冻结发在地下工程施工的应用.pdf

I S S N 1 6 7 1一2 9 0 0 C N 4 3一1 3 4 7 / T D 采矿技术第7 卷第 M i n i n g T e c h n o l o g y , V o l . 7 ， 期 No . 2 0 0 7年6月 J u n . 2 0 0 7 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 4 6 7 0 0 0 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 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。 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 检测系统一冻结*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1 0 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。 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1 6 m ， 盾构出洞口0 1 6 . 7 m ， 盾构工作井采用 0 . 8 m厚硷， 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1 6 . 7 m土压平衡盾构施工。 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 a 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1 9 m , 1 4 个冻结孔; 向外 2 排为1 8 m ， 分别有1 3 个、 1 2 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 1 0 . 4 mo 2 . 3 施工技术措施 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 冻结工程共施工4 3 个钻孔， 其中3 9 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 一 1 . 2 岁 c 扩， 不 允 许清 水打 钻。 采矿技术2 0 0 7 , 7 2 1 冻结站的安装。在冻结站安装 1 台W- Y S L G F 3 0 0 II 螺杆机组， 设计工况制冷量为8 . 7 5 x 1 0 7 c a V h ， 机组安装在距出洞口6 0 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6d ， 盐水温度达一 2 8 9 0 ; 冻结9 d ， 盐水温度低于设计温度达一 2 8 . 5 9 0 ; 冻结 1 1 d ， 盐水温度达一 3 0 9 0 ; 冻结1 3 d ， 盐水温度达到 一 3 1 9 0 ; 冻结1 6 d , 盐水温度达 一 3 2 9 0 ; 冻结2 0 d ， 盐 水温度达一 3 3 9 0 ; 冻结2 2 d ， 盐水温度达一 3 3 . 5 9 0 ; 以后盐水温度一直保持一 3 3 . 5 9 0 ; 冻结2 4 d ， 达到完 全破壁时的冻结效果 见表 1 。 表1 冻结效果 冻土平均 冻土墙 冻土墙 水度劝 盐翻代 名称发展速度 m m / d 平均温 度 ℃ 设计参数一 2 8 实际参数 一 3 3 . 5 冻结交 达到完全 圈时间 破壁时间 d d 2524 04 2‘.L 2 5 4 0 一1 0 一1 0 . 5 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 厚矽， 留0 . 2 m厚硷不打， 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厚硷打掉 。 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 o 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耐 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 1 0 、 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。 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 一 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。 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。 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Y 髻沙大桥桩基事故处理 中的应用〔 J l . 建井技术， 2 0 0 5 4 3 8 一 4 0 . [ 2 ]高树峰. 冻结加固技术在城市深基坑工程中的应用【 J l . 西部 探矿工程, 2 0 0 6 4 3 9 一 4 1 . [ 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， 2 0 0 5 6 2 3 一 2 4 . [ 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 法施工[ J l . 冰川冻土， 2 0 0 5 9 7 8 一 8 1 . 收稿日 期 2 0 0 7 - 0 1 - 1 7 作者 ma i l 郭瑞平 1 9 7 2 一 ， 男， 河A b 那那人， 工程师， E- t d x b s t o m . c o mo 简介 x n j