專利名稱:雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是用于地下隧道及其連接通道的凍結(jié)法施工方法,特別 涉及一種雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
凍結(jié)法施工是利用人工制冷技術(shù)使地層中的水結(jié)成冰,把天然土變成 凍土,從而增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性,隔絕地下水與地下結(jié)構(gòu)的聯(lián)系,以便在 凍結(jié)帷幕的保護(hù)下進(jìn)行開挖施工的一種特殊施工方法。十九世紀(jì)六十年代,
凍結(jié)法首先應(yīng)用于英國(guó)南威爾士的建筑基礎(chǔ)工程。1883年,德國(guó)工程師波 茨舒(P.H.Potsch)在阿爾巴里的煤礦采用凍結(jié)法成功施工了 103m深的井 筒,并獲得了凍結(jié)技術(shù)專利,引起全世界的關(guān)注,從此世界各國(guó)都廣泛地 應(yīng)用凍結(jié)技術(shù),促進(jìn)了凍結(jié)技術(shù)的發(fā)展。凍結(jié)法在我國(guó)起步較晚,但發(fā)展 速度卻很快,我國(guó)自1955年開灤礦區(qū)首先應(yīng)用凍結(jié)法鑿井以來,凍結(jié)法已 發(fā)展成為我國(guó)工程領(lǐng)域通過不穩(wěn)定沖積層和裂隙含水層的主要施工方法。 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的公開文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),與本發(fā)明有關(guān)的主要有楊國(guó)祥、 丁光瑩等人的中國(guó)發(fā)明專利《軟土層水平凍結(jié)法連接通道的施工方法》;丁 光瑩等人撰寫的文章《大連路隧道江底聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工技術(shù)》,收錄于《地 下工程與隧道》2003年第3期第30 34頁;胡向東、陳蕊撰寫的文章《雙 層越江隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)》收錄于《低溫建筑技術(shù)》2006年第 5期第64 66頁。在上述專利《軟土層水平凍結(jié)法連接通道的施工方法》(專 利申請(qǐng)?zhí)枮?00410067138.x)中,詳細(xì)闡述了軟土層水平凍結(jié)法連接通道的 施工方法,具體內(nèi)容為確定積極凍結(jié)期和維護(hù)凍結(jié)期的鹽水溫度、凍土 墻平均溫度和凍土強(qiáng)度;設(shè)計(jì)布置凍結(jié)孔,同時(shí)凍結(jié)孔布置應(yīng)根據(jù)管片配 筋圖微調(diào),凍結(jié)孔偏斜控制孔徑向外的偏角在0.5。 1.0。范圍;計(jì)算凍結(jié)冷
5量,根據(jù)冷量需要每臺(tái)機(jī)組的制冷量達(dá)8.6xl04kcal/h;先開挖隧道喇叭口
導(dǎo)洞,再開挖中間段,然后開挖對(duì)側(cè)隧道喇叭口導(dǎo)洞,中間段結(jié)構(gòu)層施工
完畢后,再刷擴(kuò)兩端喇叭口,開挖步距為0.3m或0.5m;實(shí)施全過程對(duì)水 平凍結(jié)孔施工、凍結(jié)系統(tǒng)、凍結(jié)壁、圓隧道結(jié)構(gòu)變化和支護(hù)結(jié)構(gòu)等各個(gè)階 段和系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋以指導(dǎo)施工?!洞筮B路隧道江底 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工技術(shù)》文章是專利所結(jié)合的工程介紹。文章《雙層越江 隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)》主要闡述了在復(fù)興東路雙層越江隧道中進(jìn) 行水平凍結(jié)法連接隧道的施工,該聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)偏心、隧道空間有限、凍 結(jié)管布置復(fù)雜,水平、長(zhǎng)斜孔和南北線隧道通孔鉆進(jìn),鉆孔精度要求高, 施工困難,部分施工技術(shù)缺乏足夠經(jīng)驗(yàn)。
上述凍結(jié)施工方法目前雖然廣泛應(yīng)用于各類通過不穩(wěn)定沖積層和裂隙
含水層的隧道施工中,但是存在下列不足(1)凍結(jié)孔是采用單排孔或是長(zhǎng)
短結(jié)合的雙排孔,大體積凍結(jié)時(shí)效率低、時(shí)間長(zhǎng);(2)上述凍結(jié)方案在完成 主隧道施工之后進(jìn)行連接通道的施工,因而工期漫長(zhǎng);(3)對(duì)結(jié)構(gòu)完成后的 凍結(jié)帷幕一般采用自然解凍,因而無法有效控制隧道和連接通道的沉降。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種 安全可靠的軟土層雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,其合理地布 置凍結(jié)孔,以提高凍結(jié)效率,有效地控制開挖過程中洞口的穩(wěn)定,并且 采取系統(tǒng)的與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿措施,以 控制連接通道和隧道的沉降,同時(shí)采用連接通道開挖與隧道推進(jìn)施工同 時(shí)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)開挖方式,以縮短施工周期。
本發(fā)明解決上述問題所采取的技術(shù)方案如下
一種雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,包括確定凍結(jié)參數(shù)、 布置和鉆打凍結(jié)孔、安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng)、施工開挖連接通道和施工監(jiān) 測(cè)監(jiān)控,其特征在于該施工方法還包括有與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿,其在自然解凍的同時(shí),采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi) 循環(huán),分區(qū)強(qiáng)制解凍凍土,解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽?,通過預(yù)埋的注 漿管進(jìn)行融沉注漿,注漿部位的順序同樣為由下至上;所述凍結(jié)孔分內(nèi)、 外兩排孔布置,孔長(zhǎng)度以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)打孔的方式;所 述開挖連接通道的施工采用動(dòng)態(tài)開挖方式,即兩主隧道的推進(jìn)施工同時(shí) 照常進(jìn)行。
本發(fā)明所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,其依次包括 如下具體步驟
(1) 確定凍結(jié)法施工參數(shù)
根據(jù)實(shí)際工況,確定積極凍結(jié)期和維護(hù)凍結(jié)期的鹽水溫度、凍結(jié)帷 幕平均溫度、凍結(jié)帷幕強(qiáng)度和厚度
① 凍結(jié)鹽水溫度積極凍結(jié)期不高于-3(TC,維護(hù)凍結(jié)期-20 -25
。C;
② 凍結(jié)帷幕平均溫度-8 -15°C;
③ 凍結(jié)帷幕強(qiáng)度5ffi=4.95MPa, 5拉彎=2.7 MPa, 5剪=2.4 MPa;
④ 凍結(jié)帷幕厚度連接通道正常段2.4m,連接通道喇叭口段2.1m。
(2) 布置和鉆打凍結(jié)孔 根據(jù)連接通道平面尺寸和結(jié)構(gòu)受力特征布置凍結(jié)孔,該凍結(jié)孔布置
分內(nèi)、外兩排孔,孔長(zhǎng)度以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)的打孔方式, 凍結(jié)孔布置根據(jù)管片配筋狀況進(jìn)行微調(diào)以避開主筋,然后采用鉆機(jī)進(jìn)行 凍結(jié)孔的施工;凍結(jié)孔打孔是利用凍結(jié)管作鉆桿,采用跟管鉆進(jìn),該凍 結(jié)管為低碳鋼無縫鋼管,采用絲扣連接、接縫補(bǔ)焊,鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān) 測(cè)、及時(shí)糾偏,確保最大允許偏斜150mm;鉆進(jìn)結(jié)束后進(jìn)行打壓試漏, 合格者在凍結(jié)管內(nèi)下供液管;連接通道中還布置有多個(gè)測(cè)溫孔和泄壓孔。
(3) 安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng) 在靠近連接通道的位置安裝包括凍結(jié)站、冷凍機(jī)組、冷凍板、凍結(jié)管路和冷卻水管路在內(nèi)的凍結(jié)系統(tǒng),根據(jù)冷量需要選擇冷凍機(jī)組,采用CaCl2鹽水溶液為冷媒劑,在冷凍機(jī)組、凍結(jié)管路以及連接通道兩側(cè)管片處采取保溫措施;凍結(jié)系統(tǒng)安裝調(diào)試正常后,依次進(jìn)入連接通道開挖前
的積極凍結(jié)期和開挖后的維護(hù)凍結(jié)期,在積極凍結(jié)過程中,定時(shí)監(jiān)測(cè)鹽
水溫度、鹽水流量和凍結(jié)帷幕擴(kuò)展情況,監(jiān)測(cè)頻率每2小時(shí)一次。
(4) 動(dòng)態(tài)施工開挖連接通道通過實(shí)測(cè)和計(jì)算得出凍結(jié)帷幕各層面、各部位的厚度和平均溫度,
若已滿足開挖條件,即進(jìn)行連接通道的開挖施工,連接通道采用礦山法進(jìn)行暗挖施工,在其開挖的同時(shí),由其連通的兩條主隧道的推進(jìn)施工照常進(jìn)行,連接通道的挖掘砌進(jìn)采取分區(qū)方式進(jìn)行,首先進(jìn)行凍結(jié)站側(cè)喇叭口導(dǎo)硐,然后開挖通道部分到設(shè)計(jì)尺寸,最后刷兩端喇叭口,連接通道正常段的開挖步距為0.6m 0.8m,兩端喇叭口段的開挖步距為0.6m;開挖支護(hù)方式采用臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)兩次支護(hù),臨時(shí)支護(hù)采用鋼支架和木背板加噴射混凝土結(jié)構(gòu),永久支護(hù)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
(5) 與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿在自然解凍的同時(shí)進(jìn)行主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍,采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)
循環(huán),分區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制解凍凍土,解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽?,即先解凍下部?jī)鐾粒俳鈨鲋胁績(jī)鐾?,最后解凍上部?jī)鐾?;融沉注漿通過預(yù)埋的注漿管進(jìn)行,采用常溫清水沖孔方式延長(zhǎng)注漿管至凍結(jié)帷幕外側(cè),注漿部位的順序同樣為由下至上,即先通道底板,再通道兩側(cè),最后通道頂板;所述融沉注漿使用的注漿材料以水泥-水玻璃雙液漿為主,單液漿為鋪,注漿壓力不超過0.5MPa;融沉注漿配合強(qiáng)制解凍進(jìn)行,當(dāng)95%以上
的測(cè)溫點(diǎn)達(dá)到ot:以上時(shí)結(jié)束強(qiáng)制解凍,強(qiáng)制解凍結(jié)束后若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨于
穩(wěn)定,即可停止融沉注漿。
(6) 施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控
施工全過程對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)、凍結(jié)帷幕、連接通道結(jié)構(gòu)內(nèi)外力、隧道結(jié)構(gòu)凍脹力和隧道結(jié)構(gòu)變形諸狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步,其凍結(jié)孔采用雙排孔布置且均為長(zhǎng)孔,因此能夠形成厚度均勻、強(qiáng)度足夠的凍結(jié)帷幕,從而提高了凍結(jié)效率,有效地控制開挖過程中洞口的穩(wěn)定,保證了施工的安全和工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,同時(shí)在此前提下,本發(fā)明采取了連接通道開挖與主隧道推進(jìn)施工同時(shí)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)開挖方式,從而大大縮短了施工周期;此外,本發(fā)明所述雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法采取了與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍方式對(duì)凍結(jié)帷幕進(jìn)行解凍,這和與之同時(shí)配合進(jìn)行的融沉注漿一起,形成了完整系統(tǒng)的人工掌控的解凍和控沉降措施,從而有效地控制了連接通道及其連接的兩主隧道的沉降,達(dá)到了確保工程質(zhì)量和減少工程對(duì)周邊建筑的影響的效果,本發(fā)明適用于各類軟土層連接通道的凍結(jié)施工。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明所述雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法適用于各類軟土層中相鄰隧道之間連接通道的凍結(jié)法施工,其包括確定凍結(jié)參數(shù)、布置和鉆打凍結(jié)孔、安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng)、施工開挖連接通道和施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控等內(nèi)容,與現(xiàn)有技術(shù)不同的是該施工方法還包括有與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿步驟,其在自然解凍的同時(shí),采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū)強(qiáng)制解凍凍土,解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽希ㄟ^預(yù)埋的注漿管進(jìn)行融沉注漿,注漿部位的順序同樣為由下至上;所
述凍結(jié)孔分內(nèi)、外兩排孔布置,孔長(zhǎng)度以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)
打孔的方式;所述開挖連接通道的施工采用動(dòng)態(tài)開挖方式,即兩主隧道的推進(jìn)施工同時(shí)照常進(jìn)行。
所述雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法的具體步驟和操作內(nèi)容如
9下
(1) 確定凍結(jié)法施工參數(shù)
根據(jù)實(shí)際工況,確定積極凍結(jié)期和維護(hù)凍結(jié)期的鹽水溫度、凍結(jié)帷幕
平均溫度、凍結(jié)帷幕強(qiáng)度和厚度。
在砂性土中凍結(jié)法施工參數(shù)采取如下指標(biāo)
① 凍結(jié)鹽水溫度積極凍結(jié)期(40天)不高于-3(TC,
維護(hù)凍結(jié)期(25天)-20 -25°C;
② 凍結(jié)帷幕平均溫度-8 -15°C;
③ 凍結(jié)帷幕強(qiáng)度5壓^4.95MPa, S拉彎=2.7 MPa, S剪=2.4 MPa;
④ 凍結(jié)帷幕厚度根據(jù)彈性理論或有限元法確定連接通道正常段2.4m,連接通道喇叭口段2.1m,并校核強(qiáng)度安全系數(shù)。
(2) 布置和鉆打凍結(jié)孔根據(jù)連接通道平面尺寸和結(jié)構(gòu)受力特征設(shè)計(jì)布置凍結(jié)孔,該凍結(jié)孔布
置分內(nèi)、外兩排孔,孔長(zhǎng)度均以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)的打孔方式,同時(shí)為確保管片主要受力體系不被破壞,凍結(jié)孔的布置應(yīng)根據(jù)管片配筋狀況進(jìn)行微調(diào),以避開主筋??卓诠茉谥谱鞴芷瑫r(shí)已預(yù)埋完畢,施工時(shí)根據(jù)需要可重新設(shè)置孔口管。連接通道中還布置有多個(gè)測(cè)溫孔和泄壓孔,以監(jiān)測(cè)凍結(jié)帷幕范圍不同部位的溫度變化狀況和適時(shí)進(jìn)行泄壓。本實(shí)施例中,
凍結(jié)孔數(shù)量為內(nèi)排孔22個(gè),外排孔18個(gè);卸壓孔4個(gè),每側(cè)各2個(gè);
測(cè)溫孔15個(gè)。
一般選擇4> 108mm X 8mm 、 4> 95mm X 8mm或* 89mm X 8mm的20#
低碳鋼無縫鋼管作為凍結(jié)管,凍結(jié)管采用絲扣連接,接縫要補(bǔ)焊,以確保其同心度、聯(lián)接強(qiáng)度和密封性能。采用鉆進(jìn)能力較大的MKD-5S型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行凍結(jié)孔的施工。凍結(jié)孔打孔是利用凍結(jié)管作鉆桿,采用跟管鉆進(jìn),鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)凍結(jié)孔的偏斜情況, 一旦發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏,要確保凍結(jié)孔的偏斜(凍結(jié)孔成孔軸線與設(shè)計(jì)軸線之間的距離)不超過最大允許偏斜150mm;此外還要滿足凍結(jié)孔內(nèi)排孔最大允許間距為1500mm,外排孔最大允許間距為1900mm。鉆進(jìn)結(jié)束后進(jìn)行打壓試漏,壓力控制在0.8MPa,保持30分鐘后壓力下降不超過0.05 MPa,再穩(wěn)定15分鐘壓力無變化者為試壓合格。合格者在凍結(jié)管內(nèi)下供液管。
(3) 安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng)凍結(jié)系統(tǒng)的位置靠近連接通道,其包括凍結(jié)站、冷凍機(jī)組、冷凍板、
凍結(jié)管路和冷卻水管路。凍結(jié)站設(shè)置在區(qū)間隧道內(nèi),靠近連接通道位置,站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機(jī)組、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。根據(jù)凍結(jié)冷量需要計(jì)算選擇冷凍機(jī)組,鹽水系統(tǒng)選用CaCl2鹽水溶液為冷媒劑,冷卻水循環(huán)系統(tǒng)通過冷卻塔對(duì)回水進(jìn)行冷卻并循環(huán)使用。管路用法蘭連接,凍結(jié)管路和冷卻水管路上設(shè)置有閥門和測(cè)溫儀、壓力表等測(cè)試組件。在凍結(jié)站對(duì)側(cè)隧道的凍結(jié)管端部區(qū)域布置冷凍板。
凍結(jié)管路經(jīng)試漏、清洗后用保溫板或棉絮保溫,保溫厚度不小于30mm,保溫層的外面用塑料薄膜包扎;冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫;鹽水箱和凍結(jié)管路用50mm厚的保溫板或棉絮保溫;由于混凝土和鋼管片相對(duì)于土層要容易散熱得多,為加強(qiáng)凍結(jié)帷幕與管片膠結(jié),連接通道兩側(cè)管片的表面也采取保溫措施,保溫范圍至凍結(jié)帷幕邊界外2米。
凍結(jié)系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn),使之在工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下正常運(yùn)行,隨后凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入連接通道開挖前的積極凍結(jié)期,對(duì)土層進(jìn)行凍結(jié)以便在施工區(qū)域形成凍結(jié)帷幕。在積極凍結(jié)過程中,定時(shí)監(jiān)測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍結(jié)帷幕擴(kuò)展情況,監(jiān)測(cè)頻率每2個(gè)小時(shí)一次。連接通道正式開挖后凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期,為確保凍結(jié)帷幕的穩(wěn)定性,開挖時(shí)鹽水溫度不得高于-22'C,去回路鹽水的溫差小于2。C。
(4) 動(dòng)態(tài)施工開挖連接通道
根據(jù)測(cè)溫孔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算出在該凍結(jié)時(shí)間下的凍土發(fā)展半徑,從而得出凍結(jié)帷幕厚度,再據(jù)此用公式法或作圖法得出凍結(jié)帷幕各個(gè)層面、各個(gè)部位的厚度和平均溫度,若均達(dá)到下表1所列要求,即已滿足開挖條件,就可進(jìn)行連接通道的開挖施工。
開挖前安裝安全門并確保安全門的密閉效果。正式開挖前必須進(jìn)行探孔檢查,探孔打在凍結(jié)帷幕的薄弱處,若探孔處無涌砂突水現(xiàn)象,則表明地層穩(wěn)定、凍結(jié)帷幕正常,加之測(cè)溫效果良好,即可打開鋼管片進(jìn)行正式開挖。
連接通道的開挖在其連通的兩條主隧道照常推進(jìn)施工的條件下同時(shí)進(jìn)行,這是首次實(shí)現(xiàn)連接通道的動(dòng)態(tài)開挖方式。
表1開挖前應(yīng)具備的基本條件
項(xiàng)目數(shù)值備注
凍結(jié)帷幕厚度通道喇叭口段2.1m根據(jù)測(cè)溫孔推算
通道正常段2.4m凍結(jié)帷幕平均溫度-8 -15°C用公式法或作圖法得出
鹽水溫度積極凍結(jié)期不高于-30°C用測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)
維護(hù)凍結(jié)期-20 -25°C去、冋路 鹽水溫差積極凍結(jié)期2.5"C以內(nèi)用測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)
維護(hù)凍結(jié)期l.O'C以內(nèi)卸壓孔交圈前一般無壓力通過壓力表觀測(cè)
交圈后劇增至0.15 0.3MPa連接通道的開挖采用礦山法進(jìn)行暗挖施工,根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),連接通道的挖掘砌進(jìn)采取分區(qū)方式進(jìn)行。為確保施工安全,開挖時(shí)先進(jìn)行凍結(jié)站側(cè)喇叭口導(dǎo)硐,然后開挖通道部分到設(shè)計(jì)尺寸,最后刷兩端喇叭口。由于土體采用凍結(jié)法加固,凍土強(qiáng)度較高,凍結(jié)帷幕承載能力大,因而開挖時(shí)可以采用全斷面一次開挖(上部通道除喇叭口處側(cè)墻和拱頂外),連接通
道正常段開挖步距為0.6m 0.8m,兩端喇叭口段處斷面較大,為減輕開挖對(duì)隧道變形的影響,開挖步距為0.6m。
12開挖支護(hù)方式采用兩次支護(hù)。第一次支護(hù)為臨時(shí)支護(hù),其采用4組H250
X 250mm型圓弧狀鋼支架組成圓形臨時(shí)支架和木背板加噴射混凝土的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行支護(hù),支架間距為0.6 0.8m,為增加支架的穩(wěn)定性,相臨兩排支架間 用支撐桿相互連接,所有支架間的凍土體全用木板背實(shí)背緊,少量空隙用 水泥砂漿充填嚴(yán)實(shí),最后用掛網(wǎng)噴射混凝土。第二次支護(hù)為永久支護(hù),其 采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
(5) 與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿 當(dāng)連接通道主體結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到75%以上之后,即可進(jìn)行對(duì)凍
結(jié)帷幕的解凍和融沉注漿,解凍采取自然解凍與主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍相結(jié)合 的方式。在自然解凍的同時(shí),強(qiáng)制解凍采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū) 進(jìn)行強(qiáng)制解凍凍土。解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽?,即先解凍下部?jī)鐾粒?解凍中部?jī)鐾?,最后解凍上部?jī)鐾?。采取這樣的解凍順序的原因是,當(dāng)解 凍下部?jī)鐾習(xí)r,由于中部和上部?jī)鐾吝€維持在較低的溫度,因而凍土帷幕 與澆注好的通道結(jié)構(gòu)層和隧道管片一起共同承受著上覆水土壓力。
根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的土體溫度、沉降變化情況,利用淺部注漿管和深 部注漿管進(jìn)行壓密注漿。融沉注漿通過預(yù)埋的注漿管進(jìn)行,注漿順序和解 凍順序一致,同樣為由下至上,即注漿部位的順序?yàn)橄韧ǖ赖装澹偻ǖ?兩側(cè),最后通道頂板。融沉注漿材料以水泥-水玻璃雙液漿為主,單液漿為 鋪;注漿壓力不超過0.5MPa,具體要根據(jù)隧道變形監(jiān)測(cè)情況做適當(dāng)調(diào)整。
當(dāng)連接通道一天內(nèi)的沉降大于0.5mm,或累計(jì)沉降大于l.Omm時(shí),則 進(jìn)行融沉補(bǔ)償注漿;當(dāng)連接通道隆起達(dá)到2.0mm時(shí)則暫停注漿;融沉注漿 是否結(jié)束以隧道變形穩(wěn)定為依據(jù)。融沉注漿與強(qiáng)制解凍配合進(jìn)行,當(dāng)95% 以上的測(cè)溫點(diǎn)達(dá)到0°C以上時(shí)結(jié)束強(qiáng)制解凍,強(qiáng)制解凍結(jié)束后若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨 于穩(wěn)定,即可停止融沉注槳。
(6) 施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控 為確保軟土層水平凍結(jié)法連接通道能夠安全、優(yōu)質(zhì)地完成施工,連接
13通道的施工監(jiān)測(cè)采用地下工程凍結(jié)法信息化施工監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)、 凍結(jié)帷幕、連接通道結(jié)構(gòu)內(nèi)外力、隧道結(jié)構(gòu)凍脹力和隧道結(jié)構(gòu)變形諸狀態(tài) 進(jìn)行全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工。
以下提供2個(gè)采用本發(fā)明所述雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方 法進(jìn)行施工的具體實(shí)施例。
某越江雙向隧道之間設(shè)有八條連接通道,均位于江底,每?jī)蓷l連接通
道之間相距約830m。
具體實(shí)施例連接通道(二)
連接通道(二)凈距15.199m,隧道間高差0.017m,其施工過程如下
(1) 確定凍結(jié)法施工參數(shù)
① 凍結(jié)鹽水溫度積極凍結(jié)期不高于-3(TC,
維護(hù)凍結(jié)期-20°C -25°C;
② 凍結(jié)帷幕平均溫度-8°C~-15°C;
③ 凍結(jié)帷幕強(qiáng)度Sffi=4.95MPa; S拉彎=2.7 MPa; S^=2.4MPa;
④ 凍結(jié)帷幕厚度連接通道正常段2.4m,連接通道喇叭口段 2.1m。
(2) 凍結(jié)孔布置
① 凍結(jié)孔主要參數(shù)
凍結(jié)孔間距根據(jù)連接通道平面尺寸和受力特征以及避開管片主筋的
原則布置凍結(jié)孔,凍結(jié)孔布置分內(nèi)、外兩排孔,內(nèi)排凍結(jié)孔間距小于1500m, 外排凍結(jié)孔間距小于1900m,孔長(zhǎng)度均以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)的 打孔方式。
凍結(jié)孔偏斜控制凍結(jié)孔原則上不允許內(nèi)偏,為減少凍土挖掘量,控 制凍結(jié)孔成孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間距離的最大偏斜在150mm以內(nèi)。
② 凍結(jié)孔位置和數(shù)量
凍結(jié)孔數(shù)連接通道(二)東線隧道內(nèi)圈孔14個(gè);西線隧道外圈孔22個(gè)。
③凍結(jié)管規(guī)格
根據(jù)施工工藝,凍結(jié)管采用cpl08x8mm2(^低碳鋼無縫鋼管。
凍結(jié)孔施工設(shè)備 鑒于該通道段地質(zhì)條件和施工特點(diǎn),采用水平鉆進(jìn)能力較大的 MKD-5S型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行凍結(jié)孔的鉆打施工。 ⑤測(cè)溫孔與卸壓孔布置 連接通道布置9個(gè)測(cè)溫孔,東線布設(shè)7個(gè),西線布設(shè)2個(gè),其目的是 測(cè)量?jī)鼋Y(jié)帷幕范圍內(nèi)不同部位的溫度變化狀況,以便采用相應(yīng)綜合控制措 施,確保施工的安全;卸壓孔布置4個(gè),兩側(cè)各布置2個(gè)。
(3) 凍結(jié)孔施工
① 用經(jīng)煒儀測(cè)量放點(diǎn),測(cè)出所有凍結(jié)孔的中軸線在隧道管片上的前 后點(diǎn),并用紅漆標(biāo)記;采用水準(zhǔn)儀來測(cè)量水平高差及仰俯角,經(jīng)緯儀來測(cè) 量方位角及實(shí)際孔位。
② 利用凍結(jié)管作鉆桿,采用跟管鉆進(jìn),凍結(jié)管采用絲扣連接、接縫 補(bǔ)焊,確保其同心度、聯(lián)接強(qiáng)度和密封性能。
③ 鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)凍結(jié)孔偏斜情況,發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏。鉆 進(jìn)完畢后,進(jìn)行凍結(jié)管長(zhǎng)度的復(fù)測(cè),然后再用水平測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜并繪制 鉆孔偏斜圖。凍結(jié)管長(zhǎng)度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏,壓力控制在 0.65MPa,穩(wěn)定30分鐘后壓力下降不超過0.05MPa者為試壓合格。
④ 試壓合格后在凍結(jié)管內(nèi)下供液管,然后焊接凍結(jié)管端蓋和去、回 路羊角。
(4) 凍結(jié)站設(shè)備參數(shù) ①制冷設(shè)備
根據(jù)連接通道現(xiàn)場(chǎng)冷量需要情況,采用2臺(tái)W-YSLGF300II冷凍機(jī)組, 積極凍結(jié)期間2臺(tái)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),維護(hù)凍結(jié)期一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn), 一臺(tái)備用。當(dāng)鹽水溫度在-3(TC、冷卻水溫度28'C時(shí),單臺(tái)W-YSLGF300II冷凍機(jī)組制冷量可達(dá) 8.6x104kcal/h。
② 鹽水系統(tǒng)
選用CaCl2鹽水溶液為冷媒齊U,溶液重度控制在1260kg/m3左右,溶液 的凝固點(diǎn)為-38.6。C。
為確保鹽水循環(huán)系統(tǒng)工作正常,配備2臺(tái)鹽水泵,該鹽水泵型號(hào)為 IS200-125-315A,其電機(jī)功率30kw,總流量400m3/h。
③ 冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 根據(jù)安裝冷凍機(jī)組和制冷量要求,連接通道凍結(jié)冷卻水循環(huán)量約
200m3/h,冷卻水進(jìn)水溫度為27 30°C,回水溫度為31 34°C;為節(jié)約用 水,安裝2臺(tái)50r^的KST-80型冷卻塔,對(duì)回水進(jìn)行冷卻,保證循環(huán)水利 用率80%,新鮮水補(bǔ)充量為15m3/h。
④ 其它
冷凍機(jī)油N46冷凍機(jī)油; 制冷劑氟立昂F-22制冷劑。
(5)凍結(jié)系統(tǒng)安裝
① 凍結(jié)站布置與設(shè)備安裝
將凍結(jié)站設(shè)置在隧道內(nèi),占地面積約80m2,站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機(jī) 組、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。
② 管路連接、保溫與測(cè)試儀表
管路用法蘭連接,在凍結(jié)管路上要設(shè)置伸縮接頭、閥門和測(cè)溫儀、壓 力表、流量計(jì)等測(cè)試元件,每根凍結(jié)管的進(jìn)出口各安裝閥門1個(gè)以便控制 流量;在凍結(jié)站對(duì)側(cè)隧道的凍結(jié)管端部區(qū)域布置冷凍板。
冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫,鹽水箱和凍結(jié)管干管用 50mm厚的聚苯乙烯泡沬塑料板保溫;凍結(jié)管路經(jīng)試漏、清洗后用保溫板 或棉絮保溫,保溫厚度不小于30mm,保溫層的外面用塑料薄膜包扎;由
16于混凝土和鋼管片相對(duì)于土層要容易散熱得多,為加強(qiáng)凍結(jié)帷幕與管片膠 結(jié),連接通道兩側(cè)管片的表面也采取保溫措施,保溫范圍至凍結(jié)帷幕邊界 外2米。
③溶解CaCl2和冷凍機(jī)組充氟加油
鹽水(CaCV溶液)比重為1.26,先在鹽水箱內(nèi)充滿清水,溶解CaCl2, 再送入凍結(jié)管干管內(nèi),直至鹽水系統(tǒng)充滿為止,溶解CaCl2時(shí)要除去雜質(zhì)。
冷凍機(jī)組充氟和加油按照設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行,首先進(jìn)行制冷 系統(tǒng)的檢漏和氮?dú)鉀_洗,在確保系統(tǒng)無滲漏后,再充氟加油。
(6)運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng),進(jìn)行積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié) ①凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)
凍結(jié)系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn);在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、 溫度等各狀態(tài)參數(shù),使冷凍機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條 件下運(yùn)行。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)期,在積極凍結(jié)過程中,定 時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍結(jié)帷幕擴(kuò)展情況,監(jiān)測(cè)頻率每2個(gè)小時(shí)一
②試挖與維護(hù)凍結(jié)
在積極凍結(jié)過程中,根據(jù)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)判斷凍結(jié)帷幕是否交圈和達(dá)到 設(shè)計(jì)厚度,當(dāng)凍結(jié)帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后再進(jìn)行探孔試挖,確認(rèn)凍結(jié) 帷幕內(nèi)土層基本無壓力后進(jìn)行正式開挖。正式開挖后,根據(jù)凍結(jié)帷幕的穩(wěn) 定性,進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期,此時(shí)適當(dāng)提高鹽水溫度,但不得高于-22。C。
(7)連接通道動(dòng)態(tài)開挖與構(gòu)筑施工
① 安裝安全應(yīng)急門 安全應(yīng)急門是考慮連接通道開挖構(gòu)筑期間,當(dāng)凍結(jié)帷幕發(fā)生大量砂、
水涌出或位移變形超值,而其它搶救措施無效的情況下,為確保隧道安全 而使用的;安全應(yīng)急門達(dá)到牢固可靠、門扇啟閉方便的要求。
② 連接通道動(dòng)態(tài)開挖
17正式開挖前進(jìn)行探孔檢査,探孔打在凍結(jié)帷幕的薄弱處,若探孔處無 涌砂突水現(xiàn)象,則表明地層穩(wěn)定、凍結(jié)帷幕正常,加之測(cè)溫效果良好,則 隨后打開鋼管片正式開挖;根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),連接通道開挖采用礦山法 進(jìn)行暗挖施工,掘進(jìn)采取分區(qū)分層方式進(jìn)行;連接通道開挖的同時(shí),其連
通的兩條主隧道仍然繼續(xù)照常推進(jìn)施工。
開挖時(shí)先進(jìn)行凍結(jié)站側(cè)喇叭口導(dǎo)硐,然后開挖通道部分到設(shè)計(jì)尺寸,
最后刷兩端喇叭口;由于土體采用凍結(jié)法加固,凍土強(qiáng)度較高,凍結(jié)帷幕 承載能力大,因而開挖采用全斷面一次開挖(上部通道除喇叭口處側(cè)墻和 拱頂外),連接通道正常段開挖步距為0.6m 0.8m,兩端喇叭口段處斷面 較大,為減輕開挖對(duì)隧道變形的影響,開挖步距為0.6m。
③ 臨時(shí)支護(hù)
連接通道開挖后,地層中原有的應(yīng)力平衡受到破壞,引起通道周圍地 層中應(yīng)力的重新分布,這種重新分布的應(yīng)力使凍結(jié)帷幕產(chǎn)生蠕變從而引起 凍結(jié)管變形;為控制變形的發(fā)展,凍土開挖后及時(shí)對(duì)凍結(jié)帷幕進(jìn)行支護(hù), 臨時(shí)支護(hù)既起到維護(hù)地層穩(wěn)定、確保施工安全的作用,又能作為永久支護(hù) 的一部分。臨時(shí)支護(hù)采用4組H250x250mm型圓弧狀鋼支架組成圓形臨時(shí) 支架和木背板加噴射混凝土結(jié)構(gòu),支架間距為0.6 0.8m,為增加支架的穩(wěn) 定性,相鄰兩排支架間必須用支撐桿相互連接;所有支架間的凍土體全用 木板背實(shí)背緊,少量空隙用水泥砂漿充填嚴(yán)實(shí),最后用掛網(wǎng)噴射混凝土。
④ 防水層施工
根據(jù)本工程的特點(diǎn)和出自開挖構(gòu)筑安全的考慮,采用內(nèi)防水施工,即在 臨時(shí)支護(hù)完成后在其表面鋪設(shè)防水層,防水層選用水泥基防水涂料;在鋪設(shè) 防水層時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)表面要清理干凈,達(dá)到無滲水、油污等,防水層施工 前選用聚胺脂等注槳材料對(duì)滲水點(diǎn)進(jìn)行注漿堵漏。
⑤ 永久支護(hù)
永久支護(hù)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),為減少混凝土施工接縫,混凝土澆筑采用分段澆筑的施工方式,必要時(shí)用硬管輸送混凝土,或采用外部震搗(即 用附著式振動(dòng)器震搗),以提高工作效率,確保砌筑質(zhì)量;砼澆筑連續(xù)澆筑, 如因特殊原因不能連續(xù)澆灌時(shí),在接茬部位鑿成毛面,以確?;炷恋恼?br>
接性;砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行拆模。
(8)與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿 當(dāng)連接通道主體結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到75%以上之后,即可進(jìn)行對(duì)凍 結(jié)帷幕的解凍和融沉注漿,解凍采取自然解凍與主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍相結(jié)合 的方式。在自然解凍的同時(shí),強(qiáng)制解凍采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū) 進(jìn)行強(qiáng)制解凍凍土。解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽希聪冉鈨鱿虏績(jī)鐾?,?解凍中部?jī)鐾粒詈蠼鈨錾喜績(jī)鐾?。這是因?yàn)楫?dāng)解凍下部?jī)鐾習(xí)r,由于中 部和上部?jī)鐾吝€維持在較低的溫度,因而凍土帷幕與澆注好的通道結(jié)構(gòu)層 和隧道管片能夠一起共同承受著上覆水土壓力。
根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的土體溫度、沉降變化情況,利用淺部注漿管和深 部注漿管進(jìn)行壓密注漿。融沉注漿通過預(yù)埋的注漿管進(jìn)行,注漿順序和解 凍順序一致,同樣為由下至上,即注漿部位的順序?yàn)橄韧ǖ赖装澹偻ǖ?兩側(cè),最后通道頂板。融沉注漿材料以水泥-水玻璃雙液漿為主,單液漿為 鋪;注漿壓力不超過0.5MPa,具體要根據(jù)隧道變形監(jiān)測(cè)情況做適當(dāng)調(diào)整。 當(dāng)連接通道一天內(nèi)的沉降大于0.5mm,或累計(jì)沉降大于l.Omm時(shí),則 進(jìn)行融沉補(bǔ)償注漿;當(dāng)連接通道隆起達(dá)到2.0mm時(shí)則暫停注漿;融沉注漿 是否結(jié)束以隧道變形穩(wěn)定為依據(jù)。融沉注漿與強(qiáng)制解凍配合進(jìn)行,當(dāng)95% 以上的測(cè)溫點(diǎn)達(dá)到0°C以上時(shí)結(jié)束強(qiáng)制解凍,強(qiáng)制解凍結(jié)束后若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨 于穩(wěn)定,即可停止融沉注漿。 (9)施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控 連接通道的施工監(jiān)測(cè)采用地下工程凍結(jié)法信息化施工監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)工 藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施 工。監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下① 凍結(jié)孔施工
鉆孔深度,凍結(jié)管偏斜度,凍結(jié)系統(tǒng)密封性能。
② 凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容
凍結(jié)管路去、回路鹽水溫度,冷卻循環(huán)水進(jìn)、出水溫度,冷凍機(jī)組吸 排氣溫度,冷凍機(jī)組吸排氣壓力,制冷系統(tǒng)冷凝壓力,制冷系統(tǒng)汽化壓力, 鹽水流量。
③ 凍結(jié)帷幕
凍結(jié)帷幕內(nèi)部溫度場(chǎng),凍結(jié)帷幕斷面內(nèi)水文卸壓孔壓力變化及溫度變 化,開挖后暴露時(shí)間內(nèi)凍結(jié)帷幕表面位移,開挖后凍結(jié)帷幕表面溫度。
④ 隧道結(jié)構(gòu)變化
隧道的沉降位移,隧道的水平及垂直方向的收斂變形。 具體實(shí)施例連接通道(五)
連接通道(五)凈距15.184m,隧道間高差0.018m。其施工過程如下
(1) 確定凍結(jié)法施工參數(shù)
① 凍結(jié)鹽水溫度積極凍結(jié)期不高于-30'C,
維護(hù)凍結(jié)期-20°C -25°C;
② 凍結(jié)帷幕平均溫度-8°C~-15°C;
③ 凍結(jié)帷幕強(qiáng)度5ffi=4.95MPa; 5拉彎二2.7MPa; S剪=2.4 MPa;
④ 凍結(jié)帷幕厚度連接通道正常段2.4m,連接通道喇叭口段 2.1m。
(2) 凍結(jié)孔布置
①凍結(jié)孔主要參數(shù) 凍結(jié)孔間距根據(jù)連接通道平面尺寸和受力特征以及避開管片主筋的 原則布置凍結(jié)孔,凍結(jié)孔布置分內(nèi)、外兩排孔,內(nèi)排凍結(jié)孔間距小于1500m, 外排凍結(jié)孔間距小于1900m,孔長(zhǎng)度均以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)的 打孔方式。凍結(jié)孔偏斜控制凍結(jié)孔原則上不允許內(nèi)偏,為減少凍土挖掘量,控
制凍結(jié)孔成孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間距離的最大偏斜在150mm以內(nèi)。
② 凍結(jié)孔位置和數(shù)量
凍結(jié)孔數(shù)連接通道(五)東線隧道內(nèi)圈孔14個(gè);西線隧道外圈
孔22個(gè)。
③ 凍結(jié)管規(guī)格
根據(jù)施工工藝,凍結(jié)管采用cpl08x8mm20弁低碳鋼無縫鋼管。
④ 凍結(jié)孔施工設(shè)備 鑒于該通道段地質(zhì)條件和施工特點(diǎn),采用水平鉆進(jìn)能力較大的
MKD-5S型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行凍結(jié)孔的鉆打施工。
⑤ 測(cè)溫孔與卸壓孔布置
連接通道布置9個(gè)測(cè)溫孔,東線布設(shè)7個(gè),西線布設(shè)2個(gè),其目的是 測(cè)量?jī)鼋Y(jié)帷幕范圍內(nèi)不同部位的溫度變化狀況,以便采用相應(yīng)綜合控制措 施,確保施工的安全;卸壓孔布置4個(gè),兩側(cè)各布置2個(gè)。
(3)凍結(jié)孔施工
① 用經(jīng)緯儀測(cè)量放點(diǎn),測(cè)出所有凍結(jié)孔的中軸線在隧道管片上的前 后點(diǎn),并用紅漆標(biāo)記;采用水準(zhǔn)儀來測(cè)量水平高差及仰俯角,經(jīng)緯儀來測(cè) 量方位角及實(shí)際孔位。
② 利用凍結(jié)管作鉆桿,采用跟管鉆進(jìn),凍結(jié)管采用絲扣連接、接縫 補(bǔ)焊,確保其同心度、聯(lián)接強(qiáng)度和密封性能。
③ 鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)凍結(jié)孔偏斜情況,發(fā)現(xiàn)偏斜要及時(shí)糾偏。鉆 進(jìn)完畢后,進(jìn)行凍結(jié)管長(zhǎng)度的復(fù)測(cè),然后再用水平測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜并繪制 鉆孔偏斜圖。凍結(jié)管長(zhǎng)度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏,壓力控制在 0.65MPa,穩(wěn)定30分鐘后壓力下降不超過0.05MPa者為試壓合格。
試壓合格后在凍結(jié)管內(nèi)下供液管,然后焊接凍結(jié)管端蓋和去、回 路羊角。(4) 凍結(jié)站設(shè)備參數(shù)
① 制冷設(shè)備
根據(jù)連接通道現(xiàn)場(chǎng)冷量需要情況,采用2臺(tái)W-YSLGF300II冷凍機(jī)組, 積極凍結(jié)期間2臺(tái)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),維護(hù)凍結(jié)期一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn), 一臺(tái)備用。當(dāng)鹽水溫 度在-3(TC、冷卻水溫度28"C時(shí),單臺(tái)W-YSLGF300II冷凍機(jī)組制冷量可達(dá) 8.6xl04kcal/h。
② 鹽水系統(tǒng)
選用CaCl2鹽水溶液為冷媒劑,溶液重度控制在1260kg/i^左右,溶液 的凝固點(diǎn)為-38.6'C。
為確保鹽水循環(huán)系統(tǒng)工作正常,配備2臺(tái)鹽水泵,該鹽水泵型號(hào)為 IS200-125-315A,其電機(jī)功率30kw,總流量400mVh。
③ 冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 根據(jù)安裝冷凍機(jī)組和制冷量要求,連接通道凍結(jié)冷卻水循環(huán)量約
200m3/h,冷卻水進(jìn)水溫度為27 30°C,回水溫度為31 34°C;為節(jié)約用 水,安裝2臺(tái)50m3的KST-80型冷卻塔,對(duì)回水進(jìn)行冷卻,保證循環(huán)水利 用率80%,新鮮水補(bǔ)充量為15m3/h。
④ 其它
冷凍機(jī)油N46冷凍機(jī)油;
制冷劑氟立昂F-22制冷劑。
(5) 凍結(jié)系統(tǒng)安裝
① 凍結(jié)站布置與設(shè)備安裝
凍結(jié)站設(shè)置在隧道內(nèi),占地面積約80m2,站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機(jī)組、 鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。
② 管路連接、保溫與測(cè)試儀表
管路用法蘭連接,在凍結(jié)管路上設(shè)置有伸縮接頭、閥門和測(cè)溫儀、壓 力表、流量計(jì)等測(cè)試元件,每根凍結(jié)管的進(jìn)出口各安裝閥門1個(gè)以便控制流量;在凍結(jié)站對(duì)側(cè)隧道的凍結(jié)管端部區(qū)域布置冷凍板。
冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫,鹽水箱和凍結(jié)管干管用
50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保溫;凍結(jié)管路經(jīng)試漏、清洗后用保溫板 或棉絮保溫,保溫厚度不小于30mm,保溫層的外面用塑料薄膜包扎;由 于混凝土和鋼管片相對(duì)于土層要容易散熱得多,為加強(qiáng)凍結(jié)帷幕與管片膠 結(jié),連接通道兩側(cè)管片的表面也采取保溫措施,保溫范圍至凍結(jié)帷幕邊界 外2米。
③溶解CaCl2和冷凍機(jī)組充氟加油
鹽水(CaCl2溶液)比重為1.26,先在鹽水箱內(nèi)充滿清水,溶解CaCl2, 再送入凍結(jié)管干管內(nèi),直至鹽水系統(tǒng)充滿為止,溶解CaCl2時(shí)要除去雜質(zhì)。
冷凍機(jī)組的充氟和加油按照設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行,首先進(jìn)行制 冷系統(tǒng)的檢漏和氮?dú)鉀_洗,在確保系統(tǒng)無滲漏后,再充氟加油。
(6)運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng),進(jìn)行積極凍結(jié)與維護(hù)凍結(jié) ①凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)
凍結(jié)系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn);在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、 溫度等各狀態(tài)參數(shù),使冷凍機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條 件下運(yùn)行。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)期,在積極凍結(jié)過程中,定 時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍結(jié)帷幕擴(kuò)展情況,監(jiān)測(cè)頻率每2個(gè)小時(shí)一
②試挖與維護(hù)凍結(jié) 在積極凍結(jié)過程中,根據(jù)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)判斷凍結(jié)帷幕是否交圈和達(dá)到 設(shè)計(jì)厚度,當(dāng)凍結(jié)帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后再進(jìn)行探孔試挖,確認(rèn)凍結(jié) 帷幕內(nèi)土層基本無壓力后進(jìn)行正式開挖。正式開挖后,根據(jù)凍結(jié)帷幕的穩(wěn) 定性,進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期,此時(shí)適當(dāng)提高鹽水溫度,但不得高于-22"。 (7)連接通道動(dòng)態(tài)開挖與構(gòu)筑施工 ①安裝安全應(yīng)急門安全應(yīng)急門是考慮連接通道開挖構(gòu)筑期間,當(dāng)凍結(jié)帷幕發(fā)生大量砂、水涌出或位移變形超值,而其它搶救措施無效的情況下,為確保隧道安全而使用的;安全應(yīng)急門達(dá)到牢固可靠、門扇啟閉方便的要求。
② 連接通道動(dòng)態(tài)開挖
正式開挖前進(jìn)行探孔檢査,探孔打在凍結(jié)帷幕的薄弱處,若探孔處無涌砂突水現(xiàn)象,則表明地層穩(wěn)定、凍結(jié)帷幕正常,加之測(cè)溫效果良好,則隨后打開鋼管片正式開挖;根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),連接通道開挖采用礦山法進(jìn)行暗挖施工,掘進(jìn)采取分區(qū)分層方式進(jìn)行;連接通道開挖的同時(shí),其連通的兩條主隧道仍然繼續(xù)照常推進(jìn)施工。
開挖時(shí)先進(jìn)行凍結(jié)站側(cè)喇叭口導(dǎo)硐,然后開挖通道部分到設(shè)計(jì)尺寸,最后刷兩端喇叭口;由于土體采用凍結(jié)法加固,凍土強(qiáng)度較高,凍結(jié)帷幕承載能力大,因而開挖采用全斷面一次開挖(上部通道除喇叭口處側(cè)墻和拱頂外),連接通道正常段開挖步距為0.6m 0.8m,兩端喇叭口段處斷面較大,為減輕開挖對(duì)隧道變形的影響,開挖步距為0.6m。
③ 臨時(shí)支護(hù)
連接通道開挖后,地層中原有的應(yīng)力平衡受到破壞,引起通道周圍地層中應(yīng)力的重新分布,這種重新分布的應(yīng)力使凍結(jié)帷幕產(chǎn)生蠕變從而引起凍結(jié)管變形;為控制變形的發(fā)展,凍土開挖后及時(shí)對(duì)凍結(jié)帷幕進(jìn)行支護(hù),臨時(shí)支護(hù)既起到維護(hù)地層穩(wěn)定、確保施工安全的作用,又能作為永久支護(hù)的一部分。臨時(shí)支護(hù)采用4組H250x250mm型圓弧狀鋼支架組成圓形臨時(shí)支架和木背板加噴射混凝土結(jié)構(gòu),支架間距為0.6 0.8m,為增加支架的穩(wěn)定性,相鄰兩排支架間必須用支撐桿相互連接;所有支架間的凍土體全用木板背實(shí)背緊,少量空隙用水泥砂漿充填嚴(yán)實(shí),最后用掛網(wǎng)噴射混凝土。
④ 防水層施工
根據(jù)本工程的特點(diǎn)和出自開挖構(gòu)筑安全的考慮,采用內(nèi)防水施工,即在臨時(shí)支護(hù)完成后在其表面鋪設(shè)防水層,防水層選用水泥基防水涂料;在鋪設(shè)
24防水層時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)表面要清理干凈,達(dá)到無滲水、油污等,防水層施工前選用聚胺脂等注漿材料對(duì)滲水點(diǎn)進(jìn)行注槳堵漏。⑤永久支護(hù)
永久支護(hù)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),為減少混凝土施工接縫,混凝土澆筑采用分段澆筑的施工方式,必要時(shí)用硬管輸送混凝土,或采用外部震搗(即用附著式振動(dòng)器震搗),以提高工作效率,確保砌筑質(zhì)量;砼澆筑連續(xù)澆筑,如因特殊原因不能連續(xù)澆灌時(shí),將接茬部位鑿成毛面,以確?;炷恋恼辰有裕豁沤Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行拆模。
(8)與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿當(dāng)連接通道主體結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到75%以上之后,即可進(jìn)行對(duì)凍結(jié)帷幕的解凍和融沉注槳,解凍采取自然解凍與主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍相結(jié)合的方式。在自然解凍的同時(shí),強(qiáng)制解凍采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制解凍凍土。解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽希聪冉鈨鱿虏績(jī)鐾?,再解凍中部?jī)鐾?,最后解凍上部?jī)鐾?。這是因?yàn)楫?dāng)解凍下部?jī)鐾習(xí)r,由于中部和上部?jī)鐾吝€維持在較低的溫度,因而凍土帷幕與澆注好的通道結(jié)構(gòu)層和隧道管片能夠一起共同承受著上覆水土壓力。
根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的土體溫度、沉降變化情況,利用淺部注漿管和深部注槳管進(jìn)行壓密注漿。融沉注漿通過預(yù)埋的注漿管進(jìn)行,注漿順序和解凍順序一致,同樣為由下至上,即注槳部位的順序?yàn)橄韧ǖ赖装澹偻ǖ纼蓚?cè),最后通道頂板。融沉注漿材料以水泥-水玻璃雙液漿為主,單液漿為鋪;注漿壓力不超過0.5MPa,具體要根據(jù)隧道變形監(jiān)測(cè)情況做適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)連接通道一天內(nèi)的沉降大于0.5mm,或累計(jì)沉降大于l.Omm時(shí),貝lj進(jìn)行融沉補(bǔ)償注漿;當(dāng)連接通道隆起達(dá)到2.0mm時(shí)則暫停注漿;融沉注槳是否結(jié)束以隧道變形穩(wěn)定為依據(jù)。融沉注漿與強(qiáng)制解凍配合進(jìn)行,當(dāng)95%以上的測(cè)溫點(diǎn)達(dá)到0'C以上時(shí)結(jié)束強(qiáng)制解凍,強(qiáng)制解凍結(jié)束后若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定,即可停止融沉注漿。
25(9)施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控
連接通道的施工監(jiān)測(cè)采用地下工程凍結(jié)法信息化施工監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工。監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下
① 凍結(jié)孔施工
鉆孔深度,凍結(jié)管偏斜度,凍結(jié)系統(tǒng)密封性能。
② 凍結(jié)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容
凍結(jié)管路去、回路鹽水溫度,冷卻循環(huán)水進(jìn)、出水溫度,冷凍機(jī)組吸排氣溫度,冷凍機(jī)組吸排氣壓力,制冷系統(tǒng)冷凝壓力,制冷系統(tǒng)汽化壓力,鹽水流量。
③ 凍結(jié)帷幕
凍結(jié)帷幕內(nèi)部溫度場(chǎng),凍結(jié)帷幕斷面內(nèi)水文卸壓孔壓力變化及溫度變化,開挖后暴露時(shí)間內(nèi)凍結(jié)帷幕表面位移,開挖后凍結(jié)帷幕表面溫度。
④ 隧道結(jié)構(gòu)變化
隧道的沉降位移,隧道的水平及垂直方向的收斂變形。綜上所述,本發(fā)明所述雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法中的凍結(jié)孔采用雙排孔布置且均為長(zhǎng)孔,因此能夠形成厚度均勻、強(qiáng)度足夠的凍結(jié)帷幕,提高了凍結(jié)效率,同時(shí)還采取了與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍方式對(duì)凍結(jié)帷幕進(jìn)行解凍,和融沉注漿一起形成了完整系統(tǒng)的人工掌控的解凍和控沉降措施,因而本發(fā)明能夠有效地控制開挖過程中洞口的穩(wěn)定和連接通道及兩主隧道的沉降,保證了施工安全和工程質(zhì)量,減少了工程對(duì)周邊建筑的影響;同時(shí)在此前提下,本發(fā)明采取了連接通道開挖與主隧道推進(jìn)施工同時(shí)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)開挖方式,從而大大縮短了施工周期。本發(fā)明具有安全性高、節(jié)約工期的優(yōu)點(diǎn),適用于各類軟土層連接通道的凍結(jié)施工。
2權(quán)利要求
1、一種雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,包括確定凍結(jié)參數(shù)、布置和鉆打凍結(jié)孔、安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng)、施工開挖連接通道和施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控,其特征在于該施工方法還包括有與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿,其在自然解凍的同時(shí),采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū)強(qiáng)制解凍凍土,解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽希ㄟ^預(yù)埋的注漿管進(jìn)行融沉注漿,注漿部位的順序同樣為由下至上;所述凍結(jié)孔分內(nèi)、外兩排孔布置,孔長(zhǎng)度以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)打孔的方式;所述開挖連接通道的施工采用動(dòng)態(tài)開挖方式,即兩主隧道的推進(jìn)施工同時(shí)照常進(jìn)行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法, 其特征在于該施工方法依次包括如下具體步驟(1) 確定凍結(jié)法施工參數(shù)根據(jù)實(shí)際工況,確定積極凍結(jié)期和維護(hù)凍結(jié)期的鹽水溫度、凍結(jié)帷 幕平均溫度、凍結(jié)帷幕強(qiáng)度和厚度;(2) 布置和鉆打凍結(jié)孔 根據(jù)連接通道平面尺寸和結(jié)構(gòu)受力特征布置凍結(jié)孔,該凍結(jié)孔布置分內(nèi)、外兩排孔,孔長(zhǎng)度以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)的打孔方式, 凍結(jié)孔布置根據(jù)管片配筋狀況進(jìn)行微調(diào)以避開主筋,然后采用鉆機(jī)進(jìn)行 凍結(jié)孔的施工;(3) 安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng) 在靠近連接通道的位置安裝包括凍結(jié)站、冷凍機(jī)組、冷凍板、凍結(jié)管路和冷卻水管路在內(nèi)的凍結(jié)系統(tǒng),根據(jù)冷量需要選擇冷凍機(jī)組,采用 CaCl2鹽水溶液為冷媒劑,凍結(jié)系統(tǒng)安裝調(diào)試正常后,依次進(jìn)入連接通 道開挖前的積極凍結(jié)期和開挖后的維護(hù)凍結(jié)期;(4) 施工動(dòng)態(tài)開挖連接通道 通過實(shí)測(cè)和計(jì)算得出凍結(jié)帷幕各層面、各部位的厚度和平均溫度,若已滿足開挖條件,即進(jìn)行連接通道的開挖施工,連接通道采用礦山法 進(jìn)行暗挖施工,在其開挖的同時(shí),由其連通的兩條主隧道的推進(jìn)施工照 常進(jìn)行,連接通道的挖掘砌進(jìn)采取分區(qū)方式進(jìn)行,首先進(jìn)行凍結(jié)站側(cè)喇 叭口導(dǎo)硐,然后開挖通道部分到設(shè)計(jì)尺寸,最后刷兩端喇叭口,開挖支 護(hù)方式采用臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)兩次支護(hù),臨時(shí)支護(hù)采用鋼支架和木背 板加噴射混凝土結(jié)構(gòu),永久支護(hù)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);(5) 與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿 在自然解凍的同時(shí)進(jìn)行主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍,采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制解凍凍土,解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽希聪冉鈨?下部?jī)鐾?,再解凍中部?jī)鐾粒詈蠼鈨錾喜績(jī)鐾?,融沉注漿通過預(yù)埋的 注漿管進(jìn)行,注漿部位的順序同樣為由下至上,即先通道底板,再通道 兩側(cè),最后通道頂板;(6) 施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控施工全過程對(duì)凍結(jié)系統(tǒng)、凍結(jié)帷幕、連接通道結(jié)構(gòu)內(nèi)外力、隧道結(jié) 構(gòu)凍脹力和隧道結(jié)構(gòu)變形諸狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以 指導(dǎo)施工。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,其特征在于步驟(1)所確定的凍結(jié)法施工參數(shù)范圍為① 凍結(jié)鹽水溫度積極凍結(jié)期不高于-3(TC,維護(hù)凍結(jié)期-20 -25°C;② 凍結(jié)帷幕平均溫度-8 -15°C;③ 凍結(jié)帷幕強(qiáng)度5ffi=4.95MPa, 5拉彎=2.7 MPa, 5剪=2.4 MPa;④ 凍結(jié)帷幕厚度連接通道正常段2.4m,連接通道喇叭口段2.1m。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法, 其特征在于步驟(2)所述凍結(jié)孔打孔是利用凍結(jié)管作鉆桿,采用跟 管鉆進(jìn),該凍結(jié)管為低碳鋼無縫鋼管,采用絲扣連接、接縫補(bǔ)焊,鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)、及時(shí)糾偏,確保最大允許偏斜150mm;鉆進(jìn)結(jié)束后 進(jìn)行打壓試漏,合格者在凍結(jié)管內(nèi)下供液管;連接通道中還布置有多個(gè) 測(cè)溫孔和泄壓孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法, 其特征在于步驟(3)所述的凍結(jié)系統(tǒng)在冷凍機(jī)組、凍結(jié)管路以及連接通道兩側(cè)管片處采取保溫措施,該凍結(jié)系統(tǒng)在積極凍結(jié)過程中,定時(shí)監(jiān)測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍結(jié)帷幕擴(kuò)展情況,監(jiān)測(cè)頻率每2小時(shí)一次。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法, 其特征在于步驟(4)所述連接通道正常段的開挖步距為0.6m 0.8m, 兩端喇叭口段的開挖步距為0.6m。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法, 其特征在于步驟(5)所述融沉注漿使用的注漿材料以水泥-水玻璃雙 液漿為主,單液漿為鋪,注漿壓力不超過0.5MPa;融沉注漿配合強(qiáng)制 解凍進(jìn)行,當(dāng)95。/。以上的測(cè)溫點(diǎn)達(dá)到0'C以上時(shí)結(jié)束強(qiáng)制解凍,強(qiáng)制解 凍結(jié)束后若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定,即可停止融沉注漿。
全文摘要
一種雙排孔水平凍結(jié)法連接通道的施工方法,其包括確定凍結(jié)參數(shù)、布置和鉆打凍結(jié)孔、安裝并運(yùn)行凍結(jié)系統(tǒng)、施工開挖連接通道、施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控以及與自然解凍相結(jié)合的主動(dòng)人工強(qiáng)制解凍和融沉注漿;該方法在自然解凍的同時(shí),采用熱鹽水在凍結(jié)孔內(nèi)循環(huán),分區(qū)強(qiáng)制解凍凍土,解凍部位的順序?yàn)橛上轮辽希ㄟ^預(yù)埋的注漿管進(jìn)行融沉注漿,注漿部位的順序同樣為由下至上;凍結(jié)孔分內(nèi)、外兩排孔布置,孔長(zhǎng)度以碰到對(duì)側(cè)管片為準(zhǔn),采取兩側(cè)打孔的方式;連接通道采用動(dòng)態(tài)開挖方式,即兩主隧道的推進(jìn)施工同時(shí)照常進(jìn)行。本發(fā)明有效地控制了開挖過程中洞口的穩(wěn)定和連接通道及兩主隧道的沉降,具有安全性高、節(jié)約工期的優(yōu)點(diǎn),適用于各類軟土層連接通道的凍結(jié)施工。
文檔編號(hào)E21D9/04GK101463724SQ20081020486
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者余暄平, 李慕涵, 王吉云, 昊 郭 申請(qǐng)人:上海隧道工程股份有限公司