冻结法在地下工程施工中的应用

法施工 [ J] . 冰川冻土, 2005( 9) : 78 ~ 81. (收稿日期: 2007- 01- 17) 作者简介: 郭瑞 平 ( 1972 - ), 男, 河 北 邯郸 人, 工 程 师, E m a i:l xn jtdxbs@ tom. com。
中的应用 [ J] . 建井技术, 2005( 4) : 38 ~ 40. [ 2] 高树峰. 冻结加固技术在城市深基 坑工程中的 应用 [ J] . 西 部
探矿工程, 2006( 4 ): 39~ 41. [ 3] 樊良本, 段继伟. 一种新 型的基 坑支护 方法 人工 冻结 法
[ J]. 浙江建筑, 2005 ( 6) : 23 ~ 24. [ 4] 汪崇鲜, 楼根达, 马玉峰. 繁华 市区含水 地层水平 冻结及暗 挖
冻结法施 工工 序是: 施 工准 备 冻 结孔 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 冻结 试挖 掘砌施工和围护冻结 现 场监测 冻结管拔除与冻结系统拆除。
冻结法具有封水性、复原性、绕障性、强度高、适 应性强、施工方便、环保无公害等特点, 是一种技术 可靠、工艺成熟的方法。它可在密集建筑区和现有 工程建筑物下施工, 不需进行基坑排水, 可避免因抽 水引起地基沉降造成对周围建筑物的不利影响。基 坑越深、开挖体积越大, 冻结法施工越具优越性。当 挖掘深度大于 10 m、地层复杂和邻近有重要建筑物 或生命线工程而不允许降水的情况下, 冻结法则是 最好的选择。
( 3) 拔管及充填。先拔靠近槽壁且位于隧道内 的第 1排冻结管, 依次拔第 2排, 最后拔隧道两侧冻 结管, 实行边拔边充填。所有钻孔共充填了 9. 5 m3 细砂, 2. 5 t水泥。
3 应注意的问题
3. 1 应用冻结法应注意的问题 ( 1) 水质对冻结 的影响。水中含有 一定盐份
时, 水溶液的结冰温度会降低。当地层含盐或受到 盐水侵害时, 都会降低到结冰点, 其程度与溶解物质 的数量成正比例关系。采用冻结法时, 首先要测量 出地层中水溶液的低融冰盐共晶点。
( 2) 地层含水率与地下水流速的影响。一般情 况下, 只要地层含水率 > 10% 、地下水流速 < 6 m / d 时, 冻结壁就可形成。地下水流速 > 6 m / d时, 可采 用较低的制冷温度, 加密被保护区上流侧冻结管的
布置, 或采取措施降低地下水流速。降低地下水流 速的最实用办法是注水泥浆或化学浆液来部分充填 空洞, 从而减小地下水的通过系数。
ISSN 1671- 2900 CN 43- 1347 /TD
采矿技术 第 7卷 第 2期 M in ing T echno l Jun. 2007
冻结法在地下工程施工中的应用
郭瑞平
(平煤建安公司土建处, 河南 平顶山市 467000) 摘 要: 简述了地下工程冻结法施工的基本原理。介绍了局部冻结施工法的实际应用, 总 结了冻结法设计和施工中应注意的问题。 关键词: 冻结法; 地下工程; 实际应用
盾构出洞段土层为杂填土、灰色淤泥粉质粘土、
灰色淤泥质粘土、灰色粘土、灰色粉质粘土等, 局部 夹有薄层粉砂。土层含水量较高, 稳定性差, 暴露扰 动时, 易产生液化流动, 地下水位埋深约 1. 5 m。 2. 2 施工方案
( 1) 冻结设计原则。保障冻土墙的厚度、强度 及封水性能满足盾构出洞时土体的稳定要求; 在保 障强度的前提下, 尽量减少冻土墙体积, 以减小冻结 对周围环境的影响; 对可能受影响的构筑物采取有 效的保护措施。
2 冻结法在工程中的应用
2. 1 工程概况 上海市轨道交通明珠线二期工程浦东大道
杨树浦路区间隧道采用盾构施工, 隧道主体结构埋 深约 16 m, 盾构出洞口 16. 7 m, 盾构工作井采用 0. 8 m 厚砼, 地下连续墙 (槽壁 ) 支护。槽壁外侧有 两层 0. 2 m 厚的钢筋混凝土导墙, 从地表向下每 2 m 一层。隧道采用 16. 7 m 土压平衡盾构施工。
( 1) 冻结站的安装。在冻结站安装 1台 W YSLGF 300!螺杆机组, 设计工况制冷量为 8. 75 ∀ 107 cal/ h, 机组安装在距出洞口 60 m 外。其它施工 设备有冷却水塔 1台, 清水泵 1台, 盐水泵 1台。
( 2) 冻结制冷。冻结 6 d, 盐水温度达 - 28# ; 冻结 9 d, 盐水温度低于设计温度达 - 28. 5# ; 冻结 11 d, 盐水温度达 - 30# ; 冻结 13 d, 盐水温度达到 - 31# ; 冻结 16 d, 盐水温度达 - 32# ; 冻结 20d, 盐 水温度达 - 33# ; 冻结 22 d, 盐水温度达 - 33. 5# ; 以后盐水温度一直保持 - 33. 5# ; 冻结 24 d, 达到完 全破壁时的冻结效果 ( 见表 1) 。
( 2) 冻土蠕变。每一种土的蠕变与温度和时间 有关。多数情况下, 未支护的暴露期相当短, 而且温 度低于冰点很多, 蠕变的松驰量不显著。
( 3) 混凝土的灌注。灌注混凝土与冻结壁的影 响是相互的。一方面, 冻结壁的低温降低了混凝土 的物理化学反应速度, 但延长了其凝结时间, 通过加 热骨料、热水搅拌、添加速凝剂及减少混凝土灌注量 等方法来解决; 另一方面, 混凝土凝结时释放的水化 热导致冻结壁融解, 影响了冻结壁的整体性, 可采用 在裸露的冻结壁上铺一层隔热层等方法来解决。
冻结工程共施工 43个钻孔, 其中 39个主排孔, 4个测压孔 ( 其中 3个兼 测温孔 )。为保证 钻孔质 量, 减少水土流失, 必须严格控制泥浆质量。工程使 用膨润土加 烧碱进 行人工 造浆, 泥 浆比 重控制 在 1. 1~ 1. 2 g / cm 3, 不允许清水打钻。
48
采矿技术
2007, 7( 2)
1 冻结法基本原理
在预期要开挖的场地周围的地层内布置冷冻管 ( 冻结管 ), 通过机械压缩循环制冷, 低温盐水循环 向地下供冷, 使得每个冻结管四周土层变成冻土, 并 不断向外扩展。当每个冻结柱交接后, 形成连续封 闭的具有较高强度、不透水的冻土墙, 从而提供一个 安全、干燥和方便的施工环境, 并把对临近构筑物的 影响减到最小程度。
( 3) 冻结范围内的管线防冻问题 。应查清地 下管线的种类、数量和位置, 对易冻结的水管和重要 管线 ( 如煤气管道 ) , 为防止冻结造成停水或管材破 裂, 应预先在管外包裹绝热材料。 3. 2 施工中应注意的问题
( 1) 冻结后的冻胀和解冻后的下沉。在维护冻 结壁阶段, 采 用周期性 维持制冷 ( 间歇冻结 ) 的方 法, 可有效地稳定冻结壁的边界, 减少冻胀量和下沉 量。采用注浆法充填冻结 - 解冻周期形成的空洞, 可将解冻引起的地表下沉量减至最小。
表 1 冻结效果
名称
盐水 冻土平均 冻土墙 冻土墙 冻结交 达到完全 温度 发展速度 厚度 平均温 圈时间 破壁时间
( # ) ( mm / d) ( m ) 度 ( # ) ( d)
( d)
设计参数 - 28
25
1. 85 - 10
20
25
实际参数 - 33. 5 40
2. 1 - 10. 5 14
( 2) 冻结方案。为尽量减少冻结冻胀与融沉对 周围环境的影响, 采用了垂直局部冻结方案, 即在槽 壁外侧布置一定数量的冻结孔, 向冻结孔局部供冷。 冻结深度: 靠近槽壁一排为 19 m, 14个冻结孔; 向外 2排为 18 m, 分别有 13 个、12 个冻结孔; 地面向下 6 m不冻, 冻结孔采用梅花布置, 冻结孔布置宽度为 10. 4 m。 2. 3 施工技术措施
24
2. 5 盾构推进及拔管 ( 1) 破壁。槽壁厚 0. 8 m, 先用风镐打掉 0. 6 m
厚砼, 留 0. 2 m 厚砼不打, 且不割最外层钢筋, 待冻 土墙厚度、强度达到设计要求, 确认冻土墙与槽壁完 全胶结时, 才能完全破壁 ( 将 0. 2 m 厚砼打掉 ) 。
( 2) 盾构顶进。破壁结束后, 安装密封环, 盾构 机头顶进洞口内, 头部距冻土墙 0. 2 m。
( 4) 施工计划力求严谨。采用冻结法施工需要 连续进行, 除积极冻结期形成冻土壁以外。在开挖 和基础施工过程中还需坚持冻结, 若施工安排不当 或中途变更施工方案, 都将大大延长冻结时间, 增加 施工费用。此外, 若能安排冬季施工, 则更有利降低 造价。
参考文献: [ 1] 周兴荣, 王宗金, 等. 冻结法在 广州丫髻 沙大桥桩 基事故处 理
( 1) 冻胀防治措施。采用局部冻结方案, 减少 冻土体积, 从而有效减少冻土的冻胀量, 使冻胀对表 土层的影响较小; 在冻土墙边缘布置一定数量热水 循环孔, 防止冻胀对周围建筑物及地下管线的影响。
( 2) 融沉防治措施。采用局部冻结, 减小冻土 墙体积, 从而减少融沉量; 冻结管拔除后, 管孔内要 充填密实; 解冻后, 进行适当的跟踪注浆; 冻结孔施 工时, 要保证粘土浆的质量, 减少水土流失; 采用快 速冻结方法, 缩短冻结时间。 2. 4 冻结工程施工