地铁联络通道冻结加固对既有线冻胀控制

2019-01-25曹华

智能城市 2019年11期

曹华

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西西安 710021）

1 工程概况

为了提高研究的真实性和实用性，文章将徐州城市轨道交通2号线一期工程大龙湖站至市政府站区间的联络通道作为研究对象，对其地铁联络通道冻胀影响进行研究与分析。首先，对地铁联通通道所在地点的地质环境进行了勘察，并结合相关资料，发现此联通通道所处的地点的土质类型主要包含有粉质黏土、粉土、粉细砂层，其中，粉土与粉质黏土结构在一定程度上表现出了饱和与流塑的特征，属于中偏高压缩性土；而对于粉细砂层而言，其特性表现为饱和且相对密集，属于中等压缩性土的范畴内。从位置结构上来看，本地铁项目的联络通道位于DN1200的给水管下方，距离昆仑大道主干道6 m，前期采用矿山法施工过程中遇到承压水突涌，并造成右线隧道联络通道附近管片有一定的破损。经过讨论与分析，并对多个方面的影响因素进行了综合的考虑，最终确定先利用工字钢对联络通道附近的管片进行加固，然后对每环管片背后注浆加强，在对联络通道进行施工的过程中，需要采取具有针对性且行之有效的冻结方法，本项目采用的是水平冻结法以及WSS注浆，并在此基础之上对土体进行一定程度的加固操作。

2 冻胀对结构的影响分析

2.1 分析方法

在受到热胀冷缩的影响之下，当材料的温度发生变化时，材料的体积也会随之发生一定程度的变化，进而产生热应变，但是如果在这一过程之中对其施加一定的限制，热应变难以自由发展便会产生一定的热应力。冻胀土与其存在较大的相似之处；如果土层的温度发生一定程度的降低，在这一环境之下水会冻结使得体积增大，进而对冻胀土的应变造成相应的影响。基于这一情况，将土体的冻胀率用土体的热膨胀率进行一定程度的表示，并在此基础之上通过结构温应力的计算方法对其土体冻胀进行有效的模拟、计算与分析。

2.2 未加固情况下冻胀对结构的影响

在没有对隧道采取相应的加固措施时，根据模拟计算得出左线隧道的第一主应力最大值为5.88 MPa，这一应力的出现位置主要是在管片左侧的外边缘位置之上；且其第三主应力的最小值为7.74 MPa，出现的位置则在管片左侧的内边缘，这样一来，混凝土管片难以承受这一拉应力，会在一定程度上造成引起开裂。对于右线隧道而言，在没有采取加固措施的情况下，其第一主应力最大值为10.27 MPa，第三主应力最小值则为17.19 MPa，两者都存在着相对较大的压应力，混凝土管片会受到较大的压力，在这种情况之下，需要采取有效地防冻胀措施。例如可以采用措施对冻土的体积进行一定程度上的控制等方式。

2.3 加固情况下冻胀对结构的影响

在对地层采取一定的加固措施之后，结构的应力出现了较为明显的下降，主要表现为：首先，左线隧道的第一主应力最大值为2.26 MPa，这一应力出现的位置主要是在混凝土管片左侧的外边缘，而其第三主应力最小值为3.09 MPa，出现的位置是在左侧的内边缘，有这一结果，可以得出因冻胀所引起的最大拉应力高于混凝土的抗拉强度，因此需要采取有效的措施对混凝土管片进行有效加固；其次，对于右线隧道而言，其第一主应力最大值为4.05 MPa，第三主应力的最小值为6.86 MPa，由此可见，其最大拉应力也是高于混凝土的抗拉强度。

2.4 对比分析结果

通过对未加固情况下与加固情况下冻胀对于结构的影响结果进行一定程度上的对比分析，可以得出如下结论：（1）对地层采取一定的搅拌加固措施，不仅可以度土层的强度进行一定程度的提高，同时，也能够在此基础之上对土中的含水量进行有效的减少，还起到了抑制水分迁移的作用，这样一来，就能够对冻胀效应进行较大程度上的减少；（2）然而，虽然采取了加固措施对土层进行加固处理，冻胀效应仍然会对左右线隧道造成不良的影响，基于这种情况，需要采取一定的措施予以解决，一般情况下可以从两个方向入手，第一采取防冻胀措施，第二则是对隧道的结构进行合理的变形。

3 冻胀控制措施分析

当前状况下，较常使用的冻胀融沉的控制措施需要包含有如下几种：（1）对泄压孔进行一定程度的设置，从而起到控制冻胀的作用；（2）对土层性质进行一定程度上的改变，从而对冻胀融沉起到一定的抑制作用；（3）转变原先的封闭式冻结，使其转变成开放冻结，进而对冻胀进行有效的控制；（4）通过设置冻结边界的温度控制孔来对冻胀进行控制。在本项目中，主要选择了方法（1）与方法（3）作为主要的冻胀控制措施，这两种方法工期相对较短，且在成本控制上存在着一定的优势。

对于设置泄压孔控制冻胀的方法而言，泄压孔的设置点主要是冻土帷幕附近，再将泥水注入设置好的泄压孔之中，这样一来，就能够对结构上的冻结附加力起到一定程度的消散作用。在冻胀的作用下，地层会发生一定程度上的压缩，在这种情况之下可以从泄压孔之中排除一定量的土体。当前状况下，这一做法在冻结法施工中应用较为广泛。

而对于转变封闭式冻结为开放式冻结的方法而言，其原理主要如下：对其中一部分冻结孔的冻结顺序进行一定程度上的改变，这样一来，其中部分的冻结孔会滞后冻结，在这种情况之下，当其他大部分冻结孔冻土交圈时期，冻胀压力能够得当释放，因此联络通道的冻胀压力将得到有效地降低。在本项目的施工过程中，对其中三个冻结孔进行滞后冻结操作，延迟天数定为一周，当其他的冻结孔冻土交圈时期，其冻胀压力会在这三个孔中得到一定程度的释放，有效减少了冻胀压力的影响。

4 变形控制措施分析

对施工区域的周围的地层进行预加固处理，目前状况下较常使用的预加固方法包含有超前锚杆、旋喷加固、超前管棚加固、搅拌桩加固、WSS注浆等。在本工程中，选择搅拌桩加固的方法进行预加固处理，需要注意的是，在加固的过程中需要注意对地层加固的范围进行有效的控制，务必使其对整个冻结区域进行覆盖。WSS注浆是采用二重管后退式注浆加固止水，注浆材料选用无收缩的水泥—水玻璃双液浆。通过加固使其含水量进行一定程度上的降低，从而进一步增加黏结力与水稳定性。这样一来，软土就会成为水泥土，在强度上与整体性方面都得到了较大程度的提升。

对冻土的发展范围进行科学合理的控制。在这一项目之中，联络通道冻结法施工会对右线造成一定程度上的影响。基于这一现实情况，需要在结构周围对温度控制孔进行有效布置，并在此基础之上充分结合冻结壁的发展状况，对温度控制孔内的盐水流量与温度进行一定程度上的调整，从而进一步起到控制冻结帷幕发展并减小冻胀力的作用。