隧道冻结技术

冻结法施工的优点

①冻结帷幕强度较高:-10℃时冻结粘土的抗压强度一般可达5MPa,冻结砂土的抗压强度一般可达8MPa以上。

②冻土帷幕的止水性好,并且容易通过在冻土帷幕内设水文孔来检验。

③对所处地层扰动较小,地面沉降控制把握性大。

④不必占用地面场地。

冻结法施工的缺点

①施工周期长。

②造价高。

③冻胀、融沉会造成一定的地面隆沉。

①冻胀和融沉引起联络通道附近管片变形、位移、开裂等。

②引起地面隆沉,地下管线、地面建筑物隆沉,甚至破坏。

③解冻期间沉降原因分析:

a.冻胀土体消融引起地层沉降。

b.在结束维护冻结的第五天,南京市发生20年不遇的特大暴雨,致使联络通道处隧道内积水达2m多深。受此因素影响,未能按计划及时进行衬砌背部的二次注浆,虽然在积极排水以后马上对衬砌背部进行了跟踪注浆,但地面及管片沉降在约两个月后才达到稳定状态。

c.联络通道上方为十多路公交车频繁停靠的公交站台,车辆制动荷载导致地表沉降。

冻结原理见图1。

隧道冻结技术原理

1955年我国首次将冻结技术应用于矿井建设中,并取得了成功。随着近年来地下工程的迅速发展,冻结加固技术因为其防水效果好,对周围环境影响小等特点而越来越多的被应用于城市地铁建设中,特别是对环境保护要求高、又处在软土地质条件下的联络通道加固和盾构始发、到达端头的加固,其应用更为广泛。

根据各个施工阶段的特点,采取以下措施保护

周围环境的安全。

①为增强管片的整体稳定性,通道开挖前所加预应力钢架支撑,需待结构达到设计强度,解冻结束后方可拆除。

②施工前对前后共计10环管片螺栓进行复紧,并焊接钢管片间纵环向接缝。

③在钻孔阶段涌水涌砂较厉害时,采取注浆止水。

④为减小土层冻胀,隧道上下对称布置冻结孔,在适当部位设卸压孔,并采用小开孔距,较低盐水温度,较大盐水流量以加快冻结速度。

⑤加强监测,包括地表沉降、隧道变形、通道收敛变形、冻土压力、冻土和盐水温度等监测,以监测结果指导联络通道的施工。

⑥做好冻结和开挖的配合工作,及时封闭薄弱的冻结壁,并根据开挖后冻结帷幕变形情况及时调整开挖构筑工艺。

⑦开挖阶段冻结壁变形较大,应及时封闭工作面,采取注浆或强制冻结的方式进行处理。

⑧在衬砌施工时预留足够的背部注浆孔,在解冻期间根据监测结果对冻结区域进行跟踪注浆,从而减小融沉造成的地层损失。2100433B

冻结法隧道施工，一种用土层冻结加固建造隧道的施工方法。利用人工制冷方法将井筒或基坑、隧洞周围的土层冻结成封闭的冻土体,以抵抗水土压力、隔绝地下水,在冻土体的保护下进行挖土、隧道衬砌结构施工。冻土体的抗压强度指标可达5~14兆帕。冻结工艺包括:打孔、冻结、挖土、衬砌等。打孔数量按井筒、基坑、隧洞断面尺寸大小确定;冻结前要安装冻结器,人工制冷的低温冷媒剂在冻结器中循环使土层冻结。低温冷媒剂有常规盐水冻结,温度为-35℃;低温液氮冻结,温度可达-196℃左右。由于低温液氮冻结技术工艺简单、冻结速度快,除适用于各种隧道外,还可用于工程抢险和盾构进出口部位冻结加固。

冻结间顺流吹风型

轴流风机设于排管的一端或两端，气流有组织的平行流过排管，适用于小型搁架排管冻结间。

冻结间直角吹风型

轴流风机设于中间操作走到上方，冷风沿挡风板下吹，侧面导风板上开孔，气流垂直吹过排管，回风沿对面墙回到风机，气流组织合理，冷风分布均匀，冻结速度快，结冻时间一致，保证食品质量。适用于冻结能力较大的搁架排管冻结间。

冻结间混合吹风型

轴流风机设于中间操作走到上方，冷风沿挡风板与屋顶、墙壁的空间下吹，管架和被冻食品处于冷风回风区内。这种设计安装比较简单方便，适用于冷间改造。