液氮凍結(jié)法在盾構(gòu)始發(fā)地層加固工程中的應(yīng)用 摘要：某地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)從車站一端始發(fā)，端頭井位于富水砂層，采用旋噴樁和深層攪拌樁進(jìn)行端頭井加固后盾構(gòu)始發(fā)時(shí)出現(xiàn)大的涌水涌砂，為確保距始發(fā)井3.4 m處6層居民樓安全，根據(jù)工期需要，采用液氮快速凍結(jié)補(bǔ)充加固地層，使盾構(gòu)機(jī)安全始發(fā)。 關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)始發(fā)；端頭井加固；液氮凍結(jié) 用冷卻的手段使地層中的地下水凍結(jié)成冰，地下水不再流動(dòng)，結(jié)冰后地層的強(qiáng)度大為提高，這種加固地層的方法為凍結(jié)法。通常，該工法多在其他輔助加固工法很難實(shí)現(xiàn)加固目的的場合下選用[1－2]。凍結(jié)法有液氮低溫液化氣式（直接式）和鹽水式（間接式）兩種。直接式的優(yōu)點(diǎn)是凍結(jié)速度快，但液氮需用罐車從液氮生產(chǎn)廠運(yùn)至施工現(xiàn)場，然后提供給凍結(jié)管，液氮在大氣中的釋放損耗大，成本高[3]。本文是一個(gè)利用液氮快速凍結(jié)加固盾構(gòu)始發(fā)地層的工程實(shí)例，供類似工程參考。 1工程概況 某地鐵區(qū)間盾構(gòu)從車站一端始發(fā)，端頭井位于富水砂層，盾構(gòu)始發(fā)地層土體加固采用旋噴樁＋攪拌樁的方案，即在端頭井側(cè)墻外先施工兩排1.6 m寬的三重管高壓旋噴樁，在旋噴樁外側(cè)用雙頭深層攪拌樁加固，加固深度18.5 m，縱向長度8.4 m，橫向范圍為盾構(gòu)直徑外側(cè)上下左右各3 m。加固后經(jīng)抽芯檢測，符合要求。但在始發(fā)洞門混凝土鑿除時(shí)，發(fā)現(xiàn)隧道中心線以下范圍內(nèi)加固效果較差，出現(xiàn)大量涌砂，立即采取補(bǔ)救措施，用聚氨脂發(fā)泡劑止水砂，用混凝土重新封閉洞門。 緊臨車站始發(fā)井西側(cè)3.4 m是一幢6層居民樓，車站施工時(shí)曾出現(xiàn)流砂，該樓房已發(fā)生了較大沉降，出于安全考慮，結(jié)合工期要求，決定采用液氮快速凍結(jié)加固盾構(gòu)始發(fā)地層。 2凍結(jié)方案設(shè)計(jì) 凍結(jié)方案采用全斷面局部凍結(jié)，設(shè)單排凍結(jié)孔。凍結(jié)孔深度16 m，凍結(jié)孔數(shù)13個(gè)，凍結(jié)孔中心間距0.675 m，凍結(jié)孔距連續(xù)墻外側(cè)0.4 m，最外邊的凍結(jié)孔離盾構(gòu)外輪廓線0.7 m，凍結(jié)管采用覫159×7 mm無縫鋼管，材質(zhì)為20#低碳鋼。地面布置溫度監(jiān)測孔3個(gè)，出洞口壁面布置測溫孔4個(gè)，詳見圖1。
2.1凍結(jié)參數(shù)計(jì)算
洞口凍結(jié)加固體在工作井破壁和盾構(gòu)開始推進(jìn)階段，起到抵御水土壓力、防止洞周土體塌落和地下水涌進(jìn)的作用。
2.1.1荷載計(jì)算
該始發(fā)洞口凍結(jié)加固土體承受的荷載、計(jì)算模型及凍結(jié)管布置示意圖如圖2所示。應(yīng)用重液理論計(jì)算水土壓力時(shí)，其出洞口的水土壓力P＝0.013H。其中，P為計(jì)算點(diǎn)的水土壓力，MPa；H為計(jì)算點(diǎn)深度，m。
出洞口中心埋深11.00 m，當(dāng)開洞直徑為6.70 m時(shí)，開洞口的底緣深度為14.35 m。如取計(jì)算深度為14.35 m，則計(jì)算得到水土壓力P≈0.19 MPa。
2.1.2凍結(jié)加固體厚度
假定加固體為整體板塊而承受水土壓力，用彎拉應(yīng)力計(jì)算加固體的厚度，計(jì)算公式如下：
式中：h為凍結(jié)加固體厚度，m；β為系數(shù)，一般取1.2；D為加固體開挖直徑，取6.70 m；κ為安全系數(shù)，取2.5；σ為凍土彎拉強(qiáng)度，當(dāng)凍土平均溫度為－20℃時(shí)，凍結(jié)粉細(xì)砂的彎拉強(qiáng)度取8.0 MPa。
將上述參數(shù)代入公式，計(jì)算得到凍土體計(jì)算加固厚度h＝0.89 m，可取h＝1.0 m。
2.1.3其他尺寸的確定
凍土體本身處于加固過的土層中，且其前方為深層攪拌樁加固過的地層，穩(wěn)定性充足，[1][2][3]下一頁
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