔冻结加固,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倾斜孔冻结加固地层,使联络通道以及集水井外围土体冻结,形成强度高,封闭性好的冻土帷幕。
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,其主要施工顺序为:
施工准备?
联络通道连通地面的垂直水管施工?
冻结孔钻孔施工(同时安装冻结制冷系统)?
安装冻结盐水系统和检测系统?
积极冻结?
探孔试挖?
拆钢管片?
联络通道掘进与临时支护?
联络通道永久支护?
泵站开挖与临时支护?
泵站永久支护?
必要时进行土层注浆充填。
根据冻结帷幕设计及联络通道的结构,冻结孔的倾角采用上仰、近水平、下俯三种角度布置,开孔间距为0.7m,冻结孔数58个。
冻结孔的布置见图1所示。
图1冻结孔布置(括号内数字为孔深,单位mm及倾角(o)
4冻结参数的选择
选用YSLGF300?
型螺杆压缩机组一台套,设计工况制冷量为87500kcal/h,电机功率110kW。
地层冻结供冷工艺参数和指标为:
积极冻结盐水温度为-28℃~-30℃;
冻结孔单孔流量不小于4m3/h;
冻结系统辅助设备:
(1)盐水循环泵选用IS125-100~200型2台,流量200m3/h,电机功率45kW,其中一台备用。
(2)冷却水循环选用IS125-100~200C型2台,流量120m3/h,电机功率30kW,其中一台备用。
冷却塔选用NBL-100型一台,补充新鲜水15m3/h。
5施工技术措施
5.1冻结前的施工措施
冻结孔钻进工程中会引起周围地表的沉降,为了控制沉降对周围环境的影响,在联络通道地表进行了布点监测,监测结果如图2所示(选取最大变形点)。
2002年11月10日开钻,21日结束。
从图2中看出,开钻过程中由于土体的开挖以及钻孔数量的增多,地表的沉降逐渐增大,到11月21日即钻孔结束时最大沉降为4mm,24日最大沉降达5mm,并且一直保持到开始冻结前,11月29日开始冻结,地表点开始表现为隆起,并随着冻土效果逐渐增大,从12月30日到2003年1月20日隆起量在15mm处达到平稳,说明冻土发展良好,并且在这一段时间内冻土柱已经交圈,因此,实际土体开挖时间定在了2003年1月8日。
由于其它原因,冻土温度进一步降低,冻土圈有所扩大,地表从1月21日开始隆起增加到2月1日达到19mm,一直保持到主体结构完工。
图21#测点地表变形与时间的变化关系
5.2冻结过程中的施工措施
5.2.1隧道内支撑
冻结过程中隧道受冻土力的作用,会发生隧道横向断面变形,从而影响隧道的椭圆度。
为了减少这一变形,因此在冻结前,隧道内安装预应力隧道支架,即在上下行线隧道的联络通道洞口两侧安装两榀预应力钢支架(如图3所示),每榀支有8个支点,均匀地支撑在隧道管片上,施工中可根据观测到的隧道变形情况,调整各个支点的预应力大小,控制隧道变形。
图3预应力钢支架
5.2.2布置测温孔
为了掌握冻土帷幕的形成过程、形成状况,以及判断冻土柱是否交圈、冻土墙厚度及其温度是否达到设计要求等等,在上、下行线隧道联络通道洞口两侧共布置10个测温孔,其中在下行隧道中布置了4个,上行隧道中布置了6个(开挖是从下行隧道开始的)。
每个测温孔内设3个测点,每个测点间距600mm,测温孔深为2m。
测量频度为每天1次。
5.2.3布置卸压孔
为了减少冻结过程中,土体冻涨对地表以及隧道的影响,隧道下行线联络通道开挖断面内布置一个卸压孔。
另外,通过卸压孔压力的测试,以及对卸压孔内水流观察,可以判断冻土的冻结情况。
如本工程卸压孔,在12月24日,压力不再升高,说明冻结帷幕内的自由水由于水分迁移的作用,已经基本补给到冻土中,2003年1月3日打开该泄压孔,有少量水和泥浆流出,几分钟后停止。
1月8日土体开挖时,该孔内没有水流出现象。
5.2.4钢管片的拆卸
为了判断钢管片拆除前,联络通道土体冻结的帷幕墙厚度是否达到设计要求,是否交圈,土体强度是否达到要求以及保证土体开挖的安全进行,采用了以下施工措施。
(1)对去路、回路盐水进行温度检测,2003年1月7日盐水的去、回路温度差已从2002年12月24日的平均2℃降到0.5℃,说明地层的热负荷减少,冻土帷幕形成良好。
(2)根据第3#测孔的实测资料,其距冻结主面400mm,降温幅度最大,到2002年12月14日其温度降到-0.5℃,此时冻结15d,冻土平均发展速度26.7mm/d;
第2#测孔距冻结主面450mm,12月19日其温度降到-0.2℃,此时冻结20d,冻土平均发展速度25.0mm/d;
第5#测孔距冻结主面700mm,12月27日其温度降到-0.2℃,此时冻结27d,冻土平均发展速度27.8mm/d。
以上3个孔的冻土平均发展速度为26.5mm/d,按此推算,到实际开挖时间2003年1月8日,冻结时间39d,冻土发展厚度2.06m,超过设计厚度0.46m。
(3)在隧道下行线布置了4个冻胀压力测孔,根据冻胀压力测孔1的实测数据,2002年12月18日冻胀压力达到最大值0.73MPa,此时冻结时间19d;
测孔4的实测数据,12月19日冻胀压力达到最大值1.81MPa,此时冻结时间20d。
说明冻结20d左右时冻土柱已经交圈,冻结帷幕已基本形成。
此后冻胀压力趋于稳定并逐步减少,冻土帷幕厚度增加,符合冻土冻结规律。
另外,隧道下行线联络通道开挖断面内布置一个泄压孔,其压力变化,到12月24日,压力不再升高,说明冻结帷幕内的自由水由于水分迁移的作用,已经基本补给到冻土中,2003年1月3日打开该泄压孔,有少量水和泥浆流出,几分钟后停止。
5.2.5土体支护
采用两次支护方式。
第一次支护(临时支护)采用预应力钢支架加背板。
第二次支护(永久支护)采用现浇钢筋混凝土。
联络通道土体开挖导致地层中原有的应力平衡受到破坏,引起通道周围地层中的应力重新分布,这种重新分布的应力不仅使上部地层产生位移,而且会形成新的附加荷载作用在已加固好的冻土帷幕上,会引起冻土帷幕及冻结管会产生变形或破坏,为控制这种变形的发展,冻土开挖后就要及时对冻结壁进行及时的支护,所以联络通道的临时支护即做为维护地层稳定,确保施工安全的一项重要技术措施,又作为永久支护的一部分,是支护工艺最为关键的一步。
经过力学计算分析,确定联络通道临时支护的结构形式,如图4所示。
临时支护采用18#工字钢加工成的直腿拱形支架和矩形支架。
钢拱架为封闭形式用于喇叭口及通道内的临时支护,为增加支架的稳定性,每道支架中部加有一根横撑,拱形支架的间排距与通道的开挖步距相对应为0.3~0.5m,相邻支架间加有纵向拉杆,以增加整个支护体系的整体性和稳定性。
矩形钢支架用于集水井,支护间距为0.5m,上下两排支架间由8根拉杆相互连接,必要时增加纵横向支撑,以增加支架整体的稳定性及抗变形的能力。
为了控制支架间冻结壁的变形,减少冻结壁冷量损失,所有钢支撑架后用木背板密背,背板必须同冻结壁紧贴,尽量减少支护间隙,木背板不能松动,当支护间隙较大时,可增加背板厚度和木楔子,以提高支护效果。
图4联络通道的临时支护
永久支护为结构设计中的钢筋砼结构,为减少砼施工接缝,联络通道开挖及临时支护完成后,一次连续进行浇筑。
由于这种结构的特殊性,通道顶板内的砼浇筑较为困难,为提高砼施工质量,可采取分段浇筑的施工方式,必要时可采用喷浆机对浇筑空隙进行充填。
上部结构施工完成以后,开挖集水井,集水井开挖到设计深度,首先对集水井底板进行封底浇筑,然后一次完成集水井的钢筋砼浇筑施工。
5.3解冻过程中的施工措施
联络通道主体结构施工完毕后,停止供冷,土体自然解冻,解冻过程中会引起地面的沉陷,如果沉陷过大,不但对隧道而且对地面建筑、地下管线将产生不利影响。
为减少土体解冻产生的沉降量,可通过隧道及联络通道预留的注浆孔,采取跟踪注浆的形式,根据观测到的隧道及地层沉降情况,及时地对地层进行补偿注浆。
6结论
冻结法在南京地铁一号线TA4标的成功经验说明南京地质条件下――在地下水位较高的软土且含砂层的土质采用冻结施工是可行的,随着工程的开展,冻结法会地铁建设中得到更广泛的应用。
但在冻结施工中必须采用必要的施工技术措施相补充,必须重视施工中的跟踪检测措施,及时反馈信息,对施工的方案及时补充修正,确保万无一失,工程顺利进行。
参考文献
[1]周晓敏,苏立凡,贺长俊等.北京地铁隧道冻结法施工[J].岩土工程学报,1999,21(3):
319-322.
[2]马玉峰,苏立凡,徐兵壮等.地铁隧道联络通道和泵站的水平冻结施工[J].建井技术.2000,21(3):
39-41.
[3]郭晓江.冻结法在广州地铁二号线暗挖隧道中的应用[J].煤炭工程.2001(12):
27-29.