一、工程概況
南京地鐵二號線ta04標中和村站～元通站區間，區間地貌單元屬長江漫灘，場地地層呈二元結構，上部以淤泥質粉質粘土為主，下部以粉土、粉細砂為主，區間隧道主要穿越地層為流塑淤泥質粉質粘土（②～2b4）、（②～3b3-4）和粉細砂層（②～3 d2-3，中密，區域性稍密），區域性穿越粉土（②～3 c2-3，稍密，區域性中密）。隧道內徑5.5m，管片厚度0.
35m，管片寬度1.2m，管片混凝土為c50，抗滲為s10，接縫處設定edpm框形密封墊及聚合物嵌縫兩道防水措施。右線長度為1431.
81m，左線長度為1453.491m。在右線k3+530（左線k3+537）設1#聯絡通道，線間距為16.
2m，穿越地層為淤泥質粉質粘土（②～3b3-4），土層含水率約為36.5%，空隙比為1.1，粘聚力為16.
2kpa，內摩擦角為28.6°，垂直滲透係數為5.73×10-7cm/s,水平滲透係數為7.
09×10-7cm/s；左右線隧道中心高程為-14.005，地表高程為6.10，隧道埋深17.
4m；在右線k3+934.433(左線k3+954.376)設2#聯絡通道兼幫浦站，線間距為12.
0m，穿越地層為粉細砂（②～3 d2-3，中密，區域性稍密），土層含水率約為28.4%，空隙比為0.83，粘聚力為8.
5kpa，內摩擦角為38°，垂直滲透係數為9.18×10-7cm/s,水平滲透係數為1.09×10-4cm/s；左右線隧道中心高程為-17.
823，地表高程為7.94，隧道埋深23m。均採用冷凍法加固地層後礦山法施工，凍土帷幕厚度不小於2m，強度不小於4mpa，1#聯絡通道設計加固地層體積約為2100ｍ3，2#聯絡通道設計加固地層體積約為2100ｍ3。
二、凍結法施工聯絡通道工藝簡介
在隧道內利用近水平管和部分傾斜管凍結加固地層,使聯絡通道外圍土體凍結,形成強度高、封閉性好的凍土帷幕(圖1為聯絡通道及幫浦站凍結方案示意圖)。然後,在凍土中採用礦山法進行聯絡通道及幫浦站的開挖和構築施工,地層凍結和開挖構築施工均在區間隧道內進行。
水平地層加固和開挖構築的主要施工工藝及順序如下:
三、凍結帷幕方案設計
1、設計原則
凍結帷幕方案設計的基本原則是:①凍結帷幕方案設計必須滿足聯絡通道施工的安全和質量要求,即保證凍土帷幕有足夠的強度,凍結帷幕水平孔(斜孔)布設合理,滿足施工及規範要求,在設計中應重點考慮聯絡通道頂部薄弱部位。②凍結帷幕水平孔(斜孔)凍結方案應結合現場實際情況,便於隧道開挖和支護,施工安全、可靠,施工費用低,施工工期短。
③設計應考慮對凍脹、融沉的防範措施。
2、凍結帷幕厚度設計
根據在部分地鐵工程聯絡通道凍結施工經驗計算式:
式中 ｒ———計算點到凍結管距離,ｍ;
ｅ———凍結帷幕外側厚度,ｍ;
ａ———經驗引數,取ａ=19 69;
ｔ———計算點凍結帷幕溫度,℃。
凍結帷幕內側厚度ｅ′=1 .4ｅ,凍結帷幕平均厚度1. 4ｍ。
3、凍結帷幕交圈時間計算
凍結前,同一深度的地層具有相同的原始溫度,凍結開始後,通過凍結管把冷量傳給地層,在凍結管周圍產生降溫區,形成以凍結管為中心的凍結圓柱,並逐漸到相鄰的凍結圓柱連線形成封閉的凍結圓筒,形成冷凍結層,即為凍結帷幕交圈。
凍結帷幕交圈時間主要與凍結孔間距、鹽水溫度、土層性質、凍結管直徑、地層原始溫度、以及凍結器環形空間內鹽水運動狀態等因素有關。
凍結帷幕交圈時間計算公式為:
5、凍結孔布置
根據凍結帷幕設計及聯絡通道的結構,凍結孔沿通道四周布置,按上仰、近水平、下俯三種角度布置。凍結孔採用上下各三排,左右各一排布置,凍結孔共設77個,開孔間距為0 .5～1 .
2ｍ,利用水平孔和部分傾斜孔凍結加固地層,使聯絡通道及集水井外圍土體凍結,形成強度高,封閉性好的凍土帷幕。
在現場實際操作中,可根據鑽機情況、管片配筋情況和聯絡通道擬開管片的實際位置等,對鑽孔孔位作少量調整,但最大間距不得大於1 .0ｍ。
6、製冷設計
凍結引數確定
1)設計鹽水溫度為-28℃-30℃。
2)積極凍結時間為30ｄ,維護凍結時間為35ｄ。
3)測溫孔和卸壓孔分別為8個和4個。
4)凍結管總長度為785ｍ。
需冷量和冷凍機選取型
凍結需冷量:ｑ=1 2·ｄ·ｈ·ｋ
式中ｈ———凍結總長度,ｍ;
ｄ———凍線管直徑,ｍ;
ｋ———凍結管散熱係數,ｋｃａｌ/ｍ2·ｈ。
將上述引數代入公式得ｑ=65813ｋｃａｌ/ｈ,考慮到其它因素設計工況製冷量為87500ｋｃａｌ/ｈ。
四、施工工序
1、開孔鑽進施工
開孔前在布孔範圍內打若干小孔，探測地層穩定情況，若發現砂層，立即進行雙液注漿，以提高孔口附近土體穩定性，然後進行開孔，採用雙層特殊孔口管(見圖2)。在凍結管跟進鑽進中採用強力水平鑽機，鑽桿角度嚴格按照施工組織設計圖進行，確保凍結範圍，關鍵是在隧道內鑽孔時解決好漏水漏沙問題，防止水土流失。
圖2 孔口管示意圖
2、凍結系統安裝
選用w-yslgf30011冷凍機組，在安裝系統時盡量縮短冷凍管長度，使凍結能量盡量少損失。在系統安裝完成後，先檢查凍結管的密封情況，出現滲漏立即補救，檢滲完成後，安裝保溫層，並在上下行線安裝凍結板，此時可以進行凍結。
3、積極凍結
注意每天溶液溫度變化和氣溫變化(見圖3)，一般前7天溫度下降明顯，由大氣溫度降至-20℃。在-20℃度左右會有一段時間溫度會小幅波動，這時外側土體已經開始凍結並慢慢擴散(這時對洩壓孔進行觀察會發現水壓會上下波動，讀數一般在0．1mpa左右，在開挖前達到0．3mpa，開挖前必須洩壓)。這一階段7～8天，以後溫度每天下降0．5℃～1．5℃，到-30℃左右基本穩定，凍結到第45天後可以進行開挖前準備工作。
圖3 溫度變化曲線
4、開挖構築
聯絡通道分上下兩層，上層為通道，下層為集水井，開挖構築流程：。開挖通道時冷凍處於圍護凍結狀態，冷凍機正常執行，開挖集水井時冷凍機停止。
(1)開挖前對洩壓孔水壓力進行釋放，對測溫孔溫度進行收集彙總，並開孔實測溫度，數量不得少於4處(正面2處，背面2處)，兩側都要開孔實測。
(2)拆除鋼管片後，開挖斷面中心有土體流出形成一0．5m*0．3m深度為0．8m的孔洞，開挖時對凍土進行回彈實驗，凍土強度最大1．5mpa，實際測量凍土層至凍結管距離1．1m，推算凍土帷幕實際厚度2．2m(大於根據溫度推算的1．82m)。開挖步距50cm，支撐30～50cm，注意及時支撐，並預留板後注漿管。
(3)挖通後掛網噴射混凝土必須要求表面平整、密實，為防水層施工做好基礎。
(4)拱頂混凝土澆築，通道頂混凝土澆築採用模板逐步延伸連續澆築，但要保證拱定部位混凝土密實性難度較大。
(5)上下層混凝土澆築施工縫處理，必須預留水平環形水膨脹橡膠圈(膩子)或預埋注漿管。
5、停止凍結
一般在開挖集水井時由於許多凍結管在開挖範圍內，因此需要停止凍結，由於凍土的蠕變性較好，凍土幃幕破壞前會出現較大蠕變過程，因此結合監測資料觀察凍土變形能夠判定凍土是否安全。
6、注漿
由於冷凍法施工土體受凍會膨脹，在融化中會沉降，注漿要及時，一般在拱頂部位放設三根注漿管(兩頭加中間)，兩側牆身各一根，集水井底板放置一根。注漿管分板後注漿及壁後注漿兩種，板後注漿管要在凍土融化前進行，填充凍土到支撐模板的空隙，從而控制土體沉降，而壁後注漿管應在混凝土強度達到85％以上進行，填充拱頂混凝土與模板間的空隙。
五、施工難點
1、水平凍結孔施工技術
(1)採用二次開孔工藝,以防鑽透管片時大量出泥出水。一次開孔採用金剛石取心鑽在管片上鑽進300ｍｍ深左右,不鑽透管片。一次開孔鑽進完畢,下入孔口管並安裝閥門,接著進行二次開孔鑽進,直至鑽透管片，管片鑽透後,立即退出開孔鑽頭,關閉閥門。
(2)用夯管法下凍結管,在鑽進時安裝類似軸封的孔口止水裝置。
(3)下完凍結管後,對凍結管與孔口管及套管間的間隙和孔口附近地層進行注漿充填。
(4)下洩壓管(濾水管)時，在洩壓管內裝滿三合土,以防夯進洩壓管時出水，影響施工。
2、地層凍脹和融沉控制技術
(1)在凍結壁內未凍土中設洩壓孔，通過放水、排泥來減小凍結壁內的水土壓力，洩壓孔採用φ140ｍｍ的鑽孔。洩壓孔濾管不包紗網，以便在凍脹引起地層壓縮時,可從洩壓孔洩水或排除部分土體，施工中根據地層變形監測結果和洩壓孔中的水壓變化情況進行洩壓。
(2)根據監測結果,合理調整凍結孔的供冷量。在特殊情況下,還可通過在加熱孔中迴圈熱水來迅速提高凍結壁溫度,使凍結壁軟化,從而減小凍脹力。
(3)合理安排凍結順序,減小凍脹引起的地層變形。
(4) 對凍結過程中隧道結構的變形或受力變化情況進行監測,分析凍結施工對隧道結構的最終影響,為調整凍結施工引數提供依據。通過調整鹽水流量和鹽水溫度來控制凍結壁厚度,使其保持在設計值左右。
(5) 由於凍結壁解凍時有少量收縮,從而使地層產生融沉,可能給上部建築及管線帶來不良影響。為此,施工時在隧道襯砌上預留注漿管,在凍結壁化凍過程中進行注漿,以補償地層融沉。
(6) 停凍後採取強制化凍措施,以盡快化凍，恢復穿越段附近地層的水土壓力，縮短融沉補償注漿工期。
六、開挖條件判斷
判斷冷凍法是否達到開挖要求是冷凍法的關鍵，在開啟鋼管片之前需要滿足以下條件；
1、鹽水溫度在-26℃以下的時間超過30天，鹽水去、迴路的溫度差小於1℃。
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