澳门地区横琴线地铁联络通道水平冷冻加固方案实测分析.pdf

CM&M 2023.041050 引言城市轨道交通的高速发展，有效缓解了人口涌入城市所带来的交通拥挤、用地紧张等问题，而地铁以其运量大、速度快、低碳环保等优势，成为城市轨道交通发展的主要方式。联络通道作为联通地铁两隧道间的临时通道，兼具疏散人群、排水防火的安全储备功能，其重要性不言而喻1。目前，联络通道常用的施工工法有明挖法、暗挖法和顶管法2-3。为了确保联络通道施工的顺利进行，须对于一些不良地质体进行预加固处理。国内学者对此进行了大量研究。翟志国等4采用 MJS 水平旋喷桩地面加固方式，对微承压性的富水软弱地层进行加固，取得了良好的成桩和止水效果，有效提高了土体自稳能力、隔断了承压水，最大程度减少联络通道地层加固和开挖对地面房屋的沉降影响。李丹等5提出洞内WSS 注浆加固的方法，并结合西安地铁联络通道进行了研究，优化了注浆孔位的布置，并调整了注浆配比和注浆参数等。针对地下水丰富和地层软弱的地层时，冻结法相比传统工法，具有有效阻挡地下水渗流、施工环境友好、复杂地层所耗成本较低等特点，因而被广泛应用。基于以上研究，本文依托澳门轻轨延伸横琴线地铁联络通道项目，对其冷冻方案设计进行现场实测数据进分析，确定冻土帷幕的形成效果，从而保证工程的顺利实施。1 工程概况澳门轻轨延伸横琴线为单洞单线双向运营，在里程 0+707.227 处设置联络通道，联通疏散井和区间隧道。通道开挖宽 5.1m，高 6.45m，净长 3.0m，净埋深为 23.017m。通道采用半圆拱加直墙段结构，采用水平冷冻法对地层进行加固，之后采用矿山法开挖施工。该区间隧道埋深约 21.1m，联络通道所在地层构造自上而下依次为人工填土、粉砂、淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土、细砂、粗砂、生物碎屑、砾砂。联络通道主要穿越淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土和细砂。根据地下水的分布特征、埋藏条件分析，场区范围内地下水为第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于场区浅部人工填土及其下部砂性土地层中，水量丰富，富水性好。勘察期间，测得浅部地下水深介于1.934.96m，水位标高介于 0.161.72m。下部砂层透水性强，地下水多具有承压性。2 水平冻结设计及监测孔位布置2.1 水平冻结设计本工程采用盐水冻结，联络通道冻结时间设计为4045d，单孔冻结流量 5m3/h，积极冻结 7d 盐水温度降至-18以下，积极冻结 15d 盐水温度降至-24以下。盐水温度降至-28以下方可进行开挖，开挖时盐水去、回路温差 2。设计冻结壁厚度 2.5m，冻澳门横琴线地铁联络通道水平冷冻加固方案实测分析秦成超（中国土木工程集团有限公司，北京100038）摘要：含水地层条件下地铁联络通道施工，采用人工冻结法具有很好的加固效果，以澳门轻轨延伸横琴线地铁联络通道项目为依托，对其冷冻加固设计方案进行现场监控量测，并对相应数据进分析，得到如下结论：不同路径冻结自 7d左右开始，而 720d 时间段内温度下降更快，2040d 温度变化又渐趋平缓，冻结管分布密集部位温度变化更明显；各个路径上观测点降温变化相似，大致可分为 3 个阶段，即开始冻结阶段、积极冻结阶段和维护冻结阶段；盐水回路温度在冻结的前 10d 略大于设计值，对此施工过程中应重点关注，以保证工程的顺利进行。关键词：临水环境；地铁联络通道；水平冷冻加固；实测分析106工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工土平均温度均小于-13。冻结过程中应采取相应措施，保障相关参数达到以上设计要求。盐水降温计划如表 1所示。2.2 测温孔点位布设联络通道共设冻结孔 79 个，测温孔 9 个分别编号为 C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8 和 C9。其中 C1、C2、C3 测温孔孔深为 4m，分别每隔 1m 设置一处测温点，共 4 个点；C6、C7、C8、C9 测温孔孔深为 2m，分别每隔 0.5m 设置一处测温点，共 4 个点；C5 测温孔孔深为2.5m，每隔 0.5m 设置一个测温点，共 5 个点；C4 测温孔孔深为 6m，均匀设置 6 个测点。测点编号从里到外，具体详见表 2。测温孔布置情况如图 1、图 2 所示。测温孔布置原则如下：根据相关工程经验，选取冻结壁厚度较大位置周边布置测温点为宜，并尽量保证其与附近冻结管距离在0.51m之间，所有冻结孔深度、偏斜、耐压经检测，表 1 盐水降温计划时间/d温度/时间/d温度/023.517-24.9120.519-25.228.521-26.45-12.123-26.67-18.225-27.69-19.530-28.611-20.433-28.613-23.536-28.915-24.240-28.9表 2 测温孔钻孔详情钻孔编号单孔孔深/m定位角度/打孔仰角/总孔深/mC1-C3425312C46-50-156C52.557452.5C6-C9222108均符合设计要求。温度实测主要通过电子温度计测量，将温度计布置在相应深度图层中，做好防水等保护措施，然后每天固定时间记录温度计显示温度，直至冻结结束。2.3 实测目的现场实测作为本文研究重要部分，主要目的有四点：一是研究联络通道在冻结加固前后地温情况；二是通过实测盐水去、回路温度，能够及时发现盐水在冻结管内循环是否受阻，以保证盐水降温，满足设计温度；三是温度实测可以反映出冻结壁温度是否达到设计值，以确定是否需要增加冻结时间；四是渗流实测可以观察联络通道附近土体地下水渗流速度、渗流量和渗流方向，以便及时采取相应措施，保证冻结工程顺利进行。3 温度场实测分析3.1 盐水去、回路温度盐水的实测去、回温度情况如图3所示，由图3可知，冻结前 6d，盐水温度下降迅速，6d 之后其变化较缓。冻结的前10d，盐水去、回路温差平均在3，后20d盐水去、回路温差降至平均 2以下，说明此时土体与盐水冻结管之间热交换量变低，冻土帷幕发展良好。在冻结第 7d 图1 测温孔里面布置图3 盐水去、回路实测温度变化区间疏散井线路中心线联络通道中线疏散井中心里程冻结加固范围边缘线区间疏散井结构冷冻排管图2 测温孔正面布置CM&M 2023.04107温度降至-18.2，冻结第15d 温度降至-24.2，符合设计要求。需要注意的是，冻结期间应积极改善机组运行工况，并辅以加强保温措施、加强清水系统降温、增大盐水流量等措施，来保障冻结效果。3.2 测温管温度测温孔温度实测结果如图 4 所示，由图 4 分析可知：冻结开始到 25d 左右，冻结管内冻结液温度急剧下降，这一时间段温度曲线下降速度较快，之后进入维护冻结阶段。此时的测温孔温度实测曲线变化相对较缓。所有测温孔所测温度下降最快的持续时间都在 7d 左右，然后逐渐变缓。其中各测温点变化较大的测温孔如 C5、C7、C8。分析其原因，可能是开孔位置或者角度不同，导致各其孔内测温点与最近测温管距离差别较大，其中 C6 与最近测温管相聚最远，直到冻结 30d 后其温度才下降到 0。C1 测温管上，冻结开始的 6d 左右，温度没有明显变化。这是由于 C1 测温管与最近冻结管距离相对较远，冷量传递需要一定时间；第 7d到第 13d温度下降最快，然后下降趋势逐渐减缓，到第 22 天左右达到 0；测温管内 4 个测温点温度变化趋势基本一致。C2、C3、C8 和 C9 测温管内测温点最开始 6d 左右，发展趋势与 C1 类似，其中 C3 的整个冻结过程发展趋势接近 C1，从冻结孔开孔位置可以看出，C1、C3 位置相近，且开孔角度一样，这也就解释了降温发展趋势为何近似。C2 位于整个冻结管群右侧，根据开孔角度知其靠近孔最深处，与最近冻结管距离越远，测温点温度更高也体现出这一点。4 结论本文依托澳门轻轨延伸横琴线地铁联络通道项目，对其冷冻方案设计进行现场监控量测，并对相应数据进分析，得到如下结论：冻结前 10d，盐水去、回路温差平均在 3，略大于设计值，对此施工过程中应重点关注；后 20d 盐水去、回路温差降至平均 2以下，说明此时土体与盐水冻结管之间热交换量变低，冻土帷幕发展良好，可以保证工程的顺利进行。整体上不同路径冻结自 7d 左右开始，而 720d 时间段内温度下降更快，2040d 温度变化又渐趋平缓；C1 和 C3 路径变化趋势相近，C4、C5 变化趋势相近，但 C4、C5 所在位置附近冻结管分布更密集，故 C4、C5 观测点最终冻结温度较C1、C3 更低。各个路径上观测点降温变化相似，大致可分为 3 个阶段，即开始冻结阶段、积极冻结阶段和维护冻结阶段。盐水冻结的冷量在传递的过程中需要一定的时间，因此距离冻结管越近的测温管其温度变化越大。施工过程中，要时刻关注远端测温管的温度变化，以此为依据来调整冷冻参数，保证开挖过程中帷幕冻结壁厚度在可控范围内。参考文献1 赵璞琪.浅埋盾构隧道联络通道明挖施工 J.隧道建设,2012,32(S1):50-54.2 郑智鹏.富水砂层地铁联络通道施工安全风险管控与应用研究 D.武汉:华中科技大学,2020.3 卫佳莺,马永政,莫振泽等.机械法联络通道 T 接施工地层隆 沉变化特征研究:以无锡地铁 3 号线顶管法联络通道 T 接施工 示范工程为例 J.隧道建设(中英文),2020,40(S2):136-143.4 翟志国,花楠,刘柳.MJS 水平旋喷桩在京沈高铁盾构隧道联 络通道中的应用J.隧道建设(中英文),2021,41(S2):512-519.5 王书磊,丁国胜,吴强.复杂工况下超长联络通道冻结法设计 与施工 J.地下空间与工程学报,2021,17(6):1894-1905.图4 测温孔温度实测结果i C9测温孔f C6测温孔c C3测温孔h C8测温孔e C5测温孔b C2测温孔g C7测温孔d C4测温孔a C1测温孔