地鐵隧道水平凍結(jié)工程地層凍脹融沉的預測方法及工程應用

人工凍結(jié)工法作為土木工程特殊施工技術(shù),在富含水軟弱地層工程施工中有著顯著的優(yōu)點,但是此工法對地下管線、地面建筑物以及對凍結(jié)壁穩(wěn)定性和可靠性的影響不容忽視。本文以廣州地鐵3號線某隧道水平凍結(jié)施工工程為原型,根據(jù)相似準則,建立集溫度場、濕度場和力學場于一體的大型物理試驗模型。通過模擬開挖過程,研究人工水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁形成規(guī)律、凍脹與融沉效應問題。模擬試驗數(shù)據(jù)分析表明,水平凍結(jié)法施工可在隧道周圍快速形成閉環(huán)凍結(jié)壁,有效保證一次支護前隧道圍巖的穩(wěn)定性;在施工中宜采用快速凍結(jié)或間歇凍結(jié),有效控制積極凍結(jié)時間和凍結(jié)壁厚度,減少因水分遷移造成的凍脹位移量;淺埋暗挖隧道引起了明顯的地表下沉位移;解凍過程中地表融沉位移較大,對環(huán)境影響較大。

本文主要闡述了水平冷凍法施工在廣州地鐵工程中的成功應用，及對水平冷凍法的施工方法及主要技術(shù)措施進行了介紹。

文中介紹了凍結(jié)法在隧道、地鐵聯(lián)絡通道、盾構(gòu)進出口以及隧道破損修復等方面的應用,地鐵隧道凍結(jié)法施工期地層的凍脹現(xiàn)象一直是工程中所關(guān)注的焦點,根據(jù)解析法、數(shù)值分析法、模型試驗法和現(xiàn)場實測法,對地鐵隧道凍結(jié)期凍脹的研究現(xiàn)狀進行了綜述,最后提出了現(xiàn)行地層凍脹研究存在的問題和今后的研究方向。

地鐵隧道水平凍結(jié)法施工技術(shù)

論文結(jié)合廣州軌道交通三號線天河客運站折返線水平凍結(jié)孔施工實例,介紹了長距離水平凍結(jié)孔,在廣東地區(qū)綜合評價地質(zhì)條件很差,且地下管線錯綜復雜情況下水平定向鉆進施工技術(shù)。

介紹了上海地鐵2號線楊高路站～中央公園站區(qū)間隧道聯(lián)絡通道和泵站的水平凍結(jié)施工,闡述了隧道內(nèi)水平凍結(jié)施工對地表及隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響及解決措施,指出了水平凍結(jié)加固技術(shù)在市政地鐵工程施工中的技術(shù)先進性和廣闊的應用前景。

地鐵隧道施工引起地表橫向沉降預測方法——介紹了目前地鐵隧道施工引起地表橫向沉降預測的常用方法--經(jīng)驗公式法、理論公式法、數(shù)值模擬法及bp神經(jīng)網(wǎng)絡預報法。討論了各種方法的優(yōu)缺點及選用建議。

文章編號:16735196(2009)03012106 地鐵隧道水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁 溫度場影響參數(shù)分析 畢貴權(quán)1,2,程形燕1,石磊2,馬希金1 (1.蘭州理工大學能源與動力工程學院,甘肅蘭州730050;2.中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室,甘肅蘭 州730000) 摘要:以地鐵隧道水平凍結(jié)法施工中最常見的粉質(zhì)粘土為例,應用大型數(shù)值分析軟件ansys系統(tǒng)研究凍結(jié)管直 徑、凍結(jié)管間距、鹽水溫度、土層含水量4大因素對凍結(jié)法施工中溫度場的影響,提出各因素對凍結(jié)壁厚度和凍結(jié) 時間的靈敏度公式;在各影響因素下通過靈敏度對比分析,得出各因素對凍結(jié)壁厚度靈敏度影響規(guī)律,該影響規(guī)律 由大到小依次為:鹽水溫度、凍結(jié)管間距、凍結(jié)管直徑、土層含水

凍結(jié)法在南京地鐵隧道流砂地層中的應用——南京地鐵一號線張府園～三山街區(qū)間隧道聯(lián)絡通道位于流砂地層,地下水豐富,開挖支護困難,因此采用凍結(jié)法施工。本文介紹了施工要點和需要注意的問題。實踐證明,在流砂地層開挖隧道,使用凍結(jié)法是一個良好的選擇。

上海地鐵隧道旁通道水平凍結(jié)法施工

廣州地鐵隧道過斷裂破碎帶超長水平凍結(jié)法施工技術(shù)

結(jié)合現(xiàn)有研究成果,簡要分析凍脹的機理。根據(jù)呼和浩特市軌道交通1號線冬季在建的施工站點及區(qū)間的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),經(jīng)過大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,總結(jié)了在呼和浩特地區(qū)季節(jié)性低溫條件下凍脹融沉現(xiàn)象對于地層的影響規(guī)律,包括沉降測點凍脹融沉所引起的地表沉降與隆起以及凍融水位的變化。為后續(xù)1號線的工程施工以及后期的運營維護提供借鑒。

西安地處國內(nèi)地裂縫發(fā)育最強烈的汾渭盆地,地裂縫的活動性會造成地鐵隧道結(jié)構(gòu)扭曲及襯砌面開裂并影響地鐵的施工及安全運營,采用特殊材料制作幾何相似比常數(shù)為1∶20的地裂縫與地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用的隧道模型,通過對隧道模型結(jié)構(gòu)應力監(jiān)測數(shù)據(jù)與應力預測值進行對比分析揭示了地裂縫位錯作用下隧道的變形破壞規(guī)律,并建立了地鐵隧道結(jié)構(gòu)應力的預測模型.試驗結(jié)果表明:隨著地裂縫位錯量的增加,位于隧道結(jié)構(gòu)上部的地裂縫上盤壓力增加、下盤壓力減小,位于隧道結(jié)構(gòu)下部的上盤壓力迅速減小、下盤壓力持續(xù)增加;位于地裂縫下盤的隧道結(jié)構(gòu)上部整體受拉而下部整體受壓,位于地裂縫上盤的隧道結(jié)構(gòu)上部先受壓后受拉;位于地裂縫下盤的隧道結(jié)構(gòu)沿縱向發(fā)生向下的彎曲變形致使其環(huán)向應變表現(xiàn)為拱底受壓而拱頂和左右兩拱腰均受拉的受力特點;指數(shù)平滑法對初始觀測值的要求低且受異常值影響小可作為隧道結(jié)構(gòu)應力預測的首選方法,當應力值達到預警值時進行報警采取適當?shù)募庸檀胧┛杀ＷC地鐵隧道的正常施工與安全運營.

凍結(jié)施工是軟弱含水土層中施工的輔助方法之一,北京地鐵大北窯車站區(qū)間隧道水平凍結(jié)施工工程是我國首例隧道水平凍結(jié)施工。以該工程為原型工程,建立了一套以相似理論為基礎的物理模型試驗系統(tǒng),開展了凍結(jié)及凍融現(xiàn)象的試驗研究,對凍結(jié)與凍融過程中地表變形進行了分析研究,得出其變化規(guī)律和經(jīng)驗公式,可為以后的水平凍結(jié)施工技術(shù)的擴大應用提供部分理論依據(jù)和參考。

2009年第3期（總第89期）華東建工勘察1 凍結(jié)法工程施工中凍脹和融沉問題的分析與研究 徐敏生龔啟昌 上海市城市建設設計研究院 【提要】本文主要討論地下土木工程中使用凍結(jié)法施工引起的凍脹和融沉工程問題，從巖土工程的角 度介紹凍結(jié)土的形成及其工程力學性質(zhì)。較為全面的闡述凍結(jié)土的巖土工程設計及施工特點。 【關(guān)鍵詞】凍結(jié)土融沉凍漲措施工程力學性能 1凍結(jié)土的凍脹和融沉（問題）的產(chǎn)生 凍脹主要發(fā)生在砂性土、粉性土及黏性土中。粗砂礫粒類土不會出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象?？芸藠?等的著作中認為：在“不均勻的土粒（u＞15），d﹤0.02mm所占百分比﹥3％；很均勻的土粒 （u﹤5），d﹤0.02mm土粒所占百分比﹥10％”土

結(jié)合上海地鐵四號線修復工程,采用基于\"一線總線\"的凍結(jié)法溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行現(xiàn)場實時監(jiān)測,并依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),判別了凍結(jié)管是否漏鹽水以及完好隧道段凍土壁的封水效果,得出了凍土壁溫度場形成規(guī)律和積極凍結(jié)期結(jié)束時間,并分析了各施工工序?qū)鼋Y(jié)壁的溫度影響。

針對地鐵聯(lián)絡通道凍結(jié)施工時常面臨的凍脹過大且凍脹率較難測定的施工難題,依托杭州某復雜地層內(nèi)越江隧道聯(lián)絡通道凍結(jié)施工實例,采用數(shù)值分析不同假定凍脹率對凍土體內(nèi)力和主隧道變形的影響,通過凍土體內(nèi)力變化制定出凍土體的臨界凍脹率,同時對主隧道豎向變形進行監(jiān)測,并結(jié)合主隧道計算豎向變形反饋出實際凍脹率,最后根據(jù)實際凍脹率和臨界凍脹率的比較,采取相應施工措施。研究結(jié)果表明:此類地層聯(lián)絡通道凍結(jié)施工時,凍土體臨界凍脹率為2%,可采用可觀測的主隧道豎向變形監(jiān)測來反饋凍土體的實際凍脹狀態(tài),當凍結(jié)和暗挖階段主隧道豎向變形量分別小于7.5mm和4.88mm時,實際凍脹率為1%~2%,凍脹對凍結(jié)效果的影響尚在可控范圍內(nèi),故除常規(guī)泄壓孔減脹措施,無需再采用加強減脹措施。

上海地鐵隧道的變形及形變的因素有很多,包括地質(zhì)條件、地下水狀況、地表沉降、安保區(qū)違規(guī)施工等因素,均會對在建地鐵、運營地鐵產(chǎn)生一定影響.如果不能對地鐵隧道重點區(qū)間進行全天候?qū)崟r監(jiān)測,造成的后果難以估量.工程經(jīng)驗表明地鐵隧道一旦發(fā)生險情,將會造成巨大的災難和損失,民眾也會恐慌心理,對社會安定產(chǎn)生不良影響.該研究借助某工程施工監(jiān)測狀況進行了分析,對緊鄰基坑施工擾動影響的隧道變形進行了全面合理的動態(tài)監(jiān)測,主要使用設備為全站儀,可實現(xiàn)24h無人值守連續(xù)監(jiān)測,每次監(jiān)測均可在地鐵運行間隔內(nèi)完成要求.監(jiān)測數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)可為后期施工提供一定的理論參考依據(jù),為工程應用的順利實現(xiàn)打下良好的基礎.

為便于對地鐵引起的鄰近建筑物樓板的振動進行分析及預測,提出了簡化計算方法。將樓板簡化為單自由度體系,將地鐵引起的建筑物內(nèi)房間墻根的豎向振動加速度時程作為該單自由度體系的基底輸入,即可求得體系的加速度響應,將此近似作為該房間樓板中間的振動響應。對上海地鐵8#線引起沿線某六層磚混結(jié)構(gòu)的振動進行實測,并用沖擊法實測了樓板的自振頻率和阻尼比。用文中建議的簡化計算方法和有限元方法算得地鐵引起的樓板中間的振動并和實測結(jié)果進行對比,驗證了簡化算法的可行性。

城市地鐵聯(lián)絡通道通常位于區(qū)間隧道中部，線路最低處，聯(lián)絡通道通常與排水泵共同建設，并共同肩負隧道連接集排水和防火等任務。為減少聯(lián)絡通道的土方開挖量，同時，保障施工安全，聯(lián)絡通道處隧道間距最小，地表較為寬闊，在選線時，要充分考慮聯(lián)絡通道的土方量較小，但是由于其地質(zhì)環(huán)境較復雜，如果地下水位較高，可能存在流砂層等不利于施工的條件，施工難度增加。為此，文章以具體的工程案例，對地鐵隧道聯(lián)絡通道凍結(jié)法施工技術(shù)進行分析，希望為相關(guān)人員提供參考。

上海地鐵四號線修復工程中采用水平凍結(jié)法進行修復段隧道和已建完好隧道之間的暗挖貫通施工,取得圓滿成功。利用基于\"一線總線\"的凍結(jié)法溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行現(xiàn)場實時監(jiān)測。并依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),判別了凍結(jié)管是否漏鹽水以及完好隧道段凍土壁的封水效果,得出了凍土壁溫度場形成規(guī)律,計算出積極凍結(jié)期結(jié)束時間,分析了各施工工序?qū)鐾翂囟扔绊?。分析結(jié)果表明,溫度是判斷凍土壁特征的重要指標。通過合理布置溫度監(jiān)測點,采用信息化溫度監(jiān)測手段,掌握凍結(jié)壁發(fā)展的規(guī)律,可確保凍結(jié)法施工安全。

地鐵車站深基坑開挖變形由于所受影響的因素較多，因此難以預測?；谏罨幼冃我蛩氐娜斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡預測法對于非線性問題具有良好的模擬能力，恰能夠解決影響因素復雜的問題。本文結(jié)合實例分析了其實施與應用。