凍結法在隧道加固中的應用

1、    凍結法在隧道加固中的應用    楊濤中煤第三建設（集團）有限責任公司【摘 要】在深井凍結鑿井中，合理地確定凍結壁的整體強度和穩(wěn)定性（也就是合理地控制凍結壁的變形），不僅能保證工程安全，還能帶來可觀的經濟效益。凍結壁的允許變形除了受外載、土性、溫度和厚度的影響外，還受凍結管變形能力和井壁支護抗力的影響。在人工凍結工程實踐及實測中，發(fā)現(xiàn)凍結粘土強度低、變形大。因此在工程中須對深部特性最差的粘土層中凍結井壁的允許變形進行控制?！娟P鍵詞】凍結法；隧道加固；應用隨著中國城鎮(zhèn)化的不斷推進，城市人口不斷增長，隨之而來的是個人的生存空間不斷被壓縮，地下空間的開發(fā)

2、成為國家擴大城市人口生存空間的最為重要的手段。我國各大城市正在進行如火如荼的隧道建設，同時其他地下工程也在不斷地投入興建計劃。隧道建設不僅僅可以擴展人的生存空間，還對緩解城市交通壓力起著重要的作用，被認為是發(fā)展城市交通的有效手段。為了保證工程的安全與獲得良好的經濟效益。具體措施有：一、強化凍結，提高凍結壁自身強度對于有深部鉆土層的情況。一般通過合理布置凍結孔、降低鹽水溫度和增大供冷量來提高凍結壁的自身強度。在此情況下，凍結過程分為積極凍結期形成開挖條件；強化凍結期凍深厚粘土使之可安全開挖；維護凍結期維護過粘土層之后掘砌所需凍結壁冷量，適當加大凍結孔布置圈徑，一方面可以使凍結管離井幫遠一些，以減

3、小并幫位移對凍結管彎曲變形的影響。提高凍結管的安全性；另一方面因為在凍結時間較長的情況下，凍結壁向外擴展的最大厚度基本是一定的（一般在4m左右），凍結壁的有效厚度主要取決于凍結7l離開井幫的距離，并且凍結孔布置困內側的凍結壁溫度比外側的要容易降低，所以可以顯著增大凍結壁的有效厚度和降低涼結壁的平均溫度；但這樣會影響開挖時間，必須強化凍結供冷工藝。當凍結深度較大時，強化凍結一般合將井心凍實。這樣，在短段倔砌施上中，凍結壁在上、下端均受到較強的約束，底鼓和超前變形均大大減小甚至沒有，凍結壁的變形主要決定于段高的大小與暴露時間。（一）強化凍結的實質1.增加凍結壁的有效厚度和降低陳結壁的平均溫度，提高

4、凍結壁的整體強度。2.使凍土更多地擴展進入荒徑，改善凍結壁下部的支撐條件。（二）強化凍結的效果1.有可能使凍結壁處于彈粘性甚至彈性狀態(tài)，減小其變形量，提高其穩(wěn)定性。2.施工中的超挖與欠挖量均易控制在井巷施工與驗收規(guī)范規(guī)定的范圍內。3.減小外層井壁受到的變形壓力。4.減小凍結管的變形。二、適時進行合理支護（一） 控制段高和井幫暴露時間段高大時，凍結壁的變形大，但能給施工帶來一定的方便。凍結壁是流變體，暴露時間越長，變形越大。因此應在保證凍結壁、井壁和凍結管安全的條件下。根據土性、地壓、凍結壁的強度、掘砌速度等因素合理確定段高。盡量減小凍結壁的暴露時間。（二）采用合理的井壁結構和合適的井壁材料凍結

5、壁井壁間的相互作用規(guī)律與巷道支護中支架與圍巖間的相互作用規(guī)律相似。對于凍結壁的粘塑性變形，過早支護且支護無可縮性時，井壁受到的凍結壓力過大，易被壓壞；過晚支護，凍結壁變形過大，凍結管變形過大，易斷管。我國目前常用現(xiàn)澆混凝土外壁。服采用在混凝土中加早強劑和減水劑、提高混凝土的人模溫度等方法來提高混凝土的早期強度和養(yǎng)護溫度，并在外壁與凍結壁間鋪泡沫塑料板來減緩凍結壓力。并起隔熱、隔水和保溫作用。三、提高凍結管（接頭）的變形能力所有凍結管的抗彎剛度之和與凍結壁的抗彎剛度相比極小，凍結管的變形主要取決于凍結壁的變形，因此提高凍結管的強度與壁厚是無益的。目前凍結管斷裂一般發(fā)生在接頭部分（管體斷開，管體螺

6、紋縱向拉開，螺紋脫扣撿開，接頭焊縫處斷開）。接頭的強度低于管體，接頭部位存在因連接而產生的殘余應力，而且接頭部位有應力集中現(xiàn)象，因此管接頭是凍結管的薄弱環(huán)節(jié)。研究表明，內襯管接頭比外接箍凍結管接頭的變形能力提高一倍，在凍結管產生嚴重塑性變形時才會破壞，而外箍接頭在彈性變形階段即破壞。另外采用低溫塑性好的普通無縫鋼管可使凍結管的整體變形能力提高，能滿足凍結鑿井需要。四、加強掘砌與凍結的配合加強凍結施工單位與掘砌施工單位的配合，根據凍結情況決定掘砌速度，根據掘砌情況調整鹽水溫度和供冷量，保證掘進工作面處的凍結壁強度與穩(wěn)定性能達到安全要求，同時又不浪費冷量。五、加強監(jiān)測監(jiān)測去回路鹽水流量和鹽水箱水位

7、，能及時發(fā)現(xiàn)斷管和鹽水漏失，切斷鹽水供應，采取應急措施；監(jiān)測凍結器溫度和測溫孔溫度，能及時發(fā)現(xiàn)堵孔和凍結壁發(fā)展情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時予以排除。六、根據目前國內的經驗和實踐，實施凍結法還需要掌握一定的技術要點1.在設計隧道的凍結壁時應盡量與隧道開挖的輪廓相一致，形狀是要相同，這樣在進行隧道開挖時更加方便，同時也有利于凍結壁的承載。同時在布置凍結孔時應盡量地將其安排為放射狀，這樣可以有效地避免凍結段的前半部分因為時間過長而使得凍結壁進入開挖區(qū)太多。2.在選擇凍結時需要用到的制冷系統(tǒng)時，應該考慮到其降溫速度、對于鹽水溫度的控制以及系統(tǒng)的自動化程度高低，新型的氟利昂鹽水螺桿冷凍機組在這方面具有極大的優(yōu)勢

8、，可以作為考慮對象之一。該系統(tǒng)的管路上還安裝有溫度、壓力和流量的檢測表，并有專門的控制閥門，這樣可以及時地監(jiān)控冷凍系統(tǒng)，也讓控制、維護施工時的凍結管路系統(tǒng)變得更加方便。3.在設置凍結孔時應及時地在布置圈周圍安排測溫孔，這樣可以測量地層溫度的變化，再結合相關溫度場的模擬與計算，便可以對凍結壁的具體情況進行預報和判斷。4.在凍結壁內壁應該設置一些水文觀測點和泄壓孔，這樣可以通過檢測凍結壁內部的水壓變化對凍結壁是否出現(xiàn)交圈現(xiàn)象做出準確判斷。如果發(fā)現(xiàn)問題就應該及時地采取補救措施，以免為后面的施工步驟埋下隱患。七、結束語以上的幾點強化措施，是我參加工作這幾年，從凍結的老師和前輩那學來的，各位前輩和老師是

9、我永遠學習的榜樣，希望在你們的培養(yǎng)和教育下，我能學到更多的知識和技能，能在本職崗位給單位創(chuàng)造更大的貢獻。參考文獻：1陸路，石榮劍，李兆坤，等.人工凍結法在富水砂層地鐵洞門加固工程中的應用j.鐵道建筑，2013（4）：51-53.2朱文麗.凍結法在天津地鐵3號線工程中的應用j.天津市政工程，2012（1）：16-19.3梁岳.凍結法結合小導管注漿法在地下軌道工程中的應用j.工程技術：全文版，2016（7）：00127.4方廣濤，劉菲.地鐵施工中凍結法地基加固的優(yōu)點、技術關鍵和難點j.工業(yè)b，2016（5）：00065.5饒彪.豎向凍結在盾構隧道開挖處理中的應用j.鐵道勘察，2013，39（5）：41-43.6陸路，石榮劍，李兆坤，等.人工凍結法在富水砂層地鐵洞門加固工程中的應用j.鐵道建筑，2013（4）：51-53.7朱文麗.凍結法在天津地鐵3號線工程中的應用j.天津市政工程，2012（1）：16-19.8梁岳.凍結法結合小導管注