地铁隧道水平冻结法施工
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隧道施工中的冻结法与冻结技术隧道施工是现代城市建设中不可或缺的一环。
为确保施工过程中的安全和高效,各种施工方法和技术被不断探索和应用。
本文将重点介绍隧道施工中的冻结法与冻结技术。
冻结法是一种常见的施工方法,适用于软弱的土层、湿润的土壤或需要减少水流量的地下工程。
冻结法主要依靠冻结地层来形成临时支撑,确保施工区域不坍塌。
在隧道施工中,冻结法通常分为两种:直接冻结法和间接冻结法。
直接冻结法是将低温冷液注入到地下,通过地热传导使土壤温度迅速下降,形成冷冻带。
这种方法在施工过程中可以提供坚实的工作面,有效控制水流和土壤的塌方。
多年来,直接冻结法在各类隧道施工中被广泛应用,如地铁隧道、水利工程等。
间接冻结法则是通过为空气或低温液体进行冷却,而不将冷液直接注入地下。
间接冻结法的优点是可以减少对周围环境的影响,并且能够更好地控制冷却速度和范围。
然而,由于需要对冷却设备和管道进行布置,间接冻结法的成本相对较高。
除了冻结法外,冻结技术也在隧道施工中发挥重要作用。
冻结技术主要通过控制和利用地下水的冻结状态来实现隧道施工的稳定和安全。
其中,最常用的冻结技术包括冷却井冻结、屏幕冻结和管状冻结。
冷却井冻结是一种通过在施工区域周围钻探和排列冷却井,将冷却液注入地下,使邻近土层冷却并形成冻结带的技术。
这种技术适用于较深的施工区域,可以提供稳定的工作面和高效的施工环境。
屏幕冻结则是通过在土层中钻孔并注入冷却液,形成冷却屏障来控制水流。
屏幕冻结常用于需要临时封堵水源的地下工程,如地铁隧道和隧道底板。
管状冻结是一种将冷却液通过管道注入地下,形成管状冷冻体的技术。
管状冻结可以形成坚固的冷冻带,提供稳定的支撑和环境,适用于较大规模的隧道施工。
隧道施工中的冻结法和冻结技术在保障施工过程中的安全和高效方面发挥着重要作用。
通过冻结地层或控制水流,这些方法和技术能够提供稳定的工作面、减少地层塌方的风险,并有效控制水流和地下水位。
总之,隧道施工中的冻结法与冻结技术在现代城市建设中扮演着重要角色。
冻结法施工工艺地铁施工旁通道冻结法施工工艺冻结法施工工法一、前言作为一种成熟的施工方法,冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中,已有100多年的历史,我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史,主要用于煤矿井筒开挖施工,其中冻结最大深度达435m,冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起,冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。
公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中,采用了冻结法加固的施工方法,通过对施工工艺的归纳总结,以及参考有关施工技术资料,形成本工法。
二、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工,经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点:1、可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的,对于含水量大于10%的任何含水、松散,不稳定地层均可采用冻结法施工技术;2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件,地质条件灵活布置和调整,冻土强度可达5-10Mpa,能有效提高工效;3、冻结法是一种环保型工法,对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构;4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业,能有效缩短施工工期。
三、使用范围冻结法适用于各类地层,主要用于煤矿井筒开挖施工。
目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。
四、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将松散含水岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水,以便在冻结壁的保护下,进行地下工程掘砌作业。
它是土层的物理加固方法,是一种临时加固技术,当工程需要时冻土可具有岩石般的强度,如不需要加固强度时,又可采取强制解冻技术使其融化。
五、工艺流程冻结法六、施工操作要点施工时,应不断对每个施工工序进行管理。
控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。
浅析地铁隧道水平冻结法施工技术摘要:在一般的地铁施工中,由于地铁隧道所处的地层常常较为松软、稳定性差且含水量丰富,要保证安全施工,使用冻结法是比较有效的。
冻结法作为一种在地下施工的特殊施工技术,由于具有多种优势,因而在目前的地铁建设中使用极为广泛。
本文将对地铁隧道中的水平冻结法做出一定的介绍,详细地论述水平冻结法的施工技术。
关键词:地铁隧道;地铁工程;水平冻结法;施工技术随着中国城镇化的不断推进,城市人口不断增长,随之而来的是个人的生存空间不断被压缩,地下空间的开发成为国家扩大城市人口生存空间的最为重要的手段。
我国各大城市正在进行如火如荼的地铁建设,同时其他地下工程也在不断地投入兴建计划。
地铁建设不仅仅可以扩展人的生存空间,还对缓解城市交通压力起着重要的作用,被认为是发展城市交通的有效手段。
可以说,地铁建设是大势所趋,各大城市目前都在争先恐后地兴建地铁工程。
一般来说,地铁都要经过城市的繁华地段,这就要求在进行地铁建设时尽量不影响到周边居民的正常生活,应该尽量避免打扰到市民。
另外,地铁经常需要经过断层破碎带、地下淤泥层、流沙层等等非常容易坍塌且富含水分、稳定性差的地段,以往施工方往往采取通过大管棚小导管注浆以实现超前支护的施工方法,还有些则注浆加固松散底层等方式,但实践证明,这些传统的施工方法由于种种限制并不能确保地层的加固效果[1]。
这时人工冻结法就显示出其独有的优势,因为其具有不受支护范围和深度限制的特点,且能够有效地防止城市挖掘、钻凿施工过程中的相邻土体变形的发生,因而冻结法在市政工程建设中备受青睐。
虽然我国冻结法的基本原理以及基本工艺程序并没有质的变化,但是具体的施工技术以及施工工艺水平却不断地提高,尤其是垂直孔冻结技术在我国已经十分成熟。
但是水平冻结法的施工技术还有待完善和研究。
虽然水平冻结法的基本原则与垂直冻结区别不大,但在工程条件限制、施工的条件以及具体的作业方式等方面都与后者有较大的差别,且难度以及不可控因素更多。
冻结法施工工法冻结法施工工法是一种在土壤或地下水中适用的特殊工法,通过使用低温冻结土壤,以达到固结土壤、提高土壤强度的目的。
该工法被广泛应用于地铁隧道、地下工程以及水利工程等领域。
一、工法原理及步骤冻结法施工工法的原理是通过将导热性能较好的冷媒注入到土层中进行冷冻,降低土壤温度,使土壤中的水分形成冰,进而形成冻结固结的效果。
以下是冻结法施工工法的基本步骤:1. 前期准备工作:包括确定施工区域、进行地质勘探、设计冻结井孔等。
根据具体工程的要求,确定冻结井孔的深度和间距,并进行相应的测量放线工作。
2. 预冷:在施工区域进行预冷,通过降低区域温度,使土壤开始结冰。
预冷可以使用喷淋水或者其他降温设备。
3. 钻井:根据设计要求,在施工区域进行钻井,并安装冻结井孔。
冻结井孔的数量和位置应严格按照设计要求进行设置。
4. 注冷液:将冷媒通过冻结井孔注入土体中,并控制注入速度和密度。
冷媒冷却土壤中的水分,使其凝结为冰。
在注入过程中,需要利用监测设备进行实时监控,确保施工的效果和质量。
5. 冻结维持:在冷却液注入完成后,需要维持一定的冷却时间,以保证土壤完全冻结。
同时,需要对温度进行监控,确保土壤的冷冻效果。
6. 结冰固化:待土壤冷冻完全固化后,可以进行下一步的施工工作。
在这个阶段,冰固体将充当支撑结构的作用,可以避免土壤下陷或发生坍塌。
7. 结束施工:当施工工作完成后,需要进行冰体融化处理。
根据具体情况,可以使用加热水或者其他加热设备加快融冰过程。
融冰后,土体恢复正常状态,可以进行后续的工程施工。
二、冻结法施工工法的优点1. 提高土体强度:冻结法施工工法可以将土壤中的水分冻结成冰,使原本松散的土体变得坚实。
这有助于提高土壤的强度和稳定性,保证施工过程中的安全性。
2. 控制水位与土层状况:通过冻结法施工工法,可以有效地控制水位,避免地下水渗透到施工区域。
这对于地铁隧道、水利工程等需要在地下进行施工的项目尤为重要。
3. 提高施工效率:与传统的地下施工工法相比,冻结法施工工法能够提高施工效率。
北京地铁隧道水平冻结法施工Horizontal ground freezing method applied to tunnelingof Beijing Underground Railway System周晓敏 苏立凡(煤炭科学研究总院北京建井研究所,北京,100013) 贺长俊 关继发(北京城建集团地铁建设指挥部,北京,100000)文 摘 北京复八线地铁“大—热”区间南隧道施工时,拱顶遇到饱和含水的粉细砂层,此段隧道地处国贸立交桥下,又有多条地下管线,为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行,在国内首次实施了隧道内的水平冻结加固施工。
本文论述了该工法的设计、关键技术的处理以及实际取得的效果,探讨了人工地层冻结和浅埋暗挖技术相结合的发展方向。
关键词 冻结法,水平钻孔,地铁隧道中图法分类号 T U 472.9,U 455,T D 265.3作者简介 周晓敏,男,1964年生,1985年毕业于山东矿业学院,1994年于中国矿业大学获硕士学位,高级工程师,国内外发表论文12篇,获2项国内专利,1997年获得煤炭部科技进步一等奖,主要从事人工地层冻结技术研究和工程承包。
Zhou Xiaomin Su Lif an(Beijing Research Institute of Mine Construction Central Coal Mining Research Institute ,Beijing ,100013)He Changjun Guan Jif a(Railway Engineering General Headquarters Beijing Urban Construction Group Co.Ltd.,Beijing ,100081)Abstract During the construction of the south railway tunnel in Da Re Area of Beijing Underground Railway System ,there was a watersaturated layer of fine sand on the roof of the tunnel area.The tunnel area is located under the Guomao Overpass and there are several underground pipelines located in the tunnel area.To assure a normal operation and safety of the pipelines and overpass ,horizontal ground freezing method was applied to the tunneling for the first time in China.This paper has stated the design ,the key technologies and the practical results of this method ,and discussed the technical tendency in combination of the ground freezing and the excavation with a shallow depth.K ey words freezing method ,horizontal drilling ,underground railway tunnel1 引 言 Ξ冻结法在我国广泛应用于煤矿井筒施工,是解决淤泥、流砂等不稳定含水表土的可靠技术工法。
区间隧道冻结法施工一、冻结施工过程1.水平冻结孔施工水平冻结孔施工采用二次开孔工艺,以防钻透地下结构体时大量出泥出水。
一次开孔采用金刚石取心钻在地下结构体上钻进300mm左右深度(不钻透结构体)。
一次开孔钻进完毕下入孔口管并安装阀门,进行二次开孔钻进,直至钻透结构体。
结构体钻透后,立即退出开孔钻头、关闭阀门。
用夯管法下冻结管,夯管和钻进时安装类似轴封的孔口止水装置。
对需要穿透地下结构体的冻结孔应先用夯管法下套管,套管下至结构体墙面,然后用钻机在套管中钻透结构体,再用夯管法下入冻结管。
钻进结构体时钻头部位应安装逆止阀和岩心管。
下完冻结管后,对冻结管与孔口管及套管间的间隙和孔口附近地层进行注浆充填。
下泄压管(滤水管)时,在泄压管内装满三合土以防夯进泄压管时出水影响施工。
应确保冻结孔定位准确。
冻结管夯进时,预设朝隧道外结构面法向的外偏角宜为0.5°~1°,以防冻结孔太靠近开挖面影响冻结壁有效厚度。
当钻进流沙层时需注意以下事项:安装孔口管后先注浆封堵,防止钻孔时漏水;钻孔中带水钻进,有部分水砂流出,所以钻孔施工结束后要及时适量补注双液水泥浆,防止地表下沉及封闭孔口防止漏水带来大的事故;要注意测斜、测深、打压、试漏;要达到钻孔设计及规范要求。
2.地层冻胀和融沉控制措施考虑到开挖时为确保冻结帷幕的有效厚度(开挖时不被挖掉)、少挖冻土方便施工,要合理布置冻结孔圈径。
在冻结壁内未冻土中设泄压孔,通过放水、排泥来减小冻结壁内的水土压力和消散作用在既有结构体上的冻结附加力。
泄压孔采用φ140mm以上的钻孔。
泄压孔滤管不包纱网,以便在冻胀引起地层压缩时,可从泄压孔泄水或排除部分土体。
施工中应根据既有结构体及地层变形监测结果和泄压孔中的水压变化情况进行泄压。
既有结构体附近应适当增设冻结孔和加热孔,加热孔兼作测温孔,应根据工程监测结果合理调整冻结孔的供冷量。
特殊情况下可通过在加热孔中循环热水来迅速提高冻结壁温度使冻结壁软化,从而减小冻胀力。
地铁施工旁通道冻结法施工工艺一前言作为一种成熟的施工方法,冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中,已有100多年的历史,我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史,主要用于煤矿井筒开挖施工,其中冻结最大深度达435m,冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起,冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。
公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中,采用了冻结法加固的施工方法,通过对施工工艺的归纳总结,以及参考有关施工技术资料,形成本工法。
二、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工,经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点:1、可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的,对于含水量大于10%的任何含水、松散,不稳定地层均可采用冻结法施工技术;2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件,地质条件灵活布置和调整,冻土强度可达5-10Mpa,能有效提高工效;3、冻结法是一种环保型工法,对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构;4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业,能有效缩短施工工期。
三、使用范围冻结法适用于各类地层,主要用于煤矿井筒开挖施工。
目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。
四、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将松散含水岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水,以便在冻结壁的保护下,进行地下工程掘砌作业。
它是土层的物理加固方法,是一种临时加固技术,当工程需要时冻土可具有岩石般的强度,如不需要加固强度时,又可采取强制解冻技术使其融化。
五、工艺流程冻结法六、施工操作要点施工时,应不断对每个施工工序进行管理。
控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。
地铁旁通道冻结法施工工法一、前言旁通道(又称联络通道)是地铁隧道施工中技术难度大、工序较复杂的施工环节之一,作为旁通道施工安全的核心土体加固,一旦处理不当,会致使地面沉陷、房屋坍塌、隧道失去使用功能。
2004年,上海地铁4号线就发生过类似的事故。
因此在认真作好地质与环境调查的基础上采取合理的土体加固方案十分必要。
2004年,中铁四局集团在上海地铁M8线Ⅲ标段黄兴路站~延吉中路站区间隧道旁通道工程施工中,采用了冻结法加固的施工方法,通过对施工过程的归纳总结,以及参考有关施工技术资料,形成本工法。
二、工法特点1、可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的;2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件,地质条件灵活布置和调整,冻土强度最大可达10MPa,安全性好;3、无异物进入土壤,噪音小,不影响建筑物周围地下结构。
三、适用范围适用于含水量大于10%的任何含水、松散、不稳定地层;可用于盾构隧道掘进、旁通道和泵站施工,顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等。
四、工艺原理地铁旁通道冻结法是利用现代制冷技术,通过在需加固土层内敷设冻结管,冻结管内采用循环盐水,在冷冻机的作用下使地层中的水结冰,将松散含水岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水,以便在冻结壁的保护下,进行旁通道的掘砌作业。
是一种临时加固技术,可根据工程需要调节冻土强度,并可采取自然或强制解冻技术使其融化。
五、工艺流程冻结法施工工艺流程图六、施工操作要点施工前,应根据工程地质、水文、构筑物、现场施工条件情况进行冻结帷幕、冻结孔布置、制冷及其他冻结参数设计。
由于地面条件受限制,目前城市地铁旁通道的冻结孔主要是采用水平布置。
1、冻结孔施工施工中,对每个施工工序加强管理。
控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结管试漏、冻结过程检测的质量。
1.1开孔间距误差控制在±20mm内。
在打钻设备就位前,用经纬仪精确确定开孔孔位,以提高定位精度。
冻结法施工经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点:1可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的,对于含水量大于10%的任何含水、松散,不稳定地层均可采用冻结法施工技术;2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件,地质条件灵活布置和调整,冻土强度可达5-10Mpa,能有效提高工效;3冻结法施工对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构;4冻结法施工用于桩基施工或其它工艺平行作业,能有效缩短施工工期。
冻结法施工在南京地铁张府园车站的应用:南京地铁一期工程张府园车站南隧道盾构法施工时,洞门两侧出现大量流砂,附近区域的沉降量较大,为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行,在南京首次实施了地下工程的人工冻结法施工。
本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果。
我国冻结法施工现已成为成熟的凿井施工技术,但在城市岩土工程中的应用还不多。
冻结技术可在地面城市地下工程中的应用范围包括:盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固,在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入,迅速采用双液注浆堵水,过了两天又在有大量流砂涌入,对周围环境产生较大的影响,其中端头井东侧的沉降量增大,东部20平方米区域下陷1.5m左右。
在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施,以保证施工以及周围环境的安全。
固、城市地铁泵房、旁通道和急转弯部分、建筑基根据管线及房屋调查结果显示,在张府园车站坑加固、地下工程涌水、坍塌事故的抢险修复、地南端头井的东侧沿中山南路方向15m范围内有下隧道交叉处土体加固、桥墩基础施工等。
南京地380V的电缆一根,直径约900mm的下水管一根,铁南北线一期工程TA7标张府园车站端头井洞门南侧沿建邺路方向15m范围内有380V的电缆一补充加固时北京中煤矿山工程有限公司采用冻结法根,直径约1200mm以及150mm的上水管一根。
冻结法在地铁盾构隧道联络通道施工中的应用1工程概况杭州地铁九堡东站乔司南站盾构区间隧道联络通道及泵站位丁区间隧道中部,联络通道及泵站采取合并建造模式,距离联络通道上部地面正上方14m处有一居民房,联络通道上方无重要管线。
拟构筑联络通道所在位置的隧片为钢管片,隧道内径为45.5ni,上、下行线隧道中心线距离15.46m o联络通道结构见图1。
图1联络通道结构不意图2工程地质及水文地质条件根据离联络通道最近的地质勘探孔提供的地质情况,联络通道所处地层上部和中部为③5砂质粉土、下部③6粉砂火砂质粉土,见图1所示。
该土层具有高压缩性、低强度、灵敏度高、透水性强等特点,在动力作用下易产生流变现象。
在该地层内进行联络通道开挖构筑,须对土体进行稳妥、可靠的加固处理。
冻结法加固土体具有强度高,封水性好,安全可靠的优点,极适丁本工程。
3施工工艺过程3.1施工方案选定根据上述联络通道施工条件,决定采用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工方案。
即:在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层,使联络通道及泵房外围土体冻结,形成强度高,封闭性好的冻结帷幕。
在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖构筑施工,地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。
3.2冻结法的施工工艺图2冻结法施工流程图3.3冻结加固设计冻结帷幕的加固范围联络通道冻结帷幕按冻结加固设计图的要求进行施工。
冻结壁平均温度设计为-10C,相应的冻土强度的设计指标为:单轴抗压3.6Mpa,抗折1.8Mpa,抗剪1・6Mpa,无侧限抗压强度qu>3.0Mpa,土体渗透系数1X0-8cm/sec)k<冻结孔、测温孔与卸压孔的布置冻结孔布置从上、下行线隧道两侧打孔方式进行施工。
冻结孔按上仰、水平、下俯三种角度布置,共布置冻结孔78个,其中上行线64个,下行线14个。
设置穿透孔4个。
冻结孔的布置详见图3、图4。
图3:冻结孔立面透视图4:冻结孔平面布置3. 3. 2. 2测温孔布置测温孔共布置8个,上行线4个,下行线4个,深度为2 6m,主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况,以便综合采用相应控制措施,确保施工的安全。
广州地铁水平冻结法施工工法1. 引言广州地铁建设项目是广州市重要的交通项目之一。
在地铁建设过程中,存在一些特殊的地质条件和工程难题需要解决。
本文档旨在介绍广州地铁水平冻结法施工工法,以解决地铁建设中的一些困难。
2. 背景地铁建设中,常常会遇到复杂的地质环境,如软土地区、高湿度地区等。
这些环境可能会导致地铁隧道的施工困难和安全隐患。
因此,在特定的地铁建设项目中,需要采用一些特殊的施工工法。
3. 水平冻结法施工工法概述水平冻结法是一种通过冻结地层达到固定地下水位、增加地下水密度的施工工法。
通过控制地层的温度和湿度,可以使地下水结冰,从而提供一个稳定和安全的施工环境,同时减小地下水对地铁隧道周围土层的影响。
水平冻结法的主要施工步骤包括:预冷、施冻密封体、注入冻结液、冻结固化、施工和开挖等。
下面将对每个步骤进行详细介绍。
4. 水平冻结法施工步骤4.1 预冷预冷是水平冻结法的第一步,用于降低地下水的温度。
首先,需要在施工现场进行降温作业,例如使用冷却剂喷洒地下水,以降低地下水的温度。
在地下水温度下降到一定程度后,进入下一步。
4.2 施冻密封体施冻密封体是为了控制冻结区域的封闭性和一致性。
在水平冻结法中,施冻密封体是通过设置冻结排队和密封墙来实现的。
施工人员在地铁隧道周围挖掘深度约30cm的排队封堵,然后注入密封风化岩石混合物,形成密封墙,确保冻结区域的封闭性。
4.3 注入冻结液注入冻结液是实现地下水冻结的关键步骤。
在施工现场设置注冻井,通过注入冷冻液体,使地下水温度迅速下降,并逐步形成一片冻结区域。
4.4 冻结固化冻结固化是保证施工过程中的地下水稳定和安全的重要步骤。
在注入冻结液后,需要等待一定的时间,让地下水逐渐冻结固化。
同时,需要监测环境温度和地下水温度,以确保冻结过程的稳定性。
4.5 施工和开挖当地下水达到冻结要求后,可以进行施工和开挖。
在开挖过程中,需要注意地下水的控制,避免地下水重新渗入开挖区域,影响施工进度和安全。
冻结法在地下施工中的运用随着城市化进程的不断加速,地下空间的开发已经成为城市规划的一个重要方面。
然而,地下空间开发所涉及的施工技术和管理难度极大,需要运用多种复杂的技术手段来实现。
其中,冻结法作为一种重要的技术手段,被广泛应用于地下管道、隧道和地铁等建设领域中。
本文将从冻结法的原理、运用案例及优缺点等方面进行探讨。
一、冻结法的原理冻结法是一种通过对土壤进行冻结,使其达到一定硬度,从而达到控制土体变形的目的。
一般来说,冻结法分为两个步骤:首先要在地下工程周围的土体中注入一定的冷却介质,如液氮或气氮来冷却土体;然后再注入一定的硬化介质,如水泥浆等,来增加土体的强度和硬度。
通过这些步骤,冻结法可以有效控制土体变形,从而确保地下工程的安全性。
二、冻结法在地下施工中的运用案例1. 地铁隧道建设在地铁的建设过程中,冻结法被广泛应用于隧道的施工。
比如在北京地铁23号线的建设过程中,冻结法被运用于隧道施工中。
通过对周围土体进行冷却和加固,成功地控制了隧道周围土体的变形和稳定,在施工过程中保证了地铁客运安全性。
2. 燃气管道铺设在燃气管道的铺设过程中,冻结法也是常见的施工技术。
比如在广州某燃气公司的项目中,采用了冻结法铺设燃气管道。
通过对管道周围土体的冷却和硬化,确保了管道施工过程中的安全和稳定。
三、冻结法在地下施工中的优缺点1. 优点冻结法可以有效控制土体变形,确保地下工程的安全性。
同时,冻结法还可以控制地下水位,减少水位的影响对施工的影响。
2. 缺点冻结法在施工过程中较为耗能和耗时,需要大量的冷却介质和硬化介质。
同时,冻结法在一些土体条件较差的地区并不适用。
总体而言,冻结法在地下施工中的运用具有极大的优势和灵活性,但也需要按照实际情况进行选择。
在今后的地下施工中,冻结法将继续发挥重要的作用。
北京地铁隧道水平冻结法施工Horizontal ground freezing method applied to tunneling of Beijing Underground Railway System周晓敏 苏立凡(煤炭科学研究总院北京建井研究所,北京,100013) 贺长俊 关继发(北京城建集团地铁建设指挥部,北京,100000)文 摘 北京复八线地铁“大—热”区间南隧道施工时,拱顶遇到饱和含水的粉细砂层,此段隧道地处国贸立交桥下,又有多条地下管线,为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行,在国内首次实施了隧道内的水平冻结加固施工。
本文论述了该工法的设计、关键技术的处理以及实际取得的效果,探讨了人工地层冻结和浅埋暗挖技术相结合的发展方向。
关键词 冻结法,水平钻孔,地铁隧道中图法分类号 T U472.9,U455,T D265.3作者简介 周晓敏,男,1964年生,1985年毕业于山东矿业学院,1994年于中国矿业大学获硕士学位,高级工程师,国内外发表论文12篇,获2项国内专利,1997年获得煤炭部科技进步一等奖,主要从事人工地层冻结技术研究和工程承包。
Zhou Xiaomin Su Lif an(Beijing Research Institute of Mine Construction Central Coal Mining Research Institute,Beijing,100013)He Changjun Guan Jif a(Railway Engineering General Headquarters Beijing Urban Construction Group Co.Ltd.,Beijing,100081)Abstract During the construction of the south railway tunnel in Da Re Area of Beijing Underground Railway System,there was a water saturated layer of fine sand on the roof of the tunnel area.The tunnel area is located under the Guomao Overpass and there are several underground pipelines located in the tunnel area.To assure a normal operation and safety of the pipelines and overpass,horizontal ground freezing method was applied to the tunneling for the first time in China.This paper has stated the design,the key technologies and the practical results of this method, and discussed the technical tendency in combination of the ground freezing and the excavation with a shallow depth.K ey words freezing method,horizontal drilling,underground railway tunnel1 引 言 Ξ冻结法在我国广泛应用于煤矿井筒施工,是解决淤泥、流砂等不稳定含水表土的可靠技术工法。
其方法是在井筒四周布置垂直冻结孔,向地层供冷,进行人工冻结,固结软弱地层,在冻结壁的保护下进行掘进和衬砌。
但冻结法在我国隧道施工中还未得到广泛应用,1997年11月至1998年4月,在北京地铁热—八线大北窑车站南隧道进行了我国首例水平法冻结施工,水平距离45m。
2 工程概况北京地铁复兴门至八王坟的南隧道,在由东掘衬至大北窑车站东侧的隔断门(里程为B248+12108)时,隧道顶部遇到了粉细砂层,发生坍塌,并造成地表的沉陷,据勘测资料,此段的粉细砂约1~2m厚,鸡窝状赋存,呈流态,据调查,粉细砂的水饱和与隧道上面的地下排污水管线渗漏有关。
此段隧道正处在国贸立交桥下,是长安街和东三环的交叉要道。
隧道地质环境条件如图1所示,由地面向下,土层依次为杂填土、轻亚粘土、粉细砂、圆砾砂层、轻亚粘土。
隧道顶埋深约10m,拱顶上部主要有以下管线:(1)直径118m的污水管道,埋深8m,距离拱顶2 m,距隔断门16m,南北走向与隧道线路正交。
(2)6m宽2m高的污水方沟,距离隔断门约36m 处,埋深8m,距离拱顶2m,在三环高架桥两立柱间,与隧道正交。
(3)直径114m的污水管道,埋深7m,距拱顶3m,南北走向与线路正交。
(4)直径112m的雨水合流管线,埋深5m,距拱顶315m,东西走向在拱顶南侧315m。
根据上述施工环境和困难的地质条件,经研究认为采用人工地层冻结加固施工最可靠,可以保证地下管线和地面交通安全,其关键是地下水平冻结管的铺设和施工成本的控制。
3 水平冻结施工设计311 水平冻结方案的确定冻结长度 考虑两个因素,一是重点保护污水管Ξ到稿日期:199******** 第21卷 第3期岩 土 工 程 学 报Vol.21 No.3 1999年 5月Chinese J ournal of Geotechnical Engineering May, 1999 图1 北京地铁“大—热”区间隧道水平冻结段纵向剖面图Fig.1 Longitudinal section of horizontal ground freezing of the Da-Re Area of Beijing Underground Railway及方沟为加固区,二是拱顶上方粉细砂层和开挖线的相互位置,确定值为45m。
冻结壁形状 在隧道拱顶开挖线上方,呈割圆拱型。
冻结壁弧长 使得冻土和下部粘土层相交,L=7m。
冻结壁厚度 既符合受力计算安全,又考虑布置钻孔及冻结壁隔离粉细砂等方面的工艺要求。
按平面应变的厚壁拱梁计算,S≥112m。
冻结孔布置圈半径R=r+015E=3125m式中 r为外衬半径;E为有效冻结壁厚。
最大孔间距(终孔间距)L max≤E=112m;或L max=2vt式中 t为积极冻结时间(d);v为冻土扩展速度(m m/d)。
开孔间距I o=I max-2Hζ=0168mm式中 H为冻结孔长度(m);ζ为偏率。
设计检测孔2个。
隧道断面及冻结孔布置及偏斜见图2。
312 拱形冻结壁结构和强度设计冻结壁厚112m,平均温度为-10℃,冻结粉细砂持久抗压强度6MPa,抗弯强度215MPa。
按平面应变结构验算。
抗弯安全系数达到1183,抗压安全系数达到3106。
313 冻结施工技术参数采用一台Y S LG F300型螺杆压缩机组,标准制冷量281kW。
地层冻结供冷工艺参数和指标如下:积极冻结盐水温度为-24~-26℃;冻结壁交圈时间为25~28d;最早开挖时间为25d;积极冻结时间为25~40 d;维护冻结盐水温度为-18~20℃;维护冻结时间为36d。
图2 水平冻结管、测温孔布置及偏斜图Fig.2 Arrangement&deviation of horizontal freeze pipeand temperature measuring pipe023岩 土 工 程 学 报 1999年 4 水平冻结孔的施工411 水平冻结孔的施工技术要求和特点水平冻结孔施工是人工地层冻结的关键,一是要控制冻结钻孔的偏斜,二要确保冻结器安装的密封性能达到质量要求。
在常规竖井冻结施工规范中,偏率控制取决于深度和岩性,一般要求在表土层内的垂直钻孔偏斜率小于013%,到达基岩段内的钻孔偏斜率为015%,本项目根据工期和安全要求,结合国内目前水平钻孔的技术水平,确立冻结孔偏率控制在017%~1%以内,最大相邻孔间距112m,必要时进行补孔。
冻结器的耐压要求大于016MPa。
钻孔偏斜控制需从钻机选型、钻具组合工艺、冻结管铺设方法等方面综合考虑。
冻结孔施工有以下特点:(1)水平冻结孔密集、偏率精度要求较高。
(2)钻孔定位空间小。
钻孔均在隧道的边缘,左右上下的操作空间有限,开孔距侧帮的最小空间小于250mm宽。
(3)需进行盲孔水平钻进和铺管,因此顶钻法、矛夯法、导向反拉水平钻法等施工方法难以实现。
(4)应选用抗电磁干扰的水平测斜仪器或导向仪,但目前国内还没有适用于水平冻结孔测斜的仪器。
412 技术方案和措施总体方案是:选用MK-5型水平坑道钻机,采用钻孔和铺管合一的技术方案,钻杆采用(108mm×6 mm无缝钢管,兼作冻结管,螺纹加焊接连接,配用114 mm无芯钻头,泥浆循环钻进。
水平钻孔偏斜的原因取决于钻杆受力条件和安装因素。
钻杆受压和自重是导致钻孔偏斜和下垂的主要原因。
其次是安装和开孔误差因素。
为确保钻孔精度采取以下技术措施:(1)采用了冻结管兼作钻杆,增加了钻杆的刚度,直径比一般增加了近2倍,抗弯刚度增加近16倍。
(2)采用螺纹连接确保钻杆连接的同心度,同时接口加焊,既确保密封性能,又增加接口的刚度。
(3)增加钻机至开口之间的距离,架设孔外导向装置和开孔段导向管。
减少开孔误差。
(4)泥浆循环,起到排渣、护壁、破土、润滑四大作用。
(5)采用灯光测斜,简易、适用、经济,虽然测斜的距离有限,但精度可信。
通过与试验钻孔所掌握的钻孔轨迹和规律,可以指导施工。
(6)采用新型组合钻头,确保了钻进、测斜、冻结管试漏三项工序的实施。
413 水平冻结孔的施工结果水平钻孔于1997年9月24日~10月31日进行了水平钻试验,11月7日开始正式水平冻结孔的开钻,12月6日结束,工期1个月。
除去协调和试验占用的工期外,纯施工速度一般每3d完成2孔,包括钻机的定位,钻进、测斜、密封、打压试漏等5道工序。
钻孔垂直和水平偏率一般达到了015%以内,但8号孔水平偏率达到了0197%,主要原因是靠侧墙布孔方位控制难度大,为了控制最大孔间距,增加1个4419m深的补孔。
实际完成水平冻结孔9个,2个观测孔。
5 隧道水平冻结段施工511 水平地层冻结冷冻站和管路安装于1998年1月3日开始,1月19日开始制冷运转,运转2d盐水降至-5℃,10d盐水的供冷温度达到-15℃,22d到达设计温度-24~-25℃,图3是C2观测孔内各测点的地层降温曲线。
C2开孔距离冻结器布置线0193m,冻结30d孔深20 m以内的地层温度2~3℃,说明冻结冻土接近隧道掘砌荒径。