TA04聯(lián)絡(luò)通道施工方案

1、、工程概況南京地鐵二號線TA04標(biāo)中和村站元通站區(qū)間，區(qū)間地貌單元屬長江漫灘，場地地層呈二元結(jié)構(gòu)，上部以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，下部以粉土、粉細(xì)砂為主，區(qū)間隧道主要穿越地層為流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（2b）、（3b）和粉43-4細(xì)砂層（3d，中密，局部稍密），局部穿越粉土（2-33c，稍密，局部中密）。隧道內(nèi)徑5.5m，管片厚度035m,2-3管片寬度12m，管片混凝土為C50,抗?jié)B為S10,接縫處設(shè)置EDPM框形密封墊及聚合物嵌縫兩道防水措施。右線長度為143181m，左線長度為1453.491m。在右線K3+530（左線K3+537）設(shè)1#聯(lián)絡(luò)通道，線間距為16.2m，穿越地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（3b

2、）,土層含水率約為36.5%,空隙比為3-41.1,粘聚力為16.2kpa，內(nèi)摩擦角為28.6，垂直滲透系數(shù)為5.73X10-7cm/s,水平滲透系數(shù)為7.09X10-7cm/s；左右線隧道中心高程為-14.005,地表高程為6.10,隧道埋深17.4m；在右線K3+934.433（左線K3+954.376）設(shè)2#聯(lián)絡(luò)通道兼泵站，線間距為12.0m,穿越地層為粉細(xì)砂（3d,2-3中密，局部稍密），土層含水率約為28.4%，空隙比為0.83，粘聚力為8.5kpa，內(nèi)摩擦角為38，垂直滲透系數(shù)為9.18X10-7cm/s,水平滲透系數(shù)為1.09X10-4cm/s；左右線隧道中心高程為T7.823,

3、地表高程為7.94,隧道埋深23m。均采用冷凍法加固地層后礦山法施工，凍土帷幕厚度不小于2m，強(qiáng)度不小于4Mpa,1#聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)加固地層體積約為2100m3,2#聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)加固地層體積約為21003二、凍結(jié)法施工聯(lián)絡(luò)通道工藝簡介在隧道內(nèi)利用近水平管和部分傾斜管凍結(jié)加固地層,使聯(lián)絡(luò)通道外圍土體凍結(jié),形成強(qiáng)度高、封閉性好的凍土帷幕（圖1為聯(lián)絡(luò)通道及泵站凍結(jié)方案示意圖）。然后,在凍土中采用礦山法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道及泵站的開挖和構(gòu)筑施工,地層凍結(jié)和開挖構(gòu)筑施工均在區(qū)間隧道內(nèi)進(jìn)行。水平地層加固和開挖構(gòu)筑的主要施工工藝及順序如下:fati三、凍結(jié)帷幕方案設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)原則凍結(jié)帷幕方案設(shè)計(jì)的基本原則是:凍結(jié)帷幕方

4、案設(shè)計(jì)必須滿足聯(lián)絡(luò)通道施工的安全和質(zhì)量要求,即保證凍土帷幕有足夠的強(qiáng)度,凍結(jié)帷幕水平孔（斜孔）布設(shè)合理,滿足施工及規(guī)范要求,在設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮聯(lián)絡(luò)通道頂部薄弱部位。凍結(jié)帷幕水平孔（斜孔）凍結(jié)方案應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,便于隧道開挖和支護(hù),施工安全、可靠,施工費(fèi)用低,施工工期短。設(shè)計(jì)應(yīng)考慮對凍脹、融沉的防范措施。2、凍結(jié)帷幕厚度設(shè)計(jì)根據(jù)在部分地鐵工程聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式:t二Ain（f/E）式中r計(jì)算點(diǎn)到凍結(jié)管距離,m;E凍結(jié)帷幕外側(cè)厚度,m;A經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，取A=1969;T計(jì)算點(diǎn)凍結(jié)帷幕溫度，C。凍結(jié)帷幕內(nèi)側(cè)厚度E=l4E,凍結(jié)帷幕平均厚度1.4m。3、凍結(jié)帷幕交圈時(shí)間計(jì)算凍結(jié)前,同一深度的地

5、層具有相同的原始溫度,凍結(jié)開始后,通過凍結(jié)管把冷量傳給地層,在凍結(jié)管周圍產(chǎn)生降溫區(qū),形成以凍結(jié)管為中心的凍結(jié)圓柱,并逐漸到相鄰的凍結(jié)圓柱連接形成封閉的凍結(jié)圓筒,形成冷凍結(jié)層,即為凍結(jié)帷幕交圈。凍結(jié)帷幕交圈時(shí)間主要與凍結(jié)孔間距、鹽水溫度、土層性質(zhì)、凍結(jié)管直徑、地層原始溫度、以及凍結(jié)器環(huán)形空間內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)。凍結(jié)帷幕交圈時(shí)間計(jì)算公式為:式中L禰結(jié)孔最A(yù)孔|Hj廊,mm;J禰土發(fā)展速度,粘-30mm/d.迪過計(jì)算竦結(jié)椎幕交圈時(shí)間為23d.達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí)間為30d.2.4凍結(jié)帷幕平均溫度計(jì)算使川禰結(jié)施I成冰公式見建井I程手冊A-=(II35-0.352fl-Q.72-yz十0.-0.466式

6、中.硃結(jié)帷幕平均溫度乜；h曲術(shù)溫度,r:1沫給扎間斷,取0.X-I,0m：F禰結(jié)帷幕有效厚度,嘰確定竦結(jié)權(quán)幕平均溫度rr-Ior5、凍結(jié)孔布置根據(jù)凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)及聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu),凍結(jié)孔沿通道四周布置,按上仰、近水平、下俯三種角度布置。凍結(jié)孔采用上下各三排,左右各一排布置,凍結(jié)孔共設(shè)77個(gè),開孔間距為0512m,利用水平孔和部分傾斜孔凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道及集水井外圍土體凍結(jié),形成強(qiáng)度高,封閉性好的凍土帷幕。在現(xiàn)場實(shí)際操作中,可根據(jù)鉆機(jī)情況、管片配筋情況和聯(lián)絡(luò)通道擬開管片的實(shí)際位置等,對鉆孔孔位作少量調(diào)整,但最大間距不得大于1.0m。6、制冷設(shè)計(jì)凍結(jié)參數(shù)確定1）設(shè)計(jì)鹽水溫度為-28C-30C。2

7、）積極凍結(jié)時(shí)間為30d,維護(hù)凍結(jié)時(shí)間為35do3）測溫孔和卸壓孔分別為8個(gè)和4個(gè)。4）凍結(jié)管總長度為785m。需冷量和冷凍機(jī)選取型凍結(jié)需冷量：Q=12dHK式中H凍結(jié)總長度，m;d凍線管直徑,m;K凍結(jié)管散熱系數(shù)，kcal/m2h。將上述參數(shù)代入公式得Q=65813kcal/h,考慮到其它因素設(shè)計(jì)工況制冷量為87500kcal/ho四、施工工序1、開孔鉆進(jìn)施工開孔前在布孔范圍內(nèi)打若干小孔，探測地層穩(wěn)定情況，若發(fā)現(xiàn)砂層，立即進(jìn)行雙液注漿，以提高孔口附近土體穩(wěn)定性，然后進(jìn)行開孔，采用雙層特殊孔口管（見圖2）。在凍結(jié)管跟進(jìn)鉆進(jìn)中采用強(qiáng)力水平鉆機(jī)，鉆桿角度嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)圖進(jìn)行，確保凍結(jié)范圍，關(guān)鍵

8、是在隧道內(nèi)鉆孔時(shí)解決好漏水漏沙問題，防止水土流失。圖2孔口管示意圖、凍結(jié)系統(tǒng)安裝選用W-YSLGF30011冷凍機(jī)組，在安裝系統(tǒng)時(shí)盡量縮短冷凍管長度，使凍結(jié)能量盡量少損失。在系統(tǒng)安裝完成后，先檢查凍結(jié)管的密封情況，出現(xiàn)滲漏立即補(bǔ)救，檢滲完成后，安裝保溫層，并在上下行線安裝凍結(jié)板，此時(shí)可以進(jìn)行凍結(jié)。、積極凍結(jié)注意每天溶液溫度變化和氣溫變化（見圖3），一般前7天溫度下降明顯，由大氣溫度降至-20C。在-20C度左右會(huì)有一段時(shí)間溫度會(huì)小幅波動(dòng)，這時(shí)外側(cè)土體已經(jīng)開始凍結(jié)并慢慢擴(kuò)散（這時(shí)對泄壓孔進(jìn)行觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)水壓會(huì)上下波動(dòng)，讀數(shù)一般在0IMPa左右，在開挖前達(dá)到0.3MPa,開挖前必須泄壓）。這一階段7

9、8天，以后溫度每天下降0.5C5C,至U-30C左右基本穩(wěn)定，凍結(jié)到第45天后可以進(jìn)行開挖前準(zhǔn)備工作。圖3溫度變化曲線4、開挖構(gòu)筑聯(lián)絡(luò)通道分上下兩層，上層為通道，下層為集水井，開挖構(gòu)筑流程：開挖通道一掛網(wǎng)噴射混凝土一防水層布設(shè)一通道鋼筋混凝土澆筑一開挖集水井一掛網(wǎng)噴射混凝土一防水層布設(shè)一集水井鋼筋混凝土澆筑。開挖通道時(shí)冷凍處于圍護(hù)凍結(jié)狀態(tài)，冷凍機(jī)正常運(yùn)行，開挖集水井時(shí)冷凍機(jī)停止。開挖前對泄壓孔水壓力進(jìn)行釋放，對測溫孔溫度進(jìn)行收集匯總，并開孔實(shí)測溫度，數(shù)量不得少于4處(正面2處，背面2處)，兩側(cè)都要開孔實(shí)測。拆除鋼管片后，開挖斷面中心有土體流出形成一05m*03m深度為0.8m的孔洞，開挖時(shí)對凍

10、土進(jìn)行回彈實(shí)驗(yàn),凍土強(qiáng)度最大1.5MPa,實(shí)際測量凍土層至凍結(jié)管距離1.1m,推算凍土帷幕實(shí)際厚度2.2m(大于根據(jù)溫度推算的1.82m)。開挖步距50cm，支撐3050cm，注意及時(shí)支撐，并預(yù)留板后注漿管。挖通后掛網(wǎng)噴射混凝土必須要求表面平整、密實(shí),為防水層施工做好基礎(chǔ)。拱頂混凝土澆筑,通道頂混凝土澆筑采用模板逐步延伸連續(xù)澆筑,但要保證拱定部位混凝土密實(shí)性難度較大。上下層混凝土澆筑施工縫處理,必須預(yù)留水平環(huán)形水膨脹橡膠圈(膩?zhàn)?或預(yù)埋注漿管。5、停止凍結(jié)一般在開挖集水井時(shí)由于許多凍結(jié)管在開挖范圍內(nèi),因此需要停止凍結(jié),由于凍土的蠕變性較好,凍土幃幕破壞前會(huì)出現(xiàn)較大蠕變過程,因此結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)觀察

11、凍土變形能夠判定凍土是否安全。6、注漿由于冷凍法施工土體受凍會(huì)膨脹,在融化中會(huì)沉降,注漿要及時(shí)，一般在拱頂部位放設(shè)三根注漿管(兩頭加中間)，兩側(cè)墻身各一根，集水井底板放置一根。注漿管分板后注漿及壁后注漿兩種，板后注漿管要在凍土融化前進(jìn)行，填充凍土到支撐模板的空隙，從而控制土體沉降，而壁后注漿管應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到85以上進(jìn)行，填充拱頂混凝土與模板間的空隙。五、施工難點(diǎn)1、水平凍結(jié)孔施工技術(shù)采用二次開孔工藝,以防鉆透管片時(shí)大量出泥出水。一次開孔采用金剛石取心鉆在管片上鉆進(jìn)300mm深左右，不鉆透管片。一次開孔鉆進(jìn)完畢,下入孔口管并安裝閥門,接著進(jìn)行二次開孔鉆進(jìn),直至鉆透管片，管片鉆透后,立即退出開

12、孔鉆頭,關(guān)閉閥門。用夯管法下凍結(jié)管,在鉆進(jìn)時(shí)安裝類似軸封的孔口止水裝置。下完凍結(jié)管后,對凍結(jié)管與孔口管及套管間的間隙和孔口附近地層進(jìn)行注漿充填。下泄壓管(濾水管)時(shí)，在泄壓管內(nèi)裝滿三合土,以防夯進(jìn)泄壓管時(shí)出水，影響施工。2、地層凍脹和融沉控制技術(shù)在凍結(jié)壁內(nèi)未凍土中設(shè)泄壓孔，通過放水、排泥來減小凍結(jié)壁內(nèi)的水土壓力，泄壓孔采用140nm的鉆孔。泄壓孔濾管不包紗網(wǎng)，以便在凍脹引起地層壓縮時(shí),可從泄壓孔泄水或排除部分土體，施工中根據(jù)地層變形監(jiān)測結(jié)果和泄壓孔中的水壓變化情況進(jìn)行泄壓。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,合理調(diào)整凍結(jié)孔的供冷量。在特殊情況下,還可通過在加熱孔中循環(huán)熱水來迅速提高凍結(jié)壁溫度,使凍結(jié)壁軟化,從而減小

13、凍脹力。合理安排凍結(jié)順序,減小凍脹引起的地層變形。對凍結(jié)過程中隧道結(jié)構(gòu)的變形或受力變化情況進(jìn)行監(jiān)測,分析凍結(jié)施工對隧道結(jié)構(gòu)的最終影響,為調(diào)整凍結(jié)施工參數(shù)提供依據(jù)。通過調(diào)整鹽水流量和鹽水溫度來控制凍結(jié)壁厚度,使其保持在設(shè)計(jì)值左右。由于凍結(jié)壁解凍時(shí)有少量收縮,從而使地層產(chǎn)生融沉,可能給上部建筑及管線帶來不良影響。為此,施工時(shí)在隧道襯砌上預(yù)留注漿管,在凍結(jié)壁化凍過程中進(jìn)行注漿,以補(bǔ)償?shù)貙尤诔?。停凍后采取?qiáng)制化凍措施,以盡快化凍，恢復(fù)穿越段附近地層的水土壓力，縮短融沉補(bǔ)償注漿工期。六、開挖條件判斷判斷冷凍法是否達(dá)到開挖要求是冷凍法的關(guān)鍵，在打開鋼管片之前需要滿足以下條件；1、鹽水溫度在-26C以下的時(shí)

14、間超過30天，鹽水去、回路的溫度差小于1C。2、測溫孔孔內(nèi)的溫度小于0C（在聯(lián)絡(luò)通道開挖范圍個(gè)別測點(diǎn)可以大于0C,但不大于5C）。3、探孔無流沙現(xiàn)象，個(gè)別孔可以有滴水，但水流不能成現(xiàn)狀。4、瀉壓孔內(nèi)的壓力從凍結(jié)開始時(shí)的水土壓力緩慢升高到一定值后又緩慢降低，最后降至0，打開瀉壓孔沒有明顯的水沙流出。七、施工措施1、凍土帷幕強(qiáng)度問題凍土帷幕的關(guān)鍵點(diǎn)在其拱部,在聯(lián)絡(luò)通道頂部設(shè)三排凍結(jié)孔,以加大凍土帷幕拱部厚度,并使聯(lián)絡(luò)通道頂部的一排凍結(jié)孔穿越對面隧道頂部管片,確保凍土帷幕拱部與隧道管片間有足夠大的接觸面積;為了確保凍土帷幕強(qiáng)度和穩(wěn)定性在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),選擇比較安全的平面彈性計(jì)算模型,適當(dāng)加大安全系數(shù)

15、,并用三維有限單元計(jì)算進(jìn)行校核,在工藝設(shè)計(jì)時(shí),取較大的備用系數(shù),即實(shí)際加固范圍要比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大。2、凍土帷幕與隧道管片間的密封根據(jù)地鐵聯(lián)絡(luò)通道和隧道出洞地層凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn),由于混凝土和鋼管片相對于土層要容易散熱得多,會(huì)嚴(yán)重影響隧道管片附近土層的凍結(jié)速度和凍結(jié)強(qiáng)度,從而影響凍土帷幕的整體穩(wěn)定性和封水性。為此,設(shè)計(jì)及施工過程中,采用在對面隧道管片內(nèi)側(cè)敷設(shè)冷管和保溫層等措施,以確保凍土帷幕不存在影響安全的薄弱環(huán)節(jié)。3、凍結(jié)孔施工安全與孔口密封用金剛石取芯鉆開孔,跟管鉆進(jìn)法下凍結(jié)管。凍結(jié)孔開孔前,在布孔范圍內(nèi)打若干小口徑鉆孔,探測地層穩(wěn)定情況。如發(fā)現(xiàn)砂層,先進(jìn)行水泥-水玻璃雙液壁后注漿,以提高孔口附近地層

16、的穩(wěn)定性,然后再鉆進(jìn)凍結(jié)孔。凍結(jié)施工結(jié)束后,孔口管管口焊上鋼板,以免工程結(jié)束后鉆孔孔口漏水。4、凍結(jié)過程檢測與控制在凍土帷幕內(nèi)布置測溫孔和壓力釋放與觀測孔,以便正確測定凍土帷幕厚度和判斷凍土帷幕是否交圈。對側(cè)隧道管片附近土層的凍結(jié)情況將成為控制整個(gè)凍土帷幕安全的關(guān)鍵,為此,在對側(cè)隧道管片上沿凍土帷幕四周安裝測溫孔,以全面監(jiān)測凍土帷幕的形成過程,當(dāng)泄壓孔波動(dòng)較大,凍結(jié)溫度停止在某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi),應(yīng)加強(qiáng)檢測,以確定帷幕是否交圈。凍結(jié)孔施工質(zhì)量的檢驗(yàn)與控制方法見表1,凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)與凍土墻壁形成質(zhì)量檢驗(yàn)方法見表2。車兀垢下淖于11測兀蟲L叵予.為：樣J再.統(tǒng)九M衣上叵弄.訊無戀時(shí)匸后浪廉応珥心帀倔料A況

17、適“i冃整二叵戀紡了爭檢測內(nèi)售ift計(jì)妄求比監(jiān)與施制苫應(yīng)滋弊仁1匸館轉(zhuǎn)貶i1匸ZtT1II.-N,rrftStt亂下”能正盤IF匸時(shí)匪孔冋喬控!r丄焙定雄1-叢毗.丘斜卷冗崩丘爪匸（旳孔弓時(shí)孔應(yīng)U汙竄按凍蚌匸測外蛍丄計(jì)忡點(diǎn)幾叵予隔一亠戀紡上就渥，烘u*irs+內(nèi)+干l|-g堤1.H-J對付裁床第甘NU;rL.A.誦號、旳孔弓下覇稈IE測孔K.或殊第甘址劉劃怕隧追甘汁ITII.7-1.IIMPA壓壬壓理或況堂慕逗氏範(fàn)凍紜系毓運(yùn)轉(zhuǎn)與凍土將舉形成質(zhì)承檢驗(yàn)方法虧憧測內(nèi)容airs*垃驗(yàn)方?jīng)Q鹽遲度氐ills任鹽；丑度用料醫(yī)U忙的性-7.ti-iiciF糜裨溟廉ilT；則氏耕干7iiis劉-3iiL甘盤濕堆

18、或:測滋埼廈卩門壓匸凍1.4553mm可得出各凍結(jié)管外的凍土已疊合的結(jié)論。4)用凍結(jié)帷幕平均溫度復(fù)核。凍結(jié)帷幕土體平均溫度計(jì)算公式l-t.ii.i3-o.jVl-mqXW-0打hVi鼻I1.I：?/式中:tc為帷幕凍結(jié)壁有效厚度的平均溫度;tn為鹽水溫度，取-31C;L為凍結(jié)孔間距，取085m;E為凍結(jié)壁厚度，取19m;TB為邊界溫度，取-4C。將以上數(shù)據(jù)代入式(3):t=-10.21Cc從計(jì)算可知,凍結(jié)帷幕土體平均溫度低于施工組織設(shè)計(jì)的-10C要求?？拥篱_挖控制土方暗挖作業(yè)必須24h連續(xù)有序進(jìn)行，隨時(shí)觀察凍土結(jié)霜情況。對任何水跡、土色改變、土體硬度異常、凍結(jié)壁位移異常和尺寸丈量異常等情況均要及時(shí)分析,找出原因。鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)按步距及時(shí)支撐牢固。防止過分凍結(jié)土體過分凍結(jié)使凍結(jié)區(qū)擴(kuò)大,隧道所受膨脹應(yīng)力劇增。輕則增加后期融沉,重則引起隧道管片應(yīng)力破壞。確定凍結(jié)帷幕達(dá)到要求后應(yīng)調(diào)整制冷,進(jìn)行維