【正文】 ................................................................40 鉆孔布置及鉆孔施工 ...........................................................................................41 鉆孔布置 ...................................................................................................41 4 凍結(jié)孔鉆進(jìn) ...............................................................................................43 磁性單點(diǎn)測斜儀 ........................................................................................43 陀螺測斜儀 ...............................................................................................44 凍土體開挖及風(fēng)險(xiǎn)分析 .......................................................................................45 凍土體開挖 ...............................................................................................45 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固暗挖法風(fēng)險(xiǎn)分析 ............................................................47 第五章 某地鐵隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工 .........................................................................48 工程概況 ............................................................................................................48 凍結(jié)法的設(shè)計(jì)及施工 ...........................................................................................49 凍結(jié)孔布置設(shè)計(jì) ........................................................................................49 凍結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)指標(biāo) ..........................................................................50 凍脹、融沉及隧道變形控制設(shè)計(jì) ................................................................50 凍結(jié)施工情況 ............................................................................................51 信息化監(jiān)測技術(shù) ..................................................................................................52 凍結(jié)帷幕溫度場監(jiān)測 .................................................................................52 鋼護(hù)筒內(nèi)壁溫度監(jiān)測 .................................................................................53 盾構(gòu)管片背后土體凍脹壓力監(jiān)測 ................................................................54 盾構(gòu)隧道變形監(jiān)測 .....................................................................................55 凍結(jié)過程中若干問題及對策 ................................................................................57 鹽水凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制 ..........................................................................57 凍脹的控制 ...............................................................................................57 融沉的控制 ...............................................................................................58 施工過程中對關(guān)鍵技術(shù)的控制 ...................................................................58 結(jié)論與展望 .....................................................................................................................60 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................61 5 第一章 緒論 選題意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人口的不斷增長和土地資源的稀缺性。開發(fā)地下空間已經(jīng)成為人類擴(kuò)大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢。專家預(yù)測 21 世紀(jì)是建設(shè)地下工程的世紀(jì)。各種地下工程如礦山工程、深基礎(chǔ)建筑及地下室、城市地鐵和河底、海底及穿山隧道等正在興建中，并且呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，與之俱來的基坑壁的支護(hù)、隔水等問題也變得越來越突出，尤其是在惡劣的地質(zhì)、水文條件以及苛刻的周圍環(huán)境下。 人工土凍結(jié)法由于基本不受支護(hù)范圍和支護(hù)深度的限制，以及能有效防止 涌水以及施工中相臨土體的變形而受到越來越多的重視，并將是完成地下工程的主要技術(shù)手段之一。完善和發(fā)展人工土凍結(jié)理論和技術(shù)體系不僅具有重要的社會(huì)效益，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)前景。 在飽和含水軟弱地層中，在剛建好的兩條區(qū)間隧道再建通道、泵站，雖然可以借鑒上海地鐵一號線區(qū)間隧道旁通道施工經(jīng)驗(yàn)，但由于國內(nèi)沒有相應(yīng)的人工土凍結(jié)法施工規(guī)范，所以凍結(jié)法作為一種輔助施工工法，其實(shí)施的可行性、安全可靠度、施工速度、工程造價(jià)等多方面都面臨考驗(yàn)。如何保證工程及周圍環(huán)境的安全，采用何種施工技術(shù)，如何確定合理的凍結(jié)參數(shù)并降低造價(jià)等 ，具有很大的意義。 地層土人工凍結(jié)技術(shù)是一種起源于天然凍結(jié)現(xiàn)象的土層加固技術(shù)。傳統(tǒng)上較普遍的人工土凍結(jié)是使用鹽溶液間接制冷法，就是將鹽溶液用氨或氟里昂壓縮方法冷卻后，作為冷媒在土體內(nèi)埋設(shè)的管道中循環(huán)，吸收土體熱量，增加自身顯熱，不斷循環(huán)制冷，直到土體凍結(jié)，達(dá)到加固和穩(wěn)固土體的目的。發(fā)展和使用較晚的人工土凍結(jié)方法有直接制冷法，即不循環(huán)制冷，例如使用液氮或干冰等物質(zhì)，使它們在土體內(nèi)發(fā)生相變，直接作為冷媒吸收土體熱量，使土體降溫，土中水分凍結(jié)，形成凍土體。采用人工制冷加固（凍結(jié)法），可以使土體中的大部分水 結(jié)冰，這不僅提高了土的強(qiáng)度，增強(qiáng)了土體的穩(wěn)定性和整體性，而且可以達(dá)到其他止水方法所無法比擬的隔水性能；同時(shí)隨著地層開挖深度的增加，凍結(jié)法施工更具有 6 經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。此外，凍結(jié)法施工不污染環(huán)境，不受凍結(jié)深度和凍結(jié)范圍的限制。 問題提出 隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人口的不斷增長和生存空間的相對縮小，開發(fā)地下空間已成為人類擴(kuò)大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢。 本世紀(jì)是大力建設(shè)地下工程的世紀(jì)，也是我國地下空間開發(fā)利用的高潮時(shí)期。發(fā)達(dá)國家已把對城市地下空間的開發(fā)利用作為解決城市人口、資源、環(huán)境三大危機(jī)的重要措 施和醫(yī)治 “城市綜合癥 ”實(shí)施城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。我國目前在城市進(jìn)行市政巖土工程及地下空間開發(fā)中遇到許多傳統(tǒng)巖土工程方法難于解決的問題，如地鐵、隧道中一些不能用盾構(gòu)法施工的小而形狀不一的工程和湖底、河底近距離隧道工程及河岸近距離基坑工程等。例如南京地鐵在盾構(gòu)進(jìn)出洞及連通道暗挖中面臨普通工法難以解決的問題，這就給巖土工程界提出了新的課題，為此必須尋求一種既安全又較為合理的新方法。 我國近年來興建了大量的高層建筑，以北京、天津、上海、廣州、深圳等地的高層建筑密度最大，由此產(chǎn)生了大量的深基坑工程，且規(guī)模 和深度不斷加大。深基坑支護(hù)是建筑工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，對這些問題及對策的研究，是隨力學(xué)理論，計(jì)算技術(shù)，測試儀器以及施工機(jī)械的進(jìn)步而深入的。常規(guī)支護(hù)方法是采用注漿、深層攪拌樁、地下連續(xù)墻法、當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)可以人工降低水位法，這些方法在我國基礎(chǔ)工程施工中已取得許多成功的經(jīng)驗(yàn)，但也存在一些問題。隨著城建規(guī)模的迅猛發(fā)展，基坑的跨度和深度不斷的增加，在一些沿海地區(qū)的地基屬軟弱地基，常伴有淤泥及流沙，在這種條件下進(jìn)行大型的開挖，坑壁維護(hù)越來越困難，成本越來越高，有時(shí)占整個(gè)建筑成本的 10%，為此必須尋找一種既比較安全 又經(jīng)濟(jì)的新的坑壁維護(hù)方法，凍結(jié)法既為其中之一。 在我國煤礦豎井開鑿中得到廣泛應(yīng)用的人工凍結(jié)法與這些方法相比，具有隔水性能好、強(qiáng)度高、整體支護(hù)性能好、土體可復(fù)原、不污染環(huán)境、凍結(jié)結(jié)構(gòu)物的性狀和擴(kuò)展范圍可控等優(yōu)點(diǎn)。因此在一定的地質(zhì)，環(huán)境條件下采用凍結(jié)法形成凍土墻用于深基坑支護(hù)是一種具有可行性和競爭力的技術(shù)手段。地鐵隧道凍結(jié)法施工凍結(jié)壁溫度場及地表凍脹位移數(shù)值試驗(yàn)研究人工地層凍結(jié)技術(shù)用于采礦鑿井在國外有 100 余年的歷史，在中國也有 40 余年，然而，它在其他巖土工程的應(yīng) 7 用中尚處于起步階段。 地層人工凍結(jié)技術(shù)是利用人工 制冷的方法，降低土體的溫度使含水地層形成凍結(jié)體。從而在預(yù)期要開挖的場地外圍構(gòu)筑起穩(wěn)定且不透水的凍結(jié)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到維護(hù)開挖面周圍土體穩(wěn)定，抵抗周圍水土壓力、防止地下水侵入的目的，其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷技術(shù)臨時(shí)改變巖土的狀態(tài)以固結(jié)地層。所以人工凍結(jié)技術(shù)被越來越多的應(yīng)用到復(fù)雜條件下的礦山、建筑物工程、港口工程及水工工程中，特別是沿海城市的地鐵隧道及其聯(lián)絡(luò)通道施工中，由于地下水位埋深淺，而且其地層軟弱 （ 如淤泥、淤泥質(zhì)土和流砂等 ） 常規(guī)的施工方法不能維持周圍土體的穩(wěn)定，采用人工凍結(jié)法，通過在含水不穩(wěn)定土層中預(yù)先埋設(shè)凍結(jié)管， 使地層中的水凍結(jié)成冰，把天然巖土變成人工凍土，增強(qiáng)其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地鐵或其聯(lián)絡(luò)通道的施工。 近些年來，隨著地下鐵道建設(shè)的興起，人工凍結(jié)技術(shù)己開始逐步被應(yīng)用于城市地下鐵道的隧道施工。地下鐵道的隧道水平凍結(jié)技術(shù)是在含水不穩(wěn)定的地層中鉆鋪水平凍結(jié)器，利用低溫鹽水循環(huán)降低地層溫度，將天然巖土變成凍土，形成完整性好、強(qiáng)度高、不透水的臨時(shí)水平凍結(jié)加固體，從而在其保護(hù)下進(jìn)行隧道開挖和補(bǔ)砌。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。富含水的困難地質(zhì)條件下的城市地下工程將日益增多，人工凍結(jié)技術(shù)在建筑物密集的城市地區(qū)越來 越廣泛的應(yīng)用，從而為凍結(jié)法的應(yīng)用提供了廣闊的空間。由于國內(nèi)各大城市地鐵隧道、公路隧道等地下工程的興建，凍結(jié)法基本上已經(jīng)成為地下隧道中聯(lián)絡(luò)通道、泵站和盾構(gòu)進(jìn)出洞等重要工程施工的一種專用方法 ， 在北京地鐵大北窯車站區(qū)間隧道施工首次成功地采用了局部水平凍結(jié)技術(shù)，水平凍結(jié)長度超過 40m。 目前土凍結(jié)理論中有較成熟的關(guān)于凍結(jié)速度、凍結(jié)溫度場及凍土墻強(qiáng)度的計(jì)算方法，但對凍軟土、融土物理力學(xué)性能和凍脹特性、模型以及凍脹對周圍環(huán)境影響的計(jì)算方法等，國內(nèi)尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究，國外也很少報(bào)導(dǎo)。由于缺乏凍結(jié)壁溫度場和凍土凍脹對周圍環(huán)境 影響等基礎(chǔ)性研究，致使人工凍結(jié)法在環(huán)境要求很高的市政巖土工程和城市地下空間開發(fā)中未能廣泛推廣應(yīng)用。土的凍脹主要是因?yàn)闇囟葓鲆鹜林性趾瓦w移而來的水分結(jié)晶，體積膨脹，引起凍土體積增大，結(jié)果在土層中產(chǎn)生凍脹力，導(dǎo)致地表出現(xiàn)變形。過量的凍脹會(huì)對地表建筑、交通和地下管線產(chǎn)生破壞作用。不同土質(zhì)條件凍脹也不同，粘土變形量大，粉質(zhì) 8 粘土、砂土次之 （ 粗粒土一般不產(chǎn)生凍漲 ） ，雖然凍脹對工程影響很大，但并不是不能控制的。 日本東京環(huán) 7 線盾構(gòu)出洞的凍結(jié)施工中采用壓力釋放孔使凍結(jié)壓力降低40%。所以凍結(jié)施工中溫度場引起 地表過大的凍脹量將使地下管線及地上的建筑物、道路等受到影響甚至破壞。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1862 年英