冻结法联络通道施工技术在天津的应用分析与工艺研究

 

联络通道施工技术在国内外的应用状况

      进入 21 世纪, 随着地下空间的不断开发, 地铁隧道已成为国际大都市的重要标志, 地铁在人们日常生活中越来越发挥着不可替代的作用。联络通道及泵站因其紧急疏散和汇集、排放区间积水的双重功能而被相辅应用。在地铁修建 100 a 来, 区间联络通道因不同地质及施工要求, 随之产生许多施工方法。当前联络通道施工方法主要以顶管法、矿山法、管棚法、类矿山法等为主。其技术最早被应用于少数几个工业发达的国家, 如19 世纪的英国、德国和 20 世纪的德、日、美、法等国。我国联络通道施工技术受经济发展的限制, 一直缺少实施的隧道载体工程, 发展较为缓慢, 应用也相当有限。进入 20 世纪 90 年代后,我国开始大规模地引进、应用国际先进的盾构施工技术和设备, 地铁工程在一些城市得到了快速建设, 为之所涵盖的联络通道工程也相应得以快速发展。

      天津首次将盾构区间应用于地铁 1 号线施工中, 联络通道工程亦在天津首次建设, 多种联络通道施工方案究竟哪一种最适宜天津地层, 有进行方案研究和比选的必要, 也有必要将原有的成熟技术进行研究和改进。

 

冻结法施工技术的应用比选分析

天津市区地质简述

      简而言之, 天津市区岩土层情况从上到下主要为第四系全新统人工填筑的素填土; 全新世海陆交互相沉积层( 含 5 个亚层:〈2- 1A〉淤泥层、〈2- 1B〉淤泥质土层、〈2- 2〉淤泥质粉细砂层、〈2- 3〉中粗砂层、〈2- 4〉层粉质粘土、粘土层) ; 晚更新世冲洪积砂层( 土性以中粗砂为主, 局部为砾砂) ; 晚更新世坡积土层 ( 土性主要为粉质粘土) ; 残积土层 ( 为 4 个亚层:〈5- 1〉可塑粉质粘土层、〈5Z- 1〉可塑砂质粘性土、粘性土层、〈5- 2〉 硬塑粉质粘土层、〈5Z- 2〉 硬塑砂质粘性土、粘性土层) 等。

      埋深多位于 9～30 m 之间的联络通道, 地层多为粉质粘土、粘土、粉土及细砂, 其所处地层孔隙比较大、含水丰富、承载力低、容易压缩、在动力作用下易流变, 开挖后天然土体本身难以自稳, 多数区域内地下水具微承压性或承压性, 土层含水多、水压大、渗透性好, 容易引起水、砂突涌。

 

冻结法的应用可行性比选分析

      目前, 国内外联络通道施工方法取得成功应用的主要有顶管法、管棚法、矿山法和类矿山法( 冰冻法是其中一种) 等, 类矿山法根据其地层加固的施工工艺不同主要分为水平冻结法和旋喷桩加固、深层搅拌桩加固等采用水泥系加固方法。几种方法方案在应用中各有其优势与不足, 对不同地层的适应性也各有不同。各类方案的对比分析见表 1。

      水平冻结法施工技术不仅有许多成功应用的先例, 而且通过表 1 的综合对比可知, 在天津地铁联络通道施工中将是一个相对较为优化的方案, 其优势明显。

      ( 1) 采用冻结法施工的冻土帷幕强度较高, 土体强度可达8 MPa 以上, 具有很强的抗坍塌能力, 施工安全性能高且具有不透水的优点, 特别适合在天津这类含水丰富、稳定性差的地层中应用。

      ( 2) 水平冻结法可以不占用地面, 在单侧隧道内施工, 占用场地小、布置灵活; 免除封路和地面建筑拆迁, 减少环境污染、不影响城市的正常生活与生产活动。

      ( 3) 冻结法施工时只短期改变地层的温度, 而不改变地层的化学成分, 对地层无污染, 尤其是不会污染容易扩散的地下水, 属环保型工法。

 

冻结法技术难点分析与工艺研究

难点技术与对策性措施

      ( 1) 冻土帷幕薄弱点的控制

      a 难点分析。由冻结孔布置断面图 1 可以看出, 呈射线状分布的冻结孔, 即靠近开挖面一侧隧道处的通道喇叭口处和集水井的角部冻结孔分布相对较为薄弱, 而另一侧孔位又相对分散, 通道喇叭口和集水井的角部为冻土帷幕的薄弱点。

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