澳門橫琴線地鐵聯(lián)絡(luò)通道水平冷凍加固方案實(shí)測(cè)分析

摘要：含水地層條件下地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工，采用人工凍結(jié)法具有很好的加固效果，以澳門輕軌延伸橫琴線地鐵聯(lián)絡(luò)通道項(xiàng)目為依托，對(duì)其冷凍加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，并對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)分析，得到如下結(jié)論：不同路徑凍結(jié)自7d左右開(kāi)始，而7～20d時(shí)間段內(nèi)溫度下降更快，20～40d溫度變化又漸趨平緩，凍結(jié)管分布密集部位溫度變化更明顯；各個(gè)路徑上觀測(cè)點(diǎn)降溫變化相似，大致可分為3個(gè)階段，即開(kāi)始凍結(jié)階段、積極凍結(jié)階段和維護(hù)凍結(jié)階段；鹽水回路溫度在凍結(jié)的前10d略大于設(shè)計(jì)值，對(duì)此施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，以保證工程的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：臨水環(huán)境；地鐵聯(lián)絡(luò)通道；水平冷凍加固；實(shí)測(cè)分析

0 " 引言

城市軌道交通的高速發(fā)展，有效緩解了人口涌入城市所帶來(lái)的交通擁擠、用地緊張等問(wèn)題，而地鐵以其運(yùn)量大、速度快、低碳環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，成為城市軌道交通發(fā)展的主要方式。聯(lián)絡(luò)通道作為聯(lián)通地鐵兩隧道間的臨時(shí)通道，兼具疏散人群、排水防火的安全儲(chǔ)備功能，其重要性不言而喻[1]。

目前，聯(lián)絡(luò)通道常用的施工工法有明挖法、暗挖法和頂管法[2-3]。為了確保聯(lián)絡(luò)通道施工的順利進(jìn)行，須對(duì)于一些不良地質(zhì)體進(jìn)行預(yù)加固處理。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究。翟志國(guó)等[4]采用MJS水平旋噴樁地面加固方式，對(duì)微承壓性的富水軟弱地層進(jìn)行加固，取得了良好的成樁和止水效果，有效提高了土體自穩(wěn)能力、隔斷了承壓水，最大程度減少聯(lián)絡(luò)通道地層加固和開(kāi)挖對(duì)地面房屋的沉降影響。李丹等[5]提出洞內(nèi)WSS注漿加固的方法，并結(jié)合西安地鐵聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行了研究，優(yōu)化了注漿孔位的布置，并調(diào)整了注漿配比和注漿參數(shù)等。針對(duì)地下水豐富和地層軟弱的地層時(shí)，凍結(jié)法相比傳統(tǒng)工法，具有有效阻擋地下水滲流、施工環(huán)境友好、復(fù)雜地層所耗成本較低等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用?；谝陨涎芯浚疚囊劳邪拈T輕軌延伸橫琴線地鐵聯(lián)絡(luò)通道項(xiàng)目，對(duì)其冷凍方案設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)分析，確定凍土帷幕的形成效果，從而保證工程的順利實(shí)施。

1 " 工程概況

澳門輕軌延伸橫琴線為單洞單線雙向運(yùn)營(yíng)，在里程0+707.227處設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，聯(lián)通疏散井和區(qū)間隧道。通道開(kāi)挖寬5.1m，高6.45m，凈長(zhǎng)3.0m，凈埋深為23.017m。通道采用半圓拱加直墻段結(jié)構(gòu)，采用水平冷凍法對(duì)地層進(jìn)行加固，之后采用礦山法開(kāi)挖施工。

該區(qū)間隧道埋深約21.1m，聯(lián)絡(luò)通道所在地層構(gòu)造自上而下依次為人工填土、粉砂、淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粗砂、生物碎屑、礫砂。聯(lián)絡(luò)通道主要穿越淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和細(xì)砂。

根據(jù)地下水的分布特征、埋藏條件分析，場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)地下水為第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于場(chǎng)區(qū)淺部人工填土及其下部砂性土地層中，水量豐富，富水性好?？辈炱陂g，測(cè)得淺部地下水深介于1.93～4.96m，水位標(biāo)高介于0.16～1.72m。下部砂層透水性強(qiáng)，地下水多具有承壓性。

2 " 水平凍結(jié)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)孔位布置

2.1 " 水平凍結(jié)設(shè)計(jì)

本工程采用鹽水凍結(jié)，聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)時(shí)間設(shè)計(jì)為40～45d，單孔凍結(jié)流量≥5m3/h，積極凍結(jié)7d鹽水溫度降至-18℃以下，積極凍結(jié)15d鹽水溫度降至-24℃以下。鹽水溫度降至-28℃以下方可進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)鹽水去、回路溫差≤2℃。設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度2.5m，凍土平均溫度均小于-13℃。凍結(jié)過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)措施，保障相關(guān)參數(shù)達(dá)到以上設(shè)計(jì)要求。鹽水降溫計(jì)劃如表1所示。

2.2 " 測(cè)溫孔點(diǎn)位布設(shè)

聯(lián)絡(luò)通道共設(shè)凍結(jié)孔79個(gè)，測(cè)溫孔9個(gè)分別編號(hào)為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8和C9。其中C1、C2、C3測(cè)溫孔孔深為4m，分別每隔1m設(shè)置一處測(cè)溫點(diǎn)，共4個(gè)點(diǎn)；C6、C7、C8、C9測(cè)溫孔孔深為2m，分別每隔0.5m設(shè)置一處測(cè)溫點(diǎn)，共4個(gè)點(diǎn)；C5測(cè)溫孔孔深為2.5m，每隔0.5m設(shè)置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，共5個(gè)點(diǎn)；C4測(cè)溫孔孔深為6m，均勻設(shè)置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)編號(hào)從里到外，具體詳見(jiàn)表2。

測(cè)溫孔布置情況如圖1、圖2所示。測(cè)溫孔布置原則如下：根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，選取凍結(jié)壁厚度較大位置周邊布置測(cè)溫點(diǎn)為宜，并盡量保證其與附近凍結(jié)管距離在0.5～1m之間，所有凍結(jié)孔深度、偏斜、耐壓經(jīng)檢測(cè)，均符合設(shè)計(jì)要求。溫度實(shí)測(cè)主要通過(guò)電子溫度計(jì)測(cè)量，將溫度計(jì)布置在相應(yīng)深度圖層中，做好防水等保護(hù)措施，然后每天固定時(shí)間記錄溫度計(jì)顯示溫度，直至凍結(jié)結(jié)束。

2.3 " 實(shí)測(cè)目的

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)作為本文研究重要部分，主要目的有四點(diǎn)：一是研究聯(lián)絡(luò)通道在凍結(jié)加固前后地溫情況；二是通過(guò)實(shí)測(cè)鹽水去、回路溫度，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鹽水在凍結(jié)管內(nèi)循環(huán)是否受阻，以保證鹽水降溫，滿足設(shè)計(jì)溫度；三是溫度實(shí)測(cè)可以反映出凍結(jié)壁溫度是否達(dá)到設(shè)計(jì)值，以確定是否需要增加凍結(jié)時(shí)間；四是滲流實(shí)測(cè)可以觀察聯(lián)絡(luò)通道附近土體地下水滲流速度、滲流量和滲流方向，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施，保證凍結(jié)工程順利進(jìn)行。

3 " 溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)分析

3.1 " 鹽水去、回路溫度

鹽水的實(shí)測(cè)去、回溫度情況如圖3所示，由圖3可知，凍結(jié)前6d，鹽水溫度下降迅速，6d之后其變化較緩。凍結(jié)的前10d，鹽水去、回路溫差平均在3℃，后20d鹽水去、回路溫差降至平均2℃以下，說(shuō)明此時(shí)土體與鹽水凍結(jié)管之間熱交換量變低，凍土帷幕發(fā)展良好。在凍結(jié)第7d溫度降至-18.2℃，凍結(jié)第15d溫度降至-24.2℃，符合設(shè)計(jì)要求。

需要注意的是，凍結(jié)期間應(yīng)積極改善機(jī)組運(yùn)行工況，并輔以加強(qiáng)保溫措施、加強(qiáng)清水系統(tǒng)降溫、增大鹽水流量等措施，來(lái)保障凍結(jié)效果。

3.2 " 測(cè)溫管溫度

測(cè)溫孔溫度實(shí)測(cè)結(jié)果如圖4所示，由圖4分析可知：

凍結(jié)開(kāi)始到25d左右，凍結(jié)管內(nèi)凍結(jié)液溫度急劇下降，這一時(shí)間段溫度曲線下降速度較快，之后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。此時(shí)的測(cè)溫孔溫度實(shí)測(cè)曲線變化相對(duì)較緩。

所有測(cè)溫孔所測(cè)溫度下降最快的持續(xù)時(shí)間都在7d左右，然后逐漸變緩。其中各測(cè)溫點(diǎn)變化較大的測(cè)溫孔如C5、C7、C8。分析其原因，可能是開(kāi)孔位置或者角度不同，導(dǎo)致各其孔內(nèi)測(cè)溫點(diǎn)與最近測(cè)溫管距離差別較大，其中C6與最近測(cè)溫管相聚最遠(yuǎn)，直到凍結(jié)30d后其溫度才下降到0℃。

C1測(cè)溫管上，凍結(jié)開(kāi)始的6d左右，溫度沒(méi)有明顯變化。這是由于C1測(cè)溫管與最近凍結(jié)管距離相對(duì)較遠(yuǎn)，冷量傳遞需要一定時(shí)間；第7d到第13d溫度下降最快，然后下降趨勢(shì)逐漸減緩，到第22天左右達(dá)到0℃；測(cè)溫管內(nèi)4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)基本一致。

C2、C3、C8和C9測(cè)溫管內(nèi)測(cè)溫點(diǎn)最開(kāi)始6d左右，發(fā)展趨勢(shì)與C1類似，其中C3的整個(gè)凍結(jié)過(guò)程發(fā)展趨勢(shì)接近C1，從凍結(jié)孔開(kāi)孔位置可以看出，C1、C3位置相近，且開(kāi)孔角度一樣，這也就解釋了降溫發(fā)展趨勢(shì)為何近似。C2位于整個(gè)凍結(jié)管群右側(cè)，根據(jù)開(kāi)孔角度知其靠近孔最深處，與最近凍結(jié)管距離越遠(yuǎn)，測(cè)溫點(diǎn)溫度更高也體現(xiàn)出這一點(diǎn)。

4 " 結(jié)論

本文依托澳門輕軌延伸橫琴線地鐵聯(lián)絡(luò)通道項(xiàng)目，對(duì)其冷凍方案設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，并對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)分析，得到如下結(jié)論：凍結(jié)前10d，鹽水去、回路溫差平均在3℃，略大于設(shè)計(jì)值，對(duì)此施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注；后20d鹽水去、回路溫差降至平均2℃以下，說(shuō)明此時(shí)土體與鹽水凍結(jié)管之間熱交換量變低，凍土帷幕發(fā)展良好，可以保證工程的順利進(jìn)行。整體上不同路徑凍結(jié)自7d左右開(kāi)始，而7～20d時(shí)間段內(nèi)溫度下降更快，20～40d溫度變化又漸趨平緩；C1和C3路徑變化趨勢(shì)相近，C4、C5變化趨勢(shì)相近，但C4、C5所在位置附近凍結(jié)管分布更密集，故C4、C5觀測(cè)點(diǎn)最終凍結(jié)溫度較C1、C3更低。各個(gè)路徑上觀測(cè)點(diǎn)降溫變化相似，大致可分為3個(gè)階段，即開(kāi)始凍結(jié)階段、積極凍結(jié)階段和維護(hù)凍結(jié)階段。鹽水凍結(jié)的冷量在傳遞的過(guò)程中需要一定的時(shí)間，因此距離凍結(jié)管越近的測(cè)溫管其溫度變化越大。施工過(guò)程中，要時(shí)刻關(guān)注遠(yuǎn)端測(cè)溫管的溫度變化，以此為依據(jù)來(lái)調(diào)整冷凍參數(shù)，保證開(kāi)挖過(guò)程中帷幕凍結(jié)壁厚度在可控范圍內(nèi)。

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