地鐵隧道水平凍結(jié)工程地層凍脹融沉的預(yù)測(cè)方法及工程應(yīng)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(diǎn),但是此工法對(duì)地下管線、地面建筑物以及對(duì)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(hào)線某隧道水平凍結(jié)施工工程為原型,根據(jù)相似準(zhǔn)則,建立集溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)和力學(xué)場(chǎng)于一體的大型物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。通過(guò)模擬開(kāi)挖過(guò)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(yīng)問(wèn)題。模擬試驗(yàn)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(hù)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(shí)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(guò)程中地表融沉位移較大,對(duì)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(yīng)用，及對(duì)水平冷凍法的施工方法及主要技術(shù)措施進(jìn)行了介紹。

文中介紹了凍結(jié)法在隧道、地鐵聯(lián)絡(luò)通道、盾構(gòu)進(jìn)出口以及隧道破損修復(fù)等方面的應(yīng)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(diǎn),根據(jù)解析法、數(shù)值分析法、模型試驗(yàn)法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法,對(duì)地鐵隧道凍結(jié)期凍脹的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,最后提出了現(xiàn)行地層凍脹研究存在的問(wèn)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(hào)線天河客運(yùn)站折返線水平凍結(jié)孔施工實(shí)例,介紹了長(zhǎng)距離水平凍結(jié)孔,在廣東地區(qū)綜合評(píng)價(jià)地質(zhì)條件很差,且地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜情況下水平定向鉆進(jìn)施工技術(shù)。

介紹了上海地鐵2號(hào)線楊高路站～中央公園站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)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(duì)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(jìn)性和廣闊的應(yīng)用前景。

地鐵隧道施工引起地表橫向沉降預(yù)測(cè)方法——介紹了目前地鐵隧道施工引起地表橫向沉降預(yù)測(cè)的常用方法--經(jīng)驗(yàn)公式法、理論公式法、數(shù)值模擬法及bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)法。討論了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及選用建議。

文章編號(hào):16735196(2009)03012106 地鐵隧道水平凍結(jié)法施工凍結(jié)壁 溫度場(chǎng)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(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,甘肅蘭州730050;2.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jiàn)的粉質(zhì)粘土為例,應(yīng)用大型數(shù)值分析軟件ansys系統(tǒng)研究?jī)鼋Y(jié)管直 徑、凍結(jié)管間距、鹽水溫度、土層含水量4大因素對(duì)凍結(jié)法施工中溫度場(chǎng)的影響,提出各因素對(duì)凍結(jié)壁厚度和凍結(jié) 時(shí)間的靈敏度公式;在各影響因素下通過(guò)靈敏度對(duì)比分析,得出各因素對(duì)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(yīng)用——南京地鐵一號(hào)線張府園～三山街區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道位于流砂地層,地下水豐富,開(kāi)挖支護(hù)困難,因此采用凍結(jié)法施工。本文介紹了施工要點(diǎn)和需要注意的問(wèn)題。實(shí)踐證明,在流砂地層開(kāi)挖隧道,使用凍結(jié)法是一個(gè)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(guò)斷裂破碎帶超長(zhǎng)水平凍結(jié)法施工技術(shù)

結(jié)合現(xiàn)有研究成果,簡(jiǎn)要分析凍脹的機(jī)理。根據(jù)呼和浩特市軌道交通1號(hào)線冬季在建的施工站點(diǎn)及區(qū)間的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)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(duì)于地層的影響規(guī)律,包括沉降測(cè)點(diǎn)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(hào)線的工程施工以及后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供借鑒。

西安地處國(guó)內(nèi)地裂縫發(fā)育最強(qiáng)烈的汾渭盆地,地裂縫的活動(dòng)性會(huì)造成地鐵隧道結(jié)構(gòu)扭曲及襯砌面開(kāi)裂并影響地鐵的施工及安全運(yùn)營(yíng),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(guò)對(duì)隧道模型結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與應(yīng)力預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析揭示了地裂縫位錯(cuò)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(yīng)力的預(yù)測(cè)模型.試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著地裂縫位錯(cuò)量的增加,位于隧道結(jié)構(gòu)上部的地裂縫上盤(pán)壓力增加、下盤(pán)壓力減小,位于隧道結(jié)構(gòu)下部的上盤(pán)壓力迅速減小、下盤(pán)壓力持續(xù)增加;位于地裂縫下盤(pán)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(pán)的隧道結(jié)構(gòu)上部先受壓后受拉;位于地裂縫下盤(pán)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(yīng)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(diǎn);指數(shù)平滑法對(duì)初始觀測(cè)值的要求低且受異常值影響小可作為隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)測(cè)的首選方法,當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到預(yù)警值時(shí)進(jìn)行報(bào)警采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧┛杀ＷC地鐵隧道的正常施工與安全運(yùn)營(yíng).

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(guó)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(chǔ)的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展了凍結(jié)及凍融現(xiàn)象的試驗(yàn)研究,對(duì)凍結(jié)與凍融過(guò)程中地表變形進(jìn)行了分析研究,得出其變化規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)公式,可為以后的水平凍結(jié)施工技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)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(wèn)題的分析與研究 徐敏生龔啟昌 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)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(wèn)題，從巖土工程的角 度介紹凍結(jié)土的形成及其工程力學(xué)性質(zhì)。較為全面的闡述凍結(jié)土的巖土工程設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】?jī)鼋Y(jié)土融沉凍漲措施工程力學(xué)性能 1凍結(jié)土的凍脹和融沉（問(wèn)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(huì)出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象?？芸藠?等的著作中認(rèn)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(hào)線修復(fù)工程,采用基于\"一線總線\"的凍結(jié)法溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并依據(jù)監(jiān)測(cè)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(chǎng)形成規(guī)律和積極凍結(jié)期結(jié)束時(shí)間,并分析了各施工工序?qū)鼋Y(jié)壁的溫度影響。

針對(duì)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工時(shí)常面臨的凍脹過(guò)大且凍脹率較難測(cè)定的施工難題,依托杭州某復(fù)雜地層內(nèi)越江隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工實(shí)例,采用數(shù)值分析不同假定凍脹率對(duì)凍土體內(nèi)力和主隧道變形的影響,通過(guò)凍土體內(nèi)力變化制定出凍土體的臨界凍脹率,同時(shí)對(duì)主隧道豎向變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),并結(jié)合主隧道計(jì)算豎向變形反饋出實(shí)際凍脹率,最后根據(jù)實(shí)際凍脹率和臨界凍脹率的比較,采取相應(yīng)施工措施。研究結(jié)果表明:此類地層聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工時(shí),凍土體臨界凍脹率為2%,可采用可觀測(cè)的主隧道豎向變形監(jiān)測(cè)來(lái)反饋凍土體的實(shí)際凍脹狀態(tài),當(dāng)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(shí),實(shí)際凍脹率為1%~2%,凍脹對(duì)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(wú)需再采用加強(qiáng)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(huì)對(duì)在建地鐵、運(yùn)營(yíng)地鐵產(chǎn)生一定影響.如果不能對(duì)地鐵隧道重點(diǎn)區(qū)間進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè),造成的后果難以估量.工程經(jīng)驗(yàn)表明地鐵隧道一旦發(fā)生險(xiǎn)情,將會(huì)造成巨大的災(zāi)難和損失,民眾也會(huì)恐慌心理,對(duì)社會(huì)安定產(chǎn)生不良影響.該研究借助某工程施工監(jiān)測(cè)狀況進(jìn)行了分析,對(duì)緊鄰基坑施工擾動(dòng)影響的隧道變形進(jìn)行了全面合理的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),主要使用設(shè)備為全站儀,可實(shí)現(xiàn)24h無(wú)人值守連續(xù)監(jiān)測(cè),每次監(jiān)測(cè)均可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)完成要求.監(jiān)測(cè)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(yīng)用的順利實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ).

為便于對(duì)地鐵引起的鄰近建筑物樓板的振動(dòng)進(jìn)行分析及預(yù)測(cè),提出了簡(jiǎn)化計(jì)算方法。將樓板簡(jiǎn)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(dòng)加速度時(shí)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(yīng),將此近似作為該房間樓板中間的振動(dòng)響應(yīng)。對(duì)上海地鐵8#線引起沿線某六層磚混結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行實(shí)測(cè),并用沖擊法實(shí)測(cè)了樓板的自振頻率和阻尼比。用文中建議的簡(jiǎn)化計(jì)算方法和有限元方法算得地鐵引起的樓板中間的振動(dòng)并和實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了簡(jiǎn)化算法的可行性。

城市地鐵聯(lián)絡(luò)通道通常位于區(qū)間隧道中部，線路最低處，聯(lián)絡(luò)通道通常與排水泵共同建設(shè)，并共同肩負(fù)隧道連接集排水和防火等任務(wù)。為減少聯(lián)絡(luò)通道的土方開(kāi)挖量，同時(shí)，保障施工安全，聯(lián)絡(luò)通道處隧道間距最小，地表較為寬闊，在選線時(shí)，要充分考慮聯(lián)絡(luò)通道的土方量較小，但是由于其地質(zhì)環(huán)境較復(fù)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(duì)地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)進(jìn)行分析，希望為相關(guān)人員提供參考。

上海地鐵四號(hào)線修復(fù)工程中采用水平凍結(jié)法進(jìn)行修復(fù)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(cè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并依據(jù)監(jiān)測(cè)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(chǎng)形成規(guī)律,計(jì)算出積極凍結(jié)期結(jié)束時(shí)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(biāo)。通過(guò)合理布置溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn),采用信息化溫度監(jiān)測(cè)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(kāi)挖變形由于所受影響的因素較多，因此難以預(yù)測(cè)。基于深基坑變形因素的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法對(duì)于非線性問(wèn)題具有良好的模擬能力，恰能夠解決影響因素復(fù)雜的問(wèn)題。本文結(jié)合實(shí)例分析了其實(shí)施與應(yīng)用。