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浅谈冻结法在地铁联络通道施工中的应用

来源:www.linleyarts.com作者:发表时间:2019-10-24

    摘 要:地铁隧道对来自内部的灾害抵御能力差,狭小空间内,人员设备高度密集,若发生灾害,救援疏散困难,要在上下行隧 道之间设置联络通道,又称逃生通道,起连通、疏散乘客、隧道排水及防火消防作用。通道施工须进行地层加固,与常规地面加固 相比,冻结法加固具有安全可靠、经济合理、适应面广、封水性好、污染性小等优点。

    《地铁设计规范》中联络通道是指连接同一线路区间上下行的两个行车隧道的通道或门洞,在列车于区间遇火灾等灾害、事故停 运时,供乘客由事故隧道向无事故隧道安全疏散使用。通道规模不大,但技术难度大、工序复杂,地层加固处理不当易造成地面沉陷、 房屋坍塌甚至隧道失去使用功能。通道施工以地层加固为主。“隧 道内钻进,(近)水平孔冻结加固土体”适用于含一定水量的松散土 层,复杂水文地质如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压条件下仍有效可行。冻结法重点是控制冻结孔钻进、地层冻胀和融沉。

    1 联络通道及冻结加固范围
    联络通道由与隧道钢管片相连的喇叭口、水平通道或泵站构成,长约 14m。水平通道为直墙圆弧拱结构,开挖轮廓高约 5m,宽约4m;冻结加固范围为结构外 2m。

    2 施工顺序
    施工准备→冻结孔施工(同时冻结站安装:冻结制冷系统、盐水系统和监测系统)→管路连接、冻结系统调试→积极冻结→维护冻 结→冻结管割除、结构充填注浆→自然解冻、融沉注浆。

    3 冻结要求与孔位布置
   《福建省城市轨道交通工程联络通道冻结法技术规程》中冻结 壁是指用制冷技术在构筑物周围地层所形成的具有一定厚度和强 度的连续冻结岩土体。又称冻结帷幕或冻土墙。

    3.1 冻结要求。3.1.1 冻结壁厚度:喇叭口 1.7m,通道 2m;确保冻 结壁与管片完全胶结。冻结孔布置圈上,冻结壁与管片交接面温度 小于-5℃,其它部位冻结壁-10℃。积极冻结时间大于 45 天。

    3.1.2 低碳无缝钢管;冷冻排管、泄压孔滤水管 Φ45×3mm,冻结管、对穿孔管 Φ89×8mm,每米冷冻排管、冻结管散热量≥100kcal/h。 橡塑保温层厚度 5cm,导热系数≤0.04W/MK。

    3.1.3 地层及环境有 重大变化时,及时调整冻结壁厚度、温度及冻结时间。

    3.2 孔位布置。冻结孔冻结站侧 55 个,对侧 26 个;测温孔冻结 站侧 2 个,对侧 6 个,深 2~5.5m;泄压孔左、右线各 2 个,深 2m;对 穿孔 4 个。

    4 制冷系统
    冻结站设在一侧隧道内。配备两台冷冻机、盐水泵、清水泵,冷 冻机组运转性能良好后开机冷冻。

    4。1 管路连接、保温。在盐水、冷却水循环管路上设置伸缩接 头、阀门和测温仪、压力表、流量计。盐水管路经试漏、清洗后包保温层,塑料薄膜包扎。集配液管与冻结管用高压胶管连接,每组冻结管进出口各装阀门一个。通道四周冻结管每 4 个串联一组,其他冻 结管每 5~6 个串联一组,分别接入集配液管。两侧管片内侧安装保 温板,用胶水密贴在管片上,板材搭接不小于 15cm;冻结壁附近管 片内侧敷设保温层至冻结壁边界外 2m。

     4。2 溶解氯化钙和充氟加油。氯化钙溶液比重 1。25~1。27。管道 内充满清水,盐水箱充一半清水,在有过滤装置的箱内溶解氯化钙, 边循环边化氯化钙,至浓度达到要求。进行制冷系统检漏和氮气冲 洗,确保系统无渗漏后,抽真空,充氟加油。

    5 冻结孔施工
    5.1 施工工序。定位开孔→孔口管安装→孔口装置安装→钻 孔→测量→封闭孔底部→打压试验。5.1.1 定位开孔:全站仪定孔位。

     (1)混凝土管片:Φ130mm开孔,25cm时停钻,安装孔口管。
     (2)钢 管片:焊好孔口管,管上接好闸阀和孔口装置,通过孔口装置切割钢 管片。5.1.2 孔口管安装:将孔口处凿平,安装膨胀螺丝;鱼鳞扣上缠 好麻丝砸入孔内;膨胀螺丝上紧,装上闸阀;闸阀打开,从闸阀Φ108mm二次开孔;管片钻穿后涌砂,闸门及时关闭。

    5.1.3 孔口装 置安装:装置安在闸阀上,加好密封垫片。
    5.1.4 钻孔:调整好钻机, 孔口装置接上阀门,将盘根轻压在盘根盒内;通过孔口装置干式钻进,不进尺时从钻机上注水,打开小阀门,观察出水出砂情况,用阀 门控制出浆量,确保地面不出现沉降。 
 
6号彩票平台     5.1.5 封闭孔底部:丝堵下到 孔底,反扣在卸扣同时,将丝堵上紧。

    5.1.6 打压试验:封闭孔口,手 压泵打水到孔内,至 0.8Mpa 且大于盐水压力 1.5 倍时,停止打压, 关好阀门,观测 30 分钟压力无变化为合格。

    5.2 钻杆(冻结管)。
    管材耐压大于 0.8Mpa 且大于盐水压力 1.5倍。钻杆丝扣连接后焊接,确保同心度和焊接强度,接头抗压强度 大于母管的 75%,满足设计深度后密封头部。
     5.3 冻结孔钻进。
     5.3.1 孔位误差小于 10cm,避开管片接缝、螺 栓、主筋和钢管片肋板;根据测斜情况,孔位适当调整。
     5.3.2 压紧孔 口密封装置,打开孔口阀门钻进。
     5.3.3 钻进前 2m时,反复校核冻结管方向,确保无问题。
     5.3.4 冻结孔最大允许偏斜 15cm,调整角度与 参数及时纠偏,超出要求须补孔。
     5.3.5 每孔土体流失量应小于该孔 体积,结合地表沉降监测注浆。
     5.3.6 成孔后进行孔口注浆,拆除孔 口密封装置。
     5.3.7 打透孔复核预留口位置,若误差大于 10cm,孔位 进行调整。
     5.3.8 冻结孔有效深度应满足要求;冻结管管头碰到对侧 管片的,不能循环盐水的管头长度小于 15cm。

     5。4 钻孔偏斜控制。确定通道两侧实际与设计中心坐标的偏值, 参数相应调整;钻头直径略大于钻杆直径;钻机较设计倾角上仰0。1°~0。5°。保持主动钻杆轴线与通道轴线平行。

     5.5 预防钻孔涌砂冒水
     准备好注浆材料及设备,用 Φ38mm钻孔检查地层稳定性,如 严重涌砂冒水,及时堵漏。开孔后,安装带填料密封盒的孔口管;通 过旁路阀防止孔口喷砂;若出现涌砂,通过旁路阀注浆。为防止打 钻时砂土涌出,在回流旁路上增压或关闭旁路阀;无法钻进时,打开阀门泄压,再关闭阀门,反复进行,使孔内保持一定压力,保证孔壁稳定。

    5.6 冻结器安装
    5.6.1 安装前,先配管;复测冻结孔深度,测斜并绘制钻孔偏斜 图。
    5.6.2 下好冻结管后长度复测,进行打压试验。上仰孔,安装供液 管后打压或延长稳压时间。
    5.6.3 冻结管内下供液管,液管底端连接0.2m支架,再焊接端盖和去、回路羊角。
    5.6.4 冻结管安完后,截去露 出管片的孔口管,用堵漏材料密封冻结管与管片、孔口管的间隙。
    5.6.5 沿冻结站对侧隧道上沿,通道外围冻结壁敷设 5~6 排冷冻排管,间距为 40~50cm;排管敷设密贴管片。

    6 积极冻结 冻结时间根据实际效果调整。盐水降温按预计降温曲线进行。 冻结孔单孔流量大于 5m3
/h;冻结 7 天盐水温度降至-18℃以下,15 天降至-24℃以下,开挖时降至-28℃,去、回路温差小于 2℃。 如盐水温度和流量达不到要求,延长冻结时间。冻结时,冻结区附 近 200m内无降水且区内无集中水流。根据测温判断冻结壁交圈并满足设计厚度后打探孔,确认土层无压力后开挖。
    7 维护冻结
    从开挖到结构层完成,盐水温度低于 - 28℃,去回路温差小于 2℃。冻结过程中,确保冻结系统运转正常,及时分析冻结壁温度变化。

    8 冻结施工监测
    8.1 冻结孔监测 偏斜监测用经纬仪或测斜仪。冻结器密封性能监测用管内注 水,手动试压泵加压试漏,每孔监测 1 次。
    8.2 温度流量监测。
    8.2.1 每个测温孔内布设 3~4 个测点;冻结 开机后,监测每天 1 次。
    8.2.2 盐水干管上安装热电偶传感器测量 去、回路盐水温度。关键冻结管头部焊测温插座,安装热电偶温度传感器测量盐水回路温度。系统总流量开冻时测量,其他温度与流 量每天 1 次。
    8.2.3 制冷系统和冷却水循环以及冻结壁温度用点温 仪结合精密水银温度计监测,每天 1 次。8.2.4 冻结系统及冻结壁温 度监测,自冻结运转至停冻。
    8.3 压力监测。泄压孔一侧安装压力表。开机冻结时监测,开挖 前停止,每天 1 次,冻胀上涨期间每天2次。制冷、盐水系统工作压
6号彩票平台 力用氨用、通用压力表测量,每天1次。

    9 冻胀、融沉控制措施
    9.1 管片靠近喇叭口侧敷设保温层。减小冻结孔与对侧管片距 离,小开孔距、较低盐水温度、较大盐水流量。

    9.2 泄压孔内滤管不包纱网,冻胀引起地层压缩时,土体从泄压 孔排出。
    9.3 积极冻结时,孔内水压增加,打开阀门卸压。

    9。4 通过监测冻结过程中管片变形,及时调整冻结参数。调整盐 水流量和温度,控制冻结壁厚度在设计值附近。

6号彩票平台    9。5 停止冻结后,自然解冻融沉注浆。在通道底板、两侧、顶部中 预埋注浆孔;必要时在管片上钻孔,化冻时进行注浆补偿。 冻结加固在隧道内进行,施工场地狭小,涉及钻孔、冻结工序, 难度大、风险高;通过每孔布设孔口管、安装孔口密封装置及监测 冻结地层温度、地层沉降变形、隧道变形,及时调整施工工艺,才能 确保工程的顺利实施,进一步加快城市轨道交通工程建设。

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