地铁隧道水平冻结工程地层冻胀融沉的预测方法及工程应用

人工冻结工法作为土木工程特殊施工技术,在富含水软弱地层工程施工中有着显著的优点,但是此工法对地下管线、地面建筑物以及对冻结壁稳定性和可靠性的影响不容忽视。本文以广州地铁3号线某隧道水平冻结施工工程为原型,根据相似准则,建立集温度场、湿度场和力学场于一体的大型物理试验模型。通过模拟开挖过程,研究人工水平冻结法施工冻结壁形成规律、冻胀与融沉效应问题。模拟试验数据分析表明,水平冻结法施工可在隧道周围快速形成闭环冻结壁,有效保证一次支护前隧道围岩的稳定性;在施工中宜采用快速冻结或间歇冻结,有效控制积极冻结时间和冻结壁厚度,减少因水分迁移造成的冻胀位移量;浅埋暗挖隧道引起了明显的地表下沉位移;解冻过程中地表融沉位移较大,对环境影响较大。

本文主要阐述了水平冷冻法施工在广州地铁工程中的成功应用，及对水平冷冻法的施工方法及主要技术措施进行了介绍。

文中介绍了冻结法在隧道、地铁联络通道、盾构进出口以及隧道破损修复等方面的应用,地铁隧道冻结法施工期地层的冻胀现象一直是工程中所关注的焦点,根据解析法、数值分析法、模型试验法和现场实测法,对地铁隧道冻结期冻胀的研究现状进行了综述,最后提出了现行地层冻胀研究存在的问题和今后的研究方向。

地铁隧道水平冻结法施工技术

论文结合广州轨道交通三号线天河客运站折返线水平冻结孔施工实例,介绍了长距离水平冻结孔,在广东地区综合评价地质条件很差,且地下管线错综复杂情况下水平定向钻进施工技术。

介绍了上海地铁2号线杨高路站～中央公园站区间隧道联络通道和泵站的水平冻结施工,阐述了隧道内水平冻结施工对地表及隧道结构产生的影响及解决措施,指出了水平冻结加固技术在市政地铁工程施工中的技术先进性和广阔的应用前景。

地铁隧道施工引起地表横向沉降预测方法——介绍了目前地铁隧道施工引起地表横向沉降预测的常用方法--经验公式法、理论公式法、数值模拟法及bp神经网络预报法。讨论了各种方法的优缺点及选用建议。

文章编号:16735196(2009)03012106 地铁隧道水平冻结法施工冻结壁 温度场影响参数分析 毕贵权1,2,程形燕1,石磊2,马希金1 (1.兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰 州730000) 摘要:以地铁隧道水平冻结法施工中最常见的粉质粘土为例,应用大型数值分析软件ansys系统研究冻结管直 径、冻结管间距、盐水温度、土层含水量4大因素对冻结法施工中温度场的影响,提出各因素对冻结壁厚度和冻结 时间的灵敏度公式;在各影响因素下通过灵敏度对比分析,得出各因素对冻结壁厚度灵敏度影响规律,该影响规律 由大到小依次为:盐水温度、冻结管间距、冻结管直径、土层含水

冻结法在南京地铁隧道流砂地层中的应用——南京地铁一号线张府园～三山街区间隧道联络通道位于流砂地层,地下水丰富,开挖支护困难,因此采用冻结法施工。本文介绍了施工要点和需要注意的问题。实践证明,在流砂地层开挖隧道,使用冻结法是一个良好的选择。

上海地铁隧道旁通道水平冻结法施工

广州地铁隧道过断裂破碎带超长水平冻结法施工技术

结合现有研究成果,简要分析冻胀的机理。根据呼和浩特市轨道交通1号线冬季在建的施工站点及区间的现场监测数据,经过大量监测数据的统计分析,总结了在呼和浩特地区季节性低温条件下冻胀融沉现象对于地层的影响规律,包括沉降测点冻胀融沉所引起的地表沉降与隆起以及冻融水位的变化。为后续1号线的工程施工以及后期的运营维护提供借鉴。

西安地处国内地裂缝发育最强烈的汾渭盆地,地裂缝的活动性会造成地铁隧道结构扭曲及衬砌面开裂并影响地铁的施工及安全运营,采用特殊材料制作几何相似比常数为1∶20的地裂缝与地铁隧道结构相互作用的隧道模型,通过对隧道模型结构应力监测数据与应力预测值进行对比分析揭示了地裂缝位错作用下隧道的变形破坏规律,并建立了地铁隧道结构应力的预测模型.试验结果表明:随着地裂缝位错量的增加,位于隧道结构上部的地裂缝上盘压力增加、下盘压力减小,位于隧道结构下部的上盘压力迅速减小、下盘压力持续增加;位于地裂缝下盘的隧道结构上部整体受拉而下部整体受压,位于地裂缝上盘的隧道结构上部先受压后受拉;位于地裂缝下盘的隧道结构沿纵向发生向下的弯曲变形致使其环向应变表现为拱底受压而拱顶和左右两拱腰均受拉的受力特点;指数平滑法对初始观测值的要求低且受异常值影响小可作为隧道结构应力预测的首选方法,当应力值达到预警值时进行报警采取适当的加固措施可保证地铁隧道的正常施工与安全运营.

冻结施工是软弱含水土层中施工的辅助方法之一,北京地铁大北窑车站区间隧道水平冻结施工工程是我国首例隧道水平冻结施工。以该工程为原型工程,建立了一套以相似理论为基础的物理模型试验系统,开展了冻结及冻融现象的试验研究,对冻结与冻融过程中地表变形进行了分析研究,得出其变化规律和经验公式,可为以后的水平冻结施工技术的扩大应用提供部分理论依据和参考。

2009年第3期（总第89期）华东建工勘察1 冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究 徐敏生龚启昌 上海市城市建设设计研究院 【提要】本文主要讨论地下土木工程中使用冻结法施工引起的冻胀和融沉工程问题，从岩土工程的角 度介绍冻结土的形成及其工程力学性质。较为全面的阐述冻结土的岩土工程设计及施工特点。 【关键词】冻结土融沉冻涨措施工程力学性能 1冻结土的冻胀和融沉（问题）的产生 冻胀主要发生在砂性土、粉性土及黏性土中。粗砂砾粒类土不会出现冻胀现象。寇克娄 等的著作中认为：在“不均匀的土粒（u＞15），d﹤0.02mm所占百分比﹥3％；很均匀的土粒 （u﹤5），d﹤0.02mm土粒所占百分比﹥10％”土

结合上海地铁四号线修复工程,采用基于\"一线总线\"的冻结法温度监测系统进行现场实时监测,并依据监测数据,判别了冻结管是否漏盐水以及完好隧道段冻土壁的封水效果,得出了冻土壁温度场形成规律和积极冻结期结束时间,并分析了各施工工序对冻结壁的温度影响。

针对地铁联络通道冻结施工时常面临的冻胀过大且冻胀率较难测定的施工难题,依托杭州某复杂地层内越江隧道联络通道冻结施工实例,采用数值分析不同假定冻胀率对冻土体内力和主隧道变形的影响,通过冻土体内力变化制定出冻土体的临界冻胀率,同时对主隧道竖向变形进行监测,并结合主隧道计算竖向变形反馈出实际冻胀率,最后根据实际冻胀率和临界冻胀率的比较,采取相应施工措施。研究结果表明:此类地层联络通道冻结施工时,冻土体临界冻胀率为2%,可采用可观测的主隧道竖向变形监测来反馈冻土体的实际冻胀状态,当冻结和暗挖阶段主隧道竖向变形量分别小于7.5mm和4.88mm时,实际冻胀率为1%~2%,冻胀对冻结效果的影响尚在可控范围内,故除常规泄压孔减胀措施,无需再采用加强减胀措施。

上海地铁隧道的变形及形变的因素有很多,包括地质条件、地下水状况、地表沉降、安保区违规施工等因素,均会对在建地铁、运营地铁产生一定影响.如果不能对地铁隧道重点区间进行全天候实时监测,造成的后果难以估量.工程经验表明地铁隧道一旦发生险情,将会造成巨大的灾难和损失,民众也会恐慌心理,对社会安定产生不良影响.该研究借助某工程施工监测状况进行了分析,对紧邻基坑施工扰动影响的隧道变形进行了全面合理的动态监测,主要使用设备为全站仪,可实现24h无人值守连续监测,每次监测均可在地铁运行间隔内完成要求.监测数据、采集数据可为后期施工提供一定的理论参考依据,为工程应用的顺利实现打下良好的基础.

复杂地层的冻结施工常常会遇到不同程度的冻胀问题。为了保证施工的顺利完成，施工单位需要通过适宜的措施对工程中的冻胀问题进行合理控制。以某地铁联络通道冻结工程为例，对复杂地层内地铁联络通道冻结施工冻胀控制进行了分析和研究。

为便于对地铁引起的邻近建筑物楼板的振动进行分析及预测,提出了简化计算方法。将楼板简化为单自由度体系,将地铁引起的建筑物内房间墙根的竖向振动加速度时程作为该单自由度体系的基底输入,即可求得体系的加速度响应,将此近似作为该房间楼板中间的振动响应。对上海地铁8#线引起沿线某六层砖混结构的振动进行实测,并用冲击法实测了楼板的自振频率和阻尼比。用文中建议的简化计算方法和有限元方法算得地铁引起的楼板中间的振动并和实测结果进行对比,验证了简化算法的可行性。

文章介绍了水平冻结法在地铁联络通道施工过程中的应用,内容主要包括冻结孔施工、冻结站安装、积极冻结和维护冻结的施工方法及控制要点。

城市地铁联络通道通常位于区间隧道中部，线路最低处，联络通道通常与排水泵共同建设，并共同肩负隧道连接集排水和防火等任务。为减少联络通道的土方开挖量，同时，保障施工安全，联络通道处隧道间距最小，地表较为宽阔，在选线时，要充分考虑联络通道的土方量较小，但是由于其地质环境较复杂，如果地下水位较高，可能存在流砂层等不利于施工的条件，施工难度增加。为此，文章以具体的工程案例，对地铁隧道联络通道冻结法施工技术进行分析，希望为相关人员提供参考。