人工地層水平凍結(jié)法研究論文

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摘要:結(jié)合上海地鐵四號線修復工程,采用基于“一線總線”的凍結(jié)法溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行現(xiàn)場實時監(jiān)測,并依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),判別了凍結(jié)管是否漏鹽水以及完好隧道段凍土壁的封水效果,得出了凍土壁溫度場形成規(guī)律和積極凍結(jié)期結(jié)束時間,并分析了各施工工序?qū)鼋Y(jié)壁的溫度影響。

關(guān)鍵詞:水平凍結(jié),隧道修復,溫度場

0引言

上海地鐵四號線修復江中暗挖段工程采用水平凍結(jié)結(jié)合礦山法將原建在黃浦江下的完好隧道和基坑內(nèi)施工的隧道進行暗挖貫通。

工程位于黃浦江河床下,施工風險很大,對凍結(jié)系統(tǒng)運行狀況和凍土帷幕發(fā)展狀況進行實時監(jiān)測就顯得尤為重要。在監(jiān)測中主要考慮幾個問題:凍結(jié)管是否漏鹽水;凍土帷幕的性能;完好隧道一側(cè)封水效果如何;暗挖施工過程對凍土壁溫度有何影響。

水平凍結(jié)孔和測溫孔布置:每組去回路在回路上布置1個測點,在每組干管去路和回路上各設(shè)置1個測點,鹽水去回路共有59個測點。鹽水傳感器采用封裝在不銹鋼螺釘中的DS1820ST傳感器,測點布置在每組去回路的回路凍結(jié)管上。凍土帷幕溫度監(jiān)測采用封裝有DS1820ST傳感器的測溫電纜,在凍結(jié)區(qū)域中共布置了11個測溫孔。采用基于“一線總線”的凍結(jié)法溫度監(jiān)測系統(tǒng)[1],實現(xiàn)了信息化實時監(jiān)測,掌握凍結(jié)壁溫度場的變化規(guī)律,將不可見、不可控轉(zhuǎn)化為可見、可控,從而降低工程風險。

1鹽水凍結(jié)系統(tǒng)運行狀況分析

鹽水凍結(jié)系統(tǒng)于2007年2月13日開始運行,鹽水溫度快速下降。凍結(jié)4d,干管去路溫度降至-22.5℃,凍結(jié)14d溫度降到最低-30.1℃,以后積極凍結(jié)期干管溫度去路平均維持在-29.5℃左右。維護凍結(jié)從凍結(jié)44d后開始,維護凍結(jié)期干管去路溫度平均維持在-28.0℃左右。積極凍結(jié)期平均溫差為1.8℃,維護凍結(jié)平均溫差為1.0℃,說明凍結(jié)開始時熱交換量大,以后逐漸減少,進入維護凍結(jié)后熱交換達到穩(wěn)定。

在凍結(jié)過程中,每天用標尺測量鹽水箱的鹽水水位一次,鹽水箱水位始終保持在34cm~35cm。水位下降主要是由于鹽水箱內(nèi)鹽水蒸發(fā)損失產(chǎn)生的,且水位無突然下降情況出現(xiàn),由此可以斷定鹽水凍結(jié)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常,去回路沒有發(fā)生漏液。

2凍土帷幕的性能分析

根據(jù)凍土試驗報告[2],凍土壁所在土層的凍結(jié)溫度在-1.0℃~1.4℃之間。凍土壁達到設(shè)計的厚度,且平均溫度達到-12℃,積極凍結(jié)期才能結(jié)束,進入維護凍結(jié)期。

圖1為T2測孔各測點溫度時程曲線,由曲線可知,凍結(jié)17d時,T2測孔附近土體溫度已達到-5℃以下,此時T3測孔相同位置附近土體剛達到結(jié)冰溫度,說明內(nèi)外排凍結(jié)管之間的凍土壁已交圈。內(nèi)排孔距開挖面1.0m,其凍土帷幕發(fā)展情況可由T4和T6測孔的溫度值反映出來。

用T1測溫孔中心線和上行線隧道中心線組成的平面作為凍結(jié)區(qū)域剖面,在剖面上作4個截面,A—A截面位于凍土區(qū)與地下連續(xù)墻交界面處,B—B截面位于凍土區(qū)中間位置,C—C截面位于凍土區(qū)與隧道內(nèi)封堵墻交界面,D—D截面位于完好隧道管片外凍結(jié)管末端處。采用蘇聯(lián)學者Б.В.Бахолдин[3]提出的凍土帷幕厚度計算公式,以測溫孔測點監(jiān)測數(shù)據(jù)為參數(shù),結(jié)合凍結(jié)孔的實際情況,可計算出不同凍結(jié)時間各截面位置處的凍土帷幕厚度和平均溫度,繪出如圖2,圖3所示的凍土帷幕厚度時程曲線和平均溫度時程曲線。

由曲線可知,位于凍結(jié)壁中部的截面凍土帷幕最厚,在完好隧道一側(cè)的凍土壁發(fā)展最緩慢。凍結(jié)48d時此截面處的凍土壁才達到設(shè)計要求,D—D截面的平均溫度達到了-17℃,滿足設(shè)計要求,可以轉(zhuǎn)入維護凍結(jié)階段。

3已建完好隧道端封水效果分析

為了監(jiān)測凍土壁在完好隧道外側(cè)發(fā)展狀況,充分掌握凍土帷幕的封水效果,在下行線隧道內(nèi)距封堵墻2環(huán)和3環(huán)管片(每環(huán)管片1m)上預留的注漿孔向外打探孔,布置了7個測點。測到的溫度值如表1所示。

從溫度可以看出,管片外側(cè)距封堵墻1.5m處的土體已結(jié)冰,部分凍土壁已發(fā)展到距封堵墻2.5m外的地方。

由于開挖是從基坑內(nèi)開始的,開挖到封堵墻位置處還需要時間,凍土壁可以進一步發(fā)展。因此,完好隧道端的凍土壁達到了預期的效果。

4施工工序?qū)鐾玲∧粶囟扔绊懛治?/p>

表2為江中暗挖施工工序及開始時間。當江中暗挖施工各工序施工時,必然會對凍土壁產(chǎn)生影響。圖4是在各工序施工時內(nèi)外排凍結(jié)管之間T2測溫孔附近的凍土帷幕溫度時程曲線,圖5是在各工序施工時T測溫孔測到的溫度曲線。

由曲線可以看出,從暗挖工程施工開始,各測點附近的凍土壁溫度都在升高,且澆筑混凝土時各測點溫度升得最高,隧道中部區(qū)域的溫度接近0℃,這主要是由混凝土水化熱產(chǎn)生的。靠近地下連續(xù)墻的測點,受空氣影響,溫度一直較高。為了確保地下連續(xù)墻和凍土壁交界面的封水效果,特在積極凍結(jié)期每條隧道開挖洞門外,沿開挖面邊緣鋪設(shè)了2根凍結(jié)管,并在洞門外地下連續(xù)墻表面鋪設(shè)了泡沫保溫板。采取這些措施后,取得了較好的效果,即便在開挖過程中,該交界面的溫度也在-5℃以下,確保了工程的安全。

5結(jié)語

上海地鐵四號線修復江中段暗挖工程的成功再一次佐證了人工地層凍結(jié)法可形成承壓、封水凍土壁的獨特優(yōu)勢,為凍結(jié)法在其他城市地下工程中的應用具有重要的參考價值。溫度是計算凍土壁強度、厚度和平均溫度的首要依據(jù)。通過合理布置溫度監(jiān)測點,采用基于“一線總線”的溫度監(jiān)測系統(tǒng),可以對凍土壁溫度實現(xiàn)實時監(jiān)測,從而實現(xiàn)信息化施工。通過溫度數(shù)值和鹽水箱水位分析可實時掌握凍結(jié)系統(tǒng)的運行狀況和凍土壁的特征,可確保凍結(jié)法施工安全。

參考文獻:

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