【正文】 圖56 鋼護(hù)筒內(nèi)壁溫度測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置圖57 鋼護(hù)筒內(nèi)壁溫度變化為監(jiān)測(cè)凍脹對(duì)盾構(gòu)管片的影響，在上、下行線各布置1個(gè)凍脹壓力測(cè)孔（圖 5圖 52）。為有效監(jiān)控鋼護(hù)筒內(nèi)壁溫度變化情況，在鋼護(hù)筒內(nèi)壁布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)（圖56）。由于施工地區(qū)氣溫較高，在豎井開挖的通風(fēng)過程中，凍結(jié)界面空氣對(duì)流強(qiáng)烈，凍土容易發(fā)生融化，減弱凍土強(qiáng)度。監(jiān)測(cè)結(jié)果模擬曲線如圖5圖55所示。在上、下行線凍結(jié)壁內(nèi)外側(cè)共布置了7個(gè)測(cè)溫孔（圖5圖53），每個(gè)測(cè)溫孔內(nèi)布置 4~8個(gè)測(cè)點(diǎn)，~ m。因此在整個(gè)施工過程中，需對(duì)溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)作全面監(jiān)測(cè)，為適時(shí)掌握和控制工參數(shù)提供依據(jù)。11月12日，土體開挖施工正式開始，工序情況見表51。施工中根據(jù)隧道變形監(jiān)測(cè)情況和千斤頂軸力計(jì)監(jiān)測(cè)情況，調(diào)整各個(gè)支點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力大小，達(dá)到控制隧道變形的目的。凍結(jié)過程中盾構(gòu)隧道受凍脹壓力的作用，會(huì)發(fā)生隧道斷面變形，從而影響隧道的橢圓度。具體方式采用在凍結(jié)帷幕兩側(cè)同時(shí)注漿，對(duì)整個(gè)凍結(jié)區(qū)域全部進(jìn)行壓密注漿。為避免后期融沉過大，對(duì)盾構(gòu)隧道及周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，需進(jìn)行充填注漿和融沉注漿。為減小凍結(jié)施工對(duì)盾構(gòu)隧道和周圍環(huán)境的影響，在上、下行線共布置4個(gè)卸壓孔（圖5圖53)。 m，凍結(jié)壁平均溫度為小于10℃。地層凍結(jié)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)：積極凍結(jié)鹽水溫度為28℃～30℃，維護(hù)凍結(jié)鹽水溫度為25℃～28℃，設(shè)計(jì)積極凍結(jié)時(shí)間為40 d，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。為節(jié)約用水，冷卻塔選用 KST80 型（2臺(tái)）。凍結(jié)系統(tǒng)輔助設(shè)備：通道鹽水循環(huán)泵選用IS150125315 型（1臺(tái)），給凍結(jié)管提供鹽水，流量200 m3/h，電機(jī)功率為30 kW。單臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)工況：104kcal/h，電機(jī)功率110kW。本工程最終凍結(jié)孔剖面布置分別如圖5圖 53所示。圖51 聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)根據(jù)凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)及聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)，凍結(jié)孔按上仰、水平、下俯三種角度從兩側(cè)隧道打孔布置，共布置凍結(jié)孔64個(gè)，其中設(shè)置4個(gè)穿透孔。初始方案的失敗表明，由于工程所處地層水系復(fù)雜，且地下水流動(dòng)較快，旋噴樁及注漿加固不能形成全封閉的封水系統(tǒng)。為確保盾構(gòu)隧道安全，設(shè)計(jì)采取先聯(lián)絡(luò)通道開挖，后切割隧道管片的方法，即地層加固后，先在地面兩隧道之間施作豎井（ m 鋼護(hù)筒）至聯(lián)絡(luò)通道位置，然后再使用礦山法開挖聯(lián)絡(luò)通道，在聯(lián)絡(luò)通道初期支護(hù)完成后切割管片、連通隧道并施作二次襯砌。聯(lián)絡(luò)通道地層及盾構(gòu)隧道上覆地層均為透水層，距江邊較近，地下水與三枝香水道有直接水力聯(lián)系，地質(zhì)條件異常復(fù)雜。聯(lián)絡(luò)通道上方地層巖性為粉細(xì)砂層、淤泥及雜填土等，下方地層巖性為：淤泥質(zhì)土、硬塑粘土、全風(fēng)化紅巖等。（6）為減小土體解凍產(chǎn)生的沉降量，可經(jīng)過隧道及聯(lián)絡(luò)通道預(yù)留的注漿孔，采取跟蹤注漿的形式，根據(jù)觀測(cè)到的隧道及地層沉降情況，及時(shí)地對(duì)地層進(jìn)行補(bǔ)償注漿。木背板與凍結(jié)墻的間隙用水泥砂漿填充，防止凍土解凍引起較大的地表沉陷。（4）在要打開的鋼管片外加設(shè)防護(hù)鋼板門，且四周應(yīng)設(shè)橡膠止水措施，鋼管片全部開啟后，一旦發(fā)現(xiàn)土體有異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉防護(hù)門，繼續(xù)凍結(jié)土體；用探孔來判斷凍土壁是否凍結(jié)穩(wěn)定正常時(shí)，探孔應(yīng)設(shè)在凍結(jié)壁薄弱處，探孔處應(yīng)無大量涌沙、噴水現(xiàn)象。凍結(jié)加固暗挖法風(fēng)險(xiǎn)控制措施（1）嚴(yán)格控制凍結(jié)管的間距，確保凍結(jié)質(zhì)量。（3）凍結(jié)管偏斜。（2）凍結(jié)加固不均勻，存在夾層。表43 國內(nèi)淺埋大斷面隧道暗挖常用方法及工程實(shí)例施工方法示意圖適用范圍工程實(shí)例 臺(tái)階臨時(shí)仰拱法適用于圍巖較好的大跨度隧道客運(yùn)專線溫福鐵路劉洋寨隧道中隔壁法（CD法）軟弱、淺埋、大跨度隧道新建鐵路渝懷線三寶寨車站隧道交叉中隔壁法（CRD法）適用于Ⅳ—Ⅵ級(jí)圍巖淺埋的雙線或多線隧道廣州區(qū)莊地鐵車站隧道，北京地鐵十號(hào)線光華路站風(fēng)道及主體側(cè)洞施工 臺(tái)階法—雙側(cè)壁導(dǎo)坑法淺埋中硬巖超大斷面隧道重慶輕軌大坪車站隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法淺埋超大斷面隧道重慶輕軌臨江門車站隧道 凍結(jié)加固暗挖法存在的風(fēng)險(xiǎn)（1）凍脹力過大。選用合理的開挖方式和土體的開挖順序，縮短凍土帷幕的暴露時(shí)間。 通過表43分析可以看出：根據(jù)地質(zhì)情況，淺埋大跨度隧道的開挖方法多種多樣，常見方法為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD或CRD工法、臺(tái)階法、洞樁法等；其出發(fā)點(diǎn)是盡可能借助輔助施工方法將工程化大為小，從而盡快沿開挖輪廓形成封閉或半封閉的承載結(jié)構(gòu)。1868mm導(dǎo)斜+142mm三牙齒輪鉆頭+89mm鉆桿+主動(dòng)鉆桿。它利用定子和轉(zhuǎn)子間形成很小的夾角，給轉(zhuǎn)子施加偏心力，使鉆頭向所需方向鉆進(jìn)，達(dá)到糾偏目的。轉(zhuǎn)子是一條蛇狀軸，在高壓泥漿沖擊下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過萬向聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)鉆頭破巖。戴納鉆具由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。糾偏鉆具也稱定向鉆具，具有渦輪鉆具和戴納鉆具兩種。當(dāng)儀器在鉆孔中傾斜時(shí)，儀器中的重錘永遠(yuǎn)保持垂直狀態(tài)，4個(gè)測(cè)角傳感器與重錘發(fā)生角度變化，使傳感器輸出電壓相應(yīng)變化，顯示出鉆孔傾斜在直角坐標(biāo)系中兩個(gè)分量數(shù)值。/小時(shí)177。/h頂角0～10700106～20010－10～＋45外徑900總長(zhǎng)190030點(diǎn)測(cè)45176。450＜%%靜止飄移測(cè)量范圍（176。150≤200m時(shí)，＜177。：177。3′10176。5′0～10176。5′177。最近又研究成功JDTV形陀螺測(cè)斜儀，其主要技術(shù)指標(biāo)見表42。陀螺測(cè)斜儀是我國最常使用的鉆孔測(cè)斜儀，廣泛用于凍結(jié)鉆孔測(cè)斜的JDTIII形陀螺測(cè)斜儀，它的直徑60mm，長(zhǎng)度1900mm?？稍谥睆?0mm的鉆桿內(nèi)移動(dòng)，不提鉆進(jìn)行測(cè)斜。測(cè)斜時(shí)儀器在鉆孔內(nèi)按照預(yù)定鉆孔深預(yù)定時(shí)間拍出經(jīng)緯線照片。為了防止周圍磁場(chǎng)對(duì)他的影響，測(cè)量時(shí)將球磁羅盤放在一節(jié)非磁性鉆鋌內(nèi)，鉆鋌是特殊合金制成。儀器無論處于何種空間狀態(tài)，球磁羅盤受地球磁場(chǎng)作用，南北方向永遠(yuǎn)不會(huì)改變，球內(nèi)的重錘體因受重力作用，球體重力軸永遠(yuǎn)指向地球中心，保持垂直狀態(tài)。常用是磁性單點(diǎn)測(cè)斜儀和陀螺測(cè)斜儀。無論使用何種測(cè)斜儀均是測(cè)得孔長(zhǎng)。在施工中鉆場(chǎng)基礎(chǔ)采用混泥土基礎(chǔ)并與鉆塔各部位聯(lián)接牢固，保證鉆機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)和提升承載能力，對(duì)不同地層選擇不同硬度的牙輪鉆頭，優(yōu)化鉆具組合，這樣可以提高鉆進(jìn)速度和深度。開孔5～6m后在孔內(nèi)下套固井，然后繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆機(jī)底盤在平臺(tái)上對(duì)稱布置并能沿著軌道滑動(dòng)。目前采用ZDJ5001000型凍注鉆機(jī)、TSJ2000A型鉆機(jī)和TBW/20型泥漿泵為鉆孔施工設(shè)備，JDT5或6型陀螺定向測(cè)斜儀為測(cè)斜設(shè)備，5LZ1207型螺桿鉆桿為定向糾偏設(shè)備等基本上能滿足600m的鉆孔。根據(jù)凍結(jié)孔偏斜情況，也可鉆在偏斜最大的兩孔之間，或鉆在難以凍結(jié)的需要控制觀察的主要含水層中。 測(cè)溫孔為了確定凍結(jié)壁的厚度和開挖時(shí)間，在凍結(jié)壁內(nèi)必須鉆一定數(shù)量的測(cè)溫孔，根據(jù)測(cè)溫結(jié)果分析判斷凍結(jié)壁鋒面即零溫度線的位置。如果高壓含水層與低壓含水層溝通，則將形成地下環(huán)流，影響凍結(jié)圓柱的交圈時(shí)間，若環(huán)流流速過大，則不可能交圈。水位觀察孔溢水是凍結(jié)圓柱交圈的重要標(biāo)志。在主要含水層應(yīng)安裝濾水裝置，最好是分層設(shè)置。 水位觀察孔水位觀察孔一般打在距井筒中心1m左右的位置，以不影響掘進(jìn)時(shí)井筒測(cè)量為宜。凍結(jié)孔深度取決于凍結(jié)深度，一般情況下，為防止凍結(jié)孔底沉渣。國外在深井凍結(jié)時(shí)，給出凍結(jié)孔控制偏斜值，～。如果凍結(jié)深度較大，為了提高凍結(jié)壁的承載力，凍結(jié)孔可以雙排、三排布置，兩圈凍結(jié)孔應(yīng)相間交錯(cuò)分開。凍結(jié)孔數(shù)目：式中：——凍結(jié)孔數(shù)目（個(gè)）； ——凍結(jié)孔布置圈徑（m）； ——凍結(jié)孔間距，一般。凍結(jié)孔的布置圈徑應(yīng)保證凍結(jié)壁的有效厚度，保證井筒在施工到該黏土層時(shí)，有足夠的凍結(jié)壁厚度保證凍結(jié)管的安全。馬芹永分析了凍結(jié)法鑿井凍結(jié)孔布置圈徑的影響因素，結(jié)合45個(gè)凍結(jié)井筒的實(shí)際，回歸處凍結(jié)深度在300m以上的凍結(jié)孔布置圈徑的計(jì)算關(guān)系式：式中：——井筒的直徑（m）。布置凍結(jié)孔的圈徑可按下式計(jì)算：式中：——凍結(jié)孔布置圈直徑（m）； ——凍結(jié)井筒掘進(jìn)直徑（m）； ——凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)擴(kuò)展系數(shù)，； ——凍結(jié)壁計(jì)算厚度（m）； ——凍結(jié)深度（m）； ——凍結(jié)孔允許偏斜率，%。若凍結(jié)孔圈徑布置過小，雖然井幫溫度較低，但其整體厚度不夠，可能造成井壁變形過大。 凍結(jié)孔凍結(jié)孔大都布置在與井筒同心的圓周上，其布置圈徑取決于凍結(jié)井筒的掘進(jìn)直徑、凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)深度及鉆孔允許偏斜率等。國外一些國家已采用液氮局部?jī)鼋Y(jié)法進(jìn)行淺表土和井巷工程施工，取得良好的效果。表41我國一些井筒差異凍結(jié)技術(shù)指標(biāo)井筒名稱井筒凈直徑（m）沖積層厚度（m）巖層特征凍結(jié)管長(zhǎng)度（m）短管/長(zhǎng)管凍結(jié)孔布置直徑（m）凍結(jié)孔個(gè)數(shù)短管數(shù)長(zhǎng)管數(shù)平頂山八礦東風(fēng)井326198m以下絕大部分為粘土，以上為砂層210/33017/18呂家坨礦風(fēng)井70/9011/11范各莊礦風(fēng)井93/1541011/12南屯礦主井紅色砂巖，風(fēng)化嚴(yán)重裂隙發(fā)育，膠結(jié)差，巖性松軟，～～，底部含裂隙水100/23513/13副井100/23514/14東風(fēng)井100/23512/12三合礦風(fēng)井風(fēng)化砂巖裂隙發(fā)育126m以上砂巖風(fēng)化嚴(yán)重162/18113/13金童橋礦風(fēng)井17380/18010/10北宿礦副井80/15513/13如果只是局部地段需要凍結(jié)，可采用局部?jī)鼋Y(jié)方案。差異凍結(jié)可以減少挖凍土，有效地利用冷量，加快了掘進(jìn)速度，從而降低了鑿井成本。長(zhǎng)管進(jìn)入下部不透水層5～10m，短管進(jìn)入風(fēng)化基巖10m以上，形成了兩個(gè)凍結(jié)段。當(dāng)表土層下部有較厚且含稅豐富的風(fēng)化基巖或者裂隙巖層時(shí)，可采用差異凍結(jié)方案，避免在表土凍結(jié)后再用注漿法處理含水風(fēng)華基巖或裂隙巖層。上段掘砌施工結(jié)束后，下段正好轉(zhuǎn)入消極凍結(jié)，進(jìn)行井筒掘砌施工。當(dāng)一次凍結(jié)深度大于200m，為避免使用更多的制冷設(shè)備，將凍結(jié)段分為數(shù)段，稱為分段凍結(jié)方案。該方案是上部?jī)鼋Y(jié)管直徑可為，下部管直徑為，結(jié)管吸熱面積小，凍結(jié)速度慢。 一次凍全深方案又可分為：（1）單、雙排管凍結(jié)方案一般多采用單排管一次凍全深方案，當(dāng)要求凍結(jié)壁厚度大，凍結(jié)壁內(nèi)平均溫度 低時(shí)，可采用雙排管凍結(jié)方案。一次凍全深方案是將凍結(jié)段一次建成井筒，它具有施工工序簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、能一次穿過多個(gè)含水層等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)和打鉆技術(shù)水平選取開孔距離，鉆孔控制偏斜率；根據(jù)施工計(jì)劃和制冷技術(shù)和裝備水平，初選鹽水溫度和積極凍結(jié)時(shí)間；根據(jù)布孔參數(shù)，鹽水溫度，凍結(jié)時(shí)間進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算，得出凍結(jié)壁厚度和平均溫度；根據(jù)土壓力和凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算凍結(jié)壁厚度；若凍結(jié)壁厚度達(dá)不到技術(shù)要求的需要，則需要調(diào)整上述凍結(jié)參數(shù)，反復(fù)計(jì)算直到技術(shù)可靠、費(fèi)用和工期目標(biāo)最優(yōu)。當(dāng)然，也可以利用有限元法進(jìn)行變形、熱交換及穩(wěn)定性分析。 設(shè)計(jì)方法的依據(jù)是利用環(huán)狀設(shè)置的凍土帷幕來抵抗未凍土的作用。為了克服凍土直墻的不利受力條件，將多個(gè)圓拱或扁拱排列起來組成凍土連續(xù)墻。而且凍土墻體結(jié)構(gòu)要通過傳統(tǒng)的墻、板的穩(wěn)定性分析理論進(jìn)行計(jì)算。（2）直墻和重力連續(xù)墻。凍結(jié)壁的形式： （1）圓形和橢圓形帷幕。凍結(jié)法施工首先要確定施工方案根據(jù)地質(zhì)條件、技術(shù)、設(shè)備、經(jīng)濟(jì)條件，選擇技術(shù)先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、條件適宜的方案。 在相同初始含水量的情況下，土顆粒細(xì)的其凍結(jié)溫度低；土顆粒粗的凍結(jié)溫度高。土體中的水由于受土顆粒表面能的作用及溶質(zhì)的存在和地壓力的影響，其凍結(jié)溫度均低于0℃，因而土體的凍結(jié)溫度應(yīng)試驗(yàn)測(cè)定。土的凍結(jié)溫度標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下自由水的凍結(jié)溫度是0℃，但處于礦物顆粒表面力場(chǎng)中的孔隙水，特別是當(dāng)其呈薄層（薄膜水）時(shí)，凍結(jié)溫度更低，而土的凍結(jié)溫度是指土體中孔隙水穩(wěn)定凍結(jié)的溫度，土體孔隙水的凍結(jié)有其自身特點(diǎn)，這是由于與土體礦物顆粒表面的相互作用和水中具有某種數(shù)量的鹽分所決定的。由于濕存水與純水結(jié)晶熱不同，首先通過試驗(yàn)測(cè)定土壤水的結(jié)晶熱，然后用它來計(jì)算未凍水含量。溫度每降低1℃，%。 俄羅斯學(xué)者通過研究未凍水含量與負(fù)溫值之間的關(guān)系劃分出凍土中水分的三個(gè)主要相變區(qū)：－5℃～0劇烈相變區(qū)。凍土中的未凍水含量不僅是計(jì)算相變潛熱的必要指標(biāo)，而且直接制約凍土的力學(xué)特性，其含量隨土類、溫度和外載而變，并與凍結(jié)負(fù)溫值保持冪函數(shù)形式的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系式。土體中的未凍水含量多，土體凍結(jié)較慢，粘性土比砂土中含較多的未凍水，砂土就較容易凍結(jié)。未凍水含量當(dāng)土體凍結(jié)時(shí)，特別是當(dāng)細(xì)分散土（如粘性土）凍結(jié)時(shí)，在土的凍結(jié)溫度下，遠(yuǎn)非所有的水都結(jié)成了冰，而只是其中的一部分變成了冰。圖41凍結(jié)鋒面的變化1——主面；2——軸面；3——界面；4——凍結(jié)管；5——隧道軸心 在研究?jī)鐾翂囟葓?chǎng)的分布時(shí)，有三個(gè)具有特征的垂直面，如圖41，主面、界面和軸面。在凍結(jié)圓柱交圈之前，凍結(jié)擴(kuò)展速度較快，凍結(jié)圓柱很快交圈，交圈后零度等溫線的弧度逐漸變緩，凍土墻擴(kuò)展的速度也逐漸變緩，在鄰近的各個(gè)凍土圓柱相連接后，形成一個(gè)連續(xù)的凍土墻，此時(shí)，平面圖上圍繞著凍結(jié)管的各個(gè)等溫線是彼此相互平行的波狀曲線，其波峰正對(duì)著凍結(jié)管，離開凍結(jié)管越遠(yuǎn)，等溫線越趨向拉直。融土變?yōu)閮鐾梁?，凍土溫度繼續(xù)下降以致在每個(gè)凍結(jié)管周圍形成凍土柱，隨著凍結(jié)管道不斷供冷，凍土圓柱半徑不斷增加，凍土圓柱內(nèi)的溫度場(chǎng)發(fā)生變化，隨著凍土圓柱的增長(zhǎng)，結(jié)冰區(qū)各等溫線距離也要增加，但凍結(jié)管壁的溫度(當(dāng)凍結(jié)系統(tǒng)不變時(shí))及凍土圓柱外圍溫度保持不變?？紫端畠鼋Y(jié)的同時(shí)伴隨著土體體積增大、析冰作用、土顆粒凍結(jié)。130s3324h255d