论文部分内容阅读
摘要：冻结法施工在城市地铁中属于一种经常运用到的施工方法。地表会因为这种施工方法在作业过程中的土层冻胀反应从而上升，再在冻土解冻时因为这种反复的热胀冷缩出现融沉，导致地表发生沉降。这种情况的发生会对地表以及地表周围的建筑产生不良影响。本文从对冻结法施工中隧道及地表出现的上升与下沉现象以及在地层解冻过程中导致的地表沉降现象进行分析，获取沉降规律。再根据沉降的规律对施工的过程提出合理的改进意见。
关键字：冻结法施工；地铁旁通道；隧道沉降；地表沉降
中图分类号：TU472.9 文献标识码：A
引言：由于城市地面的建筑排列拥挤，地表浅层中的线路管道结构较为复杂，因此在隧道施工时造成了极大的不便。尤其是建筑地铁隧道的地层一般属于松软湿润的地层，其土质的稳定性较差，所以在地铁隧道的施工过程中，我们往往采用行之有效的冻结施工法进行作业。被冻结后的土层具有稳定安全、封水性好的优点，因此对于施工的过程是极其有利的。但是由于在城市当中，使用传统的垂直钻孔冻结法很不方便，因此一般在建造地铁时，最好的方法就是水平冻结的方法。但是，由于采用冻结法施工地铁旁通道往往会引起地表周围及隧道沉降的状况，如果沉降的情况比较严重的话，可能还会导致旁通道周围的隧道发生不均匀沉降。这样的沉降会使得通道破裂，如果严重的话还会引起地表建筑开裂倾斜，对于地表浅层的电线管道都会产生不良影响。
1 .旁通道的施工流程
从图1中我们可以简单地了解到旁通道施工的主要流程。在地铁旁通道的施工过程中，一般遵循这样一个原则：隧道内水平冻结加固土体，再使用矿山法构筑隧道。即用水平孔和部分倾斜孔在土层时进行加固，然后再在隧道的开掘当中使用矿山法挖建通道。在冻土墙的保护下进行完通道及集水井的开挖作业之后，再对其进行充填注浆和融沉注漿。这两个步骤均是在隧道内进行的。
2 .冻土法施工后的冻胀现象
如图2所示，一般我们运用图中几种冻结法来进行隧道工程的施工。在土层被完全冻结之后，我们就可以进行隧道的挖掘工作了。在地下隧道的施工结束之后，通常是采用自然或人工解冻的方法进行解冻。由于在标准大气压下，结成冰的水，体积会增大9%。在土层的裂隙当中，被水冻结结成的冰填充，同时未冻结的水分不断向地表的峰面移动，致使土地表层隆起膨胀，这种现象就是造成地表上升的原因，简称冻胀。
3 .几种隧道及地表沉降分析
在调查时，我们为了研究隧道及地表的沉降规律，选取了一个进行施工的隧道，对其施工过程中产生的现象进行研究。其施工日期从去年3月25号开始，一直到今年1月15号结束。
3.1 打钻引起的隧道沉降
在作为调查研究的施工隧道中，其施工时的打钻方法采用的是钻机钻进法和夯管法相结合的方法。由于该工程是向地层中打入了72根直径89 mm，长度为8mm的冻结管，使得在打钻过程中的隧道整体向上抬升。由于该通道施工的地质为砂质粉土地质，打钻对于地层的影响较大，产生了较大的沉降。
3.2 地层冻胀引起的隧道沉降
在施工的过程中，5月2号是开机冻结的日子。这一天的隧道土层情况表现为整体抬升，由于土层的冻胀，最大的抬升量达到了5mm。此外，在打钻的过程中形成的某些沉降现象与冻结产生的冻胀作用之间产生了相互抵消的由于冻胀作用导致的隧道抬升抵消了部分由于打钻引起的沉降效果，这种现象在整体上对于控制隧道的最终沉降是有帮助作用的。
3.3 开挖引起的隧道沉降
对旁通道的挖掘工作从6月21号开始进行，一直到7月15号对于隧道的整体结构有了一个完整的构型，并且在这一天关闭了冷冻机。开挖的过程中，隧道没有明显的沉降变化，土层比较稳定。在这一过程中之所以沉降的变化不明显，是由于冻土的稳定性强、冻壁厚度大，因此开挖时对于冻壁的影响较小，隧道的沉降现象不明显。
3.4 冻壁融化引起的隧道沉降
从7月15日完整构型并且关闭冷冻机开始，之后的阶段就是冻土的自然解冻阶段，我们在冻壁的融化的同时要进行对其的充填注浆以及融沉注浆。这一过程一直持续到了今年的1月15号。在冻壁融化的这一个阶段里，起初关闭冷冻机的一个月里隧道沉降现象最为明显，最大的沉降高度达到了4mm，然后在接下来的时间内，沉降现象就不是很明显了，比较缓慢。在整个工程结束的最后一次测量里，最终的沉降高度为7mm左右。这一过程的原因是在结构浇筑刚完成后的一段时间内，水泥在水化时的热作用释放出大量热能迫使冻壁快速融解。这时由于温度的急剧上升，土层的强度大幅降低，这就导致了最初的一个月内有明显的沉降现象。后期的融化速度较慢，且由于融沉注浆的工作不断进行，因此隧道进行平缓的沉降作用。并且我们还从工程中发现，隧道的沉降是以隧道轴线方向为对称轴进行中心分布的。
4.地表沉降情况
从观察来看，地表的沉降是与隧道的沉降规律相类似的，但是在沉降的具体过程上还是小有差别。在打钻阶段，地表有极其轻微的抬升，高度非常小，可以忽略不计。在打钻完成到开启冷冻机的这一段时间内，施工对于地层的作用是十分明显的，最大沉降量达到了4 mm。以上阶段与隧道沉降规律基本一致，但是与隧道沉降现象开始产生差别的时间段是开机冻结的过程。此时的隧道是有明显变化的，然后地表没有冻胀的现象，地表的稳定状态一致保持到了隧道构架成型之后。在隧道结构完成后的一个月内，地表出现了明显的沉降，情况十分严重，达到了13mm的沉降。在冻壁融化阶段的后期，与隧道一致，没有发生明显的沉降现象。据观察发现，整个施工过程离旁通道越近的地表发生的沉降越明显，而距离越远的地表就基本不会有沉降作用。
5. 沉降规律及施工建议
（1）在利用冻结法施工地铁旁通道的过程中，隧道以及地表的沉降，都有同一个规律，即距离旁通道越近的地区，沉降现象就越大，反之越小。因此，我们在解冻后期对土层进行融沉注浆时，应强化注浆距离较近的区域，这样就可以有效地减少隧道以及地表的最终沉降。
（2）施工过程的初期打钻阶段，隧道和地表的变化趋势均是向上抬升的。在打钻完成至开机冻结之前的阶段内，隧道和地表的变化都表现为沉降，并且速度较快，变化很明显。尤其是这一阶段的隧道沉降，比地表沉降的现象更为严重。由此可见，对于沉降的影响最大的是在进行打钻时引起的地层扰动。因此我们可以在打钻阶段，对其进行及时的注浆固管，且尽可能早地进行及时的开机冻结工作，可以与地层由于受扰动造成的沉降做出相抵消的作用。
（3）与隧道在受到冻胀之后向上的抬升作用不同的是地表的沉降基本没有受到影响。由于冻壁的支护作用，在隧道挖掘阶段，两者的沉降现象均没有发生，比较稳定。但是在主体结构完成之后的一个月的时间内，隧道及地表的沉降都比较明显，地表尤其明显。这就要求我们在工程比较稳定的情况下，尽可能早地进行融沉注浆，这样就可以有效地减小这一阶段的沉降。
（4）施工即将完成的后期，隧道与地表的变化都不是很明显，比较稳定，主要是因为后期的注浆起到了明显的作用。因此，旁通道主体结构完成之后的融沉注浆也是非常重要的。
6 .结束语
本文的分析研究主要是从时间以及空间上进行展开的，通过对隧道以及地表的变化现象的规律作出了总结。同时，对于我们研究出来的沉降规律提出了几个在减小沉降上的有效建议，以便对于冻结法施工地铁旁通道的作业起到一定的指向作用。
参考文献
[1] 岳丰田，张水宾，李文勇，黄海滨.地铁联络通道冻结加固融沉注浆研究[J]. 岩土力学,2008,29(8):2283～2286
[2] 刘艳滨.地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术[ J] .铁道建筑技术,2004(3): 6-10.
[3] 王晖，竺维彬.软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研[J]. 现代隧道技术,2004,41(3):17～21
关键字：冻结法施工；地铁旁通道；隧道沉降；地表沉降
中图分类号：TU472.9 文献标识码：A
引言：由于城市地面的建筑排列拥挤，地表浅层中的线路管道结构较为复杂，因此在隧道施工时造成了极大的不便。尤其是建筑地铁隧道的地层一般属于松软湿润的地层，其土质的稳定性较差，所以在地铁隧道的施工过程中，我们往往采用行之有效的冻结施工法进行作业。被冻结后的土层具有稳定安全、封水性好的优点，因此对于施工的过程是极其有利的。但是由于在城市当中，使用传统的垂直钻孔冻结法很不方便，因此一般在建造地铁时，最好的方法就是水平冻结的方法。但是，由于采用冻结法施工地铁旁通道往往会引起地表周围及隧道沉降的状况，如果沉降的情况比较严重的话，可能还会导致旁通道周围的隧道发生不均匀沉降。这样的沉降会使得通道破裂，如果严重的话还会引起地表建筑开裂倾斜，对于地表浅层的电线管道都会产生不良影响。
1 .旁通道的施工流程
从图1中我们可以简单地了解到旁通道施工的主要流程。在地铁旁通道的施工过程中，一般遵循这样一个原则：隧道内水平冻结加固土体，再使用矿山法构筑隧道。即用水平孔和部分倾斜孔在土层时进行加固，然后再在隧道的开掘当中使用矿山法挖建通道。在冻土墙的保护下进行完通道及集水井的开挖作业之后，再对其进行充填注浆和融沉注漿。这两个步骤均是在隧道内进行的。
2 .冻土法施工后的冻胀现象
如图2所示，一般我们运用图中几种冻结法来进行隧道工程的施工。在土层被完全冻结之后，我们就可以进行隧道的挖掘工作了。在地下隧道的施工结束之后，通常是采用自然或人工解冻的方法进行解冻。由于在标准大气压下，结成冰的水，体积会增大9%。在土层的裂隙当中，被水冻结结成的冰填充，同时未冻结的水分不断向地表的峰面移动，致使土地表层隆起膨胀，这种现象就是造成地表上升的原因，简称冻胀。
3 .几种隧道及地表沉降分析
在调查时，我们为了研究隧道及地表的沉降规律，选取了一个进行施工的隧道，对其施工过程中产生的现象进行研究。其施工日期从去年3月25号开始，一直到今年1月15号结束。
3.1 打钻引起的隧道沉降
在作为调查研究的施工隧道中，其施工时的打钻方法采用的是钻机钻进法和夯管法相结合的方法。由于该工程是向地层中打入了72根直径89 mm，长度为8mm的冻结管，使得在打钻过程中的隧道整体向上抬升。由于该通道施工的地质为砂质粉土地质，打钻对于地层的影响较大，产生了较大的沉降。
3.2 地层冻胀引起的隧道沉降
在施工的过程中，5月2号是开机冻结的日子。这一天的隧道土层情况表现为整体抬升，由于土层的冻胀，最大的抬升量达到了5mm。此外，在打钻的过程中形成的某些沉降现象与冻结产生的冻胀作用之间产生了相互抵消的由于冻胀作用导致的隧道抬升抵消了部分由于打钻引起的沉降效果，这种现象在整体上对于控制隧道的最终沉降是有帮助作用的。
3.3 开挖引起的隧道沉降
对旁通道的挖掘工作从6月21号开始进行，一直到7月15号对于隧道的整体结构有了一个完整的构型，并且在这一天关闭了冷冻机。开挖的过程中，隧道没有明显的沉降变化，土层比较稳定。在这一过程中之所以沉降的变化不明显，是由于冻土的稳定性强、冻壁厚度大，因此开挖时对于冻壁的影响较小，隧道的沉降现象不明显。
3.4 冻壁融化引起的隧道沉降
从7月15日完整构型并且关闭冷冻机开始，之后的阶段就是冻土的自然解冻阶段，我们在冻壁的融化的同时要进行对其的充填注浆以及融沉注浆。这一过程一直持续到了今年的1月15号。在冻壁融化的这一个阶段里，起初关闭冷冻机的一个月里隧道沉降现象最为明显，最大的沉降高度达到了4mm，然后在接下来的时间内，沉降现象就不是很明显了，比较缓慢。在整个工程结束的最后一次测量里，最终的沉降高度为7mm左右。这一过程的原因是在结构浇筑刚完成后的一段时间内，水泥在水化时的热作用释放出大量热能迫使冻壁快速融解。这时由于温度的急剧上升，土层的强度大幅降低，这就导致了最初的一个月内有明显的沉降现象。后期的融化速度较慢，且由于融沉注浆的工作不断进行，因此隧道进行平缓的沉降作用。并且我们还从工程中发现，隧道的沉降是以隧道轴线方向为对称轴进行中心分布的。
4.地表沉降情况
从观察来看，地表的沉降是与隧道的沉降规律相类似的，但是在沉降的具体过程上还是小有差别。在打钻阶段，地表有极其轻微的抬升，高度非常小，可以忽略不计。在打钻完成到开启冷冻机的这一段时间内，施工对于地层的作用是十分明显的，最大沉降量达到了4 mm。以上阶段与隧道沉降规律基本一致，但是与隧道沉降现象开始产生差别的时间段是开机冻结的过程。此时的隧道是有明显变化的，然后地表没有冻胀的现象，地表的稳定状态一致保持到了隧道构架成型之后。在隧道结构完成后的一个月内，地表出现了明显的沉降，情况十分严重，达到了13mm的沉降。在冻壁融化阶段的后期，与隧道一致，没有发生明显的沉降现象。据观察发现，整个施工过程离旁通道越近的地表发生的沉降越明显，而距离越远的地表就基本不会有沉降作用。
5. 沉降规律及施工建议
（1）在利用冻结法施工地铁旁通道的过程中，隧道以及地表的沉降，都有同一个规律，即距离旁通道越近的地区，沉降现象就越大，反之越小。因此，我们在解冻后期对土层进行融沉注浆时，应强化注浆距离较近的区域，这样就可以有效地减少隧道以及地表的最终沉降。
（2）施工过程的初期打钻阶段，隧道和地表的变化趋势均是向上抬升的。在打钻完成至开机冻结之前的阶段内，隧道和地表的变化都表现为沉降，并且速度较快，变化很明显。尤其是这一阶段的隧道沉降，比地表沉降的现象更为严重。由此可见，对于沉降的影响最大的是在进行打钻时引起的地层扰动。因此我们可以在打钻阶段，对其进行及时的注浆固管，且尽可能早地进行及时的开机冻结工作，可以与地层由于受扰动造成的沉降做出相抵消的作用。
（3）与隧道在受到冻胀之后向上的抬升作用不同的是地表的沉降基本没有受到影响。由于冻壁的支护作用，在隧道挖掘阶段，两者的沉降现象均没有发生，比较稳定。但是在主体结构完成之后的一个月的时间内，隧道及地表的沉降都比较明显，地表尤其明显。这就要求我们在工程比较稳定的情况下，尽可能早地进行融沉注浆，这样就可以有效地减小这一阶段的沉降。
（4）施工即将完成的后期，隧道与地表的变化都不是很明显，比较稳定，主要是因为后期的注浆起到了明显的作用。因此，旁通道主体结构完成之后的融沉注浆也是非常重要的。
6 .结束语
本文的分析研究主要是从时间以及空间上进行展开的，通过对隧道以及地表的变化现象的规律作出了总结。同时，对于我们研究出来的沉降规律提出了几个在减小沉降上的有效建议，以便对于冻结法施工地铁旁通道的作业起到一定的指向作用。
参考文献
[1] 岳丰田，张水宾，李文勇，黄海滨.地铁联络通道冻结加固融沉注浆研究[J]. 岩土力学,2008,29(8):2283～2286
[2] 刘艳滨.地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术[ J] .铁道建筑技术,2004(3): 6-10.
[3] 王晖，竺维彬.软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研[J]. 现代隧道技术,2004,41(3):17～21