论文部分内容阅读
【摘 要】地铁车站在地墙接縫加固的施工对于地铁整个建设的安全性非常重要，目前在施工中采用的主要方法是冻结法，本文针对施工中的施工特点以及冻结法的施工工艺进行了详细的分析，供相关的技术人员和管理人员参考。
【关键词】冻结法；地铁车站；接缝加固
一、前言
地铁车站在地墙施工的过程中，常常的会使用冻结法进行加固，目的是保证地铁车站的安全性，无疑采冷冻法有诸多的好处，但是在施工的过程中也需要注意很多问题，本文针对该问题进行了详细的分析。
二、井壁受到复杂外力作用
由于粘土层的物理性质为遇水膨胀，受冻膨胀，暴露时间愈长膨胀体积愈大，冻结状态下强度不如砂层高，但蠕变变形大，使得粘土层段外壁受的压力增长快，数值大。此外，砂层和粘土层交接处是应力和压力突变区，井壁受力最为不利。当井筒施工由砂层进入到粘土层中时，井壁就会受到剪切、弯曲及径向压力等复杂外力的作用，使井壁容易产生破坏。
1.冻结时间短，井帮温度不均匀：井筒掘进到130m时，仅冻结100天，同时由于辅助孔的影响，局部井帮温度过低，致使井帮四周粘土层冻结壁蠕变变形能力不一致，使得外壁所受荷载不均匀，造成井壁容易破坏。
2.供冷量不足，冻土融化：由于井帮温度不同，而混凝土入模温度及硬化过程中产生的水化热是均匀一致的，因此使井帮冻土融化范围产生差异；由于冻结冷量不足，仅能维持冻结壁自身平衡和缓慢扩展，不能满足井帮融化土再次冻结所需的冷量，造成井壁不同位置所承受由融土自重产生的压力不同，在井壁薄弱部位出现裂纹或裂隙。
3.掘进速度过快，掘进段高大：井筒掘进速度过快，导致冻结时间过短，冻结跟不上掘进的需要。另外，掘进段高也偏大，段高为4m。而较大的掘进段高只有在冻结壁状态良好，井帮温度较低的情况下才适应。
三、冻结孔布置及制冷设计
1.冻结孔的布置：根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在旁通道和泵站的四周；在通道下部布置一排冻结孔，加强通道冻结效果，把泵站和通道分为两个独立的冻结区域，按施工图纸布置冻结孔。
2.制冷设计：冻结参数确定。（1）设计盐水温度为-25℃～-30℃；开挖时盐水温度降到-28℃以下。（2）冻结孔最大允许偏差150mm，冻结帷幕交圈时间为18天，达到设计厚度时间为40天。（3）积极冻结达到开挖时间为40天，维护冻结时间为30天。
需冷量计算和冷冻机选型。冻结需冷量由下式计算：Q=1.3·π·d·H·K= 1.3·π·d·H·K =95408Kcal/h
式中：H—冻结总长度；
d—冻结管直径；0.089m
K—冻结管散热系数；250 Kcal/h·㎡
选用JYSLGF300Ⅱ型螺杆机组二台套（一台备用），设计2台机组工况制冷量单台为87500 Kcal/h，单台电机功率125KW。
冻结系统辅助设备。（1）盐水泵选用IS150-125～315型3台，流量200m?/h，一台备用。
（2）冷却水泵选用IS125-100～250C型3台，流量120m?/h，一台备用。
（3）冷却塔选用KST-80RT型2台，补充新鲜水15m?/h。
3.管路选择：（1）冻结管采用20#（Q235B）钢材的Ф89×8mm的低碳无缝钢管。冻结管耐压不低于0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。冻结管接头抗压强度不低于母管的75%。丝扣连接，单根长度1～2m。
（2）冻结站对侧隧道上沿通道外围冻结壁敷设6排冷冻排管，排管间距为400mm；冷冻排管采用φ38×4无缝钢管。排管敷设应密贴隧道管片，排管外应用保温板密封。（3）测温孔管选用Φ50×4mm，20#低碳无缝钢管。
（4）供液管选用φ50×4钢管，采用焊接连接。（5）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6mm无缝钢管。（6）冷却水管选用Φ114×4.5mm供水钢管。
四、冻结孔施工和安装
1.冻结孔施工：冻结孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口装置安装→钻孔→测量→封闭孔底部→打压试验。对每个冻结孔根据设计图纸进行方位角的复测校核，然后进行开孔及孔口管安装。
（1）钻孔：按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，并将盘根轻压在盘根盒内，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量。（2）封闭孔底部：用丝堵封闭好孔底部，利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。（3）打压试验：封闭好孔口用手压泵打水到孔内，压力达到0.8MPa时，停止打压，关好闸门，观测压力的变化，30分钟内压力无变化为合格。
2.冷冻安装：冻结站布置与设备安装。将冻结站设置在隧道内，占地面积约90～110平方米，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试组件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。旁通道周主冻结孔每两个一串联，其它冻结孔每三个一串联。考虑两侧喇叭口冻结的效果以及管片的散热，对上下行线隧道管片内侧安装冷冻板，来加强冻结。
五、积极冻结与维护冻结
1.积极冻结：设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等状态参数，使设备在其要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。 2.试挖与维护冻结：在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，以及保证旁通道的开挖安全，不提高盐水温度，进入维护冻结，盐水温度仍保持在-25℃～-30℃。水平冻结加固技术是一项安全性好、可靠性高的含水软土地层加固新技术。该技术在隧道内进行，无需占用施工场地，为城市地下建设提供了新的施工方法。工程冻胀、融沉等诸多可控制技术，使冻结加固技术的优越性在含水软土地层条件下的城市建设中得到充分利用。并且利用地表、地铁隧道的变形监测数据及其它信息指导、调整各环节的施工工艺在城市繁华地区内施工尤其重要。
六、开挖与构筑方案
旁通道开挖构筑施工占用一侧隧道，在旁通道开口处搭设工作平台，利用隧道作为排渣及材料运输通道。经探孔试挖确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后根据“新奥法”的基本原理，进行暗挖施工。
1.臨时支护：临时支护采用型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0.5m，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；矩形钢支架用于泵站，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。考虑开挖面与木背板之间的空隙，背板后应采用黄砂或砂浆充填密实。待通道开挖贯通后，钢支架挂网喷射混凝土进行临时支护。
2.永久支护：永久支护为结构设计中的钢筋砼结构，为减少砼施工接缝，旁通道开挖及临时支护完成后，一次连续进行浇筑施工。
七、结束语
总之，在进行冻结法进行地铁地墙的接缝的加固过程中，首先需要确定是什么原因导致地墙在施工过程中缠身的不稳固，随后采取相应的解决措施，在施工的过程中需要注意液氮以及施工的安全问题。
参考文献：
[1] 袁聚云.土工试验与原理[M].上海：同济大学出版社.2003.
[2] 崔托维奇 H.A.冻土力学[M].北京：科学出版社.1985.
[3] 李昆，王长生，陈湘生.三轴试验中深部冻土固结问题[J].冰川冻土.1993.15（2）：322-324.
【关键词】冻结法；地铁车站；接缝加固
一、前言
地铁车站在地墙施工的过程中，常常的会使用冻结法进行加固，目的是保证地铁车站的安全性，无疑采冷冻法有诸多的好处，但是在施工的过程中也需要注意很多问题，本文针对该问题进行了详细的分析。
二、井壁受到复杂外力作用
由于粘土层的物理性质为遇水膨胀，受冻膨胀，暴露时间愈长膨胀体积愈大，冻结状态下强度不如砂层高，但蠕变变形大，使得粘土层段外壁受的压力增长快，数值大。此外，砂层和粘土层交接处是应力和压力突变区，井壁受力最为不利。当井筒施工由砂层进入到粘土层中时，井壁就会受到剪切、弯曲及径向压力等复杂外力的作用，使井壁容易产生破坏。
1.冻结时间短，井帮温度不均匀：井筒掘进到130m时，仅冻结100天，同时由于辅助孔的影响，局部井帮温度过低，致使井帮四周粘土层冻结壁蠕变变形能力不一致，使得外壁所受荷载不均匀，造成井壁容易破坏。
2.供冷量不足，冻土融化：由于井帮温度不同，而混凝土入模温度及硬化过程中产生的水化热是均匀一致的，因此使井帮冻土融化范围产生差异；由于冻结冷量不足，仅能维持冻结壁自身平衡和缓慢扩展，不能满足井帮融化土再次冻结所需的冷量，造成井壁不同位置所承受由融土自重产生的压力不同，在井壁薄弱部位出现裂纹或裂隙。
3.掘进速度过快，掘进段高大：井筒掘进速度过快，导致冻结时间过短，冻结跟不上掘进的需要。另外，掘进段高也偏大，段高为4m。而较大的掘进段高只有在冻结壁状态良好，井帮温度较低的情况下才适应。
三、冻结孔布置及制冷设计
1.冻结孔的布置：根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在旁通道和泵站的四周；在通道下部布置一排冻结孔，加强通道冻结效果，把泵站和通道分为两个独立的冻结区域，按施工图纸布置冻结孔。
2.制冷设计：冻结参数确定。（1）设计盐水温度为-25℃～-30℃；开挖时盐水温度降到-28℃以下。（2）冻结孔最大允许偏差150mm，冻结帷幕交圈时间为18天，达到设计厚度时间为40天。（3）积极冻结达到开挖时间为40天，维护冻结时间为30天。
需冷量计算和冷冻机选型。冻结需冷量由下式计算：Q=1.3·π·d·H·K= 1.3·π·d·H·K =95408Kcal/h
式中：H—冻结总长度；
d—冻结管直径；0.089m
K—冻结管散热系数；250 Kcal/h·㎡
选用JYSLGF300Ⅱ型螺杆机组二台套（一台备用），设计2台机组工况制冷量单台为87500 Kcal/h，单台电机功率125KW。
冻结系统辅助设备。（1）盐水泵选用IS150-125～315型3台，流量200m?/h，一台备用。
（2）冷却水泵选用IS125-100～250C型3台，流量120m?/h，一台备用。
（3）冷却塔选用KST-80RT型2台，补充新鲜水15m?/h。
3.管路选择：（1）冻结管采用20#（Q235B）钢材的Ф89×8mm的低碳无缝钢管。冻结管耐压不低于0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。冻结管接头抗压强度不低于母管的75%。丝扣连接，单根长度1～2m。
（2）冻结站对侧隧道上沿通道外围冻结壁敷设6排冷冻排管，排管间距为400mm；冷冻排管采用φ38×4无缝钢管。排管敷设应密贴隧道管片，排管外应用保温板密封。（3）测温孔管选用Φ50×4mm，20#低碳无缝钢管。
（4）供液管选用φ50×4钢管，采用焊接连接。（5）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6mm无缝钢管。（6）冷却水管选用Φ114×4.5mm供水钢管。
四、冻结孔施工和安装
1.冻结孔施工：冻结孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口装置安装→钻孔→测量→封闭孔底部→打压试验。对每个冻结孔根据设计图纸进行方位角的复测校核，然后进行开孔及孔口管安装。
（1）钻孔：按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，并将盘根轻压在盘根盒内，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量。（2）封闭孔底部：用丝堵封闭好孔底部，利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。（3）打压试验：封闭好孔口用手压泵打水到孔内，压力达到0.8MPa时，停止打压，关好闸门，观测压力的变化，30分钟内压力无变化为合格。
2.冷冻安装：冻结站布置与设备安装。将冻结站设置在隧道内，占地面积约90～110平方米，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试组件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。旁通道周主冻结孔每两个一串联，其它冻结孔每三个一串联。考虑两侧喇叭口冻结的效果以及管片的散热，对上下行线隧道管片内侧安装冷冻板，来加强冻结。
五、积极冻结与维护冻结
1.积极冻结：设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等状态参数，使设备在其要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。 2.试挖与维护冻结：在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，以及保证旁通道的开挖安全，不提高盐水温度，进入维护冻结，盐水温度仍保持在-25℃～-30℃。水平冻结加固技术是一项安全性好、可靠性高的含水软土地层加固新技术。该技术在隧道内进行，无需占用施工场地，为城市地下建设提供了新的施工方法。工程冻胀、融沉等诸多可控制技术，使冻结加固技术的优越性在含水软土地层条件下的城市建设中得到充分利用。并且利用地表、地铁隧道的变形监测数据及其它信息指导、调整各环节的施工工艺在城市繁华地区内施工尤其重要。
六、开挖与构筑方案
旁通道开挖构筑施工占用一侧隧道，在旁通道开口处搭设工作平台，利用隧道作为排渣及材料运输通道。经探孔试挖确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后根据“新奥法”的基本原理，进行暗挖施工。
1.臨时支护：临时支护采用型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0.5m，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；矩形钢支架用于泵站，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。考虑开挖面与木背板之间的空隙，背板后应采用黄砂或砂浆充填密实。待通道开挖贯通后，钢支架挂网喷射混凝土进行临时支护。
2.永久支护：永久支护为结构设计中的钢筋砼结构，为减少砼施工接缝，旁通道开挖及临时支护完成后，一次连续进行浇筑施工。
七、结束语
总之，在进行冻结法进行地铁地墙的接缝的加固过程中，首先需要确定是什么原因导致地墙在施工过程中缠身的不稳固，随后采取相应的解决措施，在施工的过程中需要注意液氮以及施工的安全问题。
参考文献：
[1] 袁聚云.土工试验与原理[M].上海：同济大学出版社.2003.
[2] 崔托维奇 H.A.冻土力学[M].北京：科学出版社.1985.
[3] 李昆，王长生，陈湘生.三轴试验中深部冻土固结问题[J].冰川冻土.1993.15（2）：322-324.