凍結技術的原理：
凍結法施工的原理是:沿開挖斷面周邊布置與通道方向基本平行的凍結孔,然后在凍結孔中循環低溫鹽水,使凍結孔附近的含水地層結冰,形成強度高、封水性好的凍土帷幕,然后在凍土帷幕的保護下進行隧道暗挖施工。凍結原理見圖1 。
凍結技術的發展：
1955 年我國首次將凍結技術應用于礦井建設中,并取得了成功。隨著近年來地下工程的迅速發展,凍結加固技術因為其防水效果好,對周圍環境影響小等特點而越來越多的被應用于城市地鐵建設中,特別是對環境保護要求高、又處在軟土地質條件下的聯絡通道加固和盾構始發、到達端頭的加固,其應用更為廣泛。
凍結法施工的優點
- ①凍結帷幕強度較高: – 10 ℃時凍結粘土的抗壓強度一般可達5MPa ,凍結砂土的抗壓強度一般可達8MPa 以上。
- ②凍土帷幕的止水性好,并且容易通過在凍土帷幕內設水文孔來檢驗。
- ③對所處地層擾動較小,地面沉降控制把握性大。
- ④不必占用地面場地。
凍結法施工的缺點
- ①施工周期長。
- ②造價高。
- ③凍脹、融沉會造成一定的地面隆沉。
凍結法施工對周圍環境的影響及預防措施
- ①凍脹和融沉引起聯絡通道附近管片變形、位移、開裂等。
- ②引起地面隆沉,地下管線、地面建筑物隆沉,甚至破壞。
- ③解凍期間沉降原因分析:
- a. 凍脹土體消融引起地層沉降。
- b. 在結束維護凍結的第五天,南京市發生20 年不遇的特大暴雨,致使聯絡通道處隧道內積水達2m多深。受此因素影響,未能按計劃及時進行襯砌背部的二次注漿,雖然在積極排水以后馬上對襯砌背部進行了跟蹤注漿,但地面及管片沉降在約兩個月后才達到穩定狀態。
- c. 聯絡通道上方為十多路公交車頻繁停靠的公交站臺,車輛制動荷載導致地表沉降。
預防措施
根據各個施工階段的特點,采取以下措施保護
周圍環境的安全。
- ①為增強管片的整體穩定性,通道開挖前所加預應力鋼架支撐,需待結構達到設計強度,解凍結束后方可拆除。
- ②施工前對前后共計10 環管片螺栓進行復緊,并焊接鋼管片間縱環向接縫。
- ③在鉆孔階段涌水涌砂較厲害時,采取注漿止水。
- ④為減小土層凍脹,隧道上下對稱布置凍結孔,在適當部位設卸壓孔,并采用小開孔距,較低鹽水溫度,較大鹽水流量以加快凍結速度。
- ⑤加強監測,包括地表沉降、隧道變形、通道收斂變形、凍土壓力、凍土和鹽水溫度等監測,以監測結果指導聯絡通道的施工。
- ⑥做好凍結和開挖的配合工作,及時封閉薄弱的凍結壁,并根據開挖后凍結帷幕變形情況及時調整開挖構筑工藝。
- ⑦開挖階段凍結壁變形較大,應及時封閉工作面,采取注漿或強制凍結的方式進行處理。
- ⑧在襯砌施工時預留足夠的背部注漿孔,在解凍期間根據監測結果對凍結區域進行跟蹤注漿,從而減小融沉造成的地層損失。