一种地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法

1.本发明属于地铁隧道施工技术领域，尤其涉及一种地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法。


背景技术：

2.随着社会的快速发展，城市地下轨道交通得到快速发展。冻结法作为地层加固的重要手段，在城市轨道交通工程中被广泛使用，特别是在富水量大、淤泥质、砂质地层等复杂地质下，该方法加固效果显著。
3.人工冻结在发挥积极作用的同时，因冻结使得地层温度急剧降低，也会对周边环境产生不同程度的负面影响。地铁隧道冻结施工期所诱发的负面影响主要表现为地层冻胀所引起得周围建筑基础、隧道衬砌、车站底板及地表的不良变形。因此，准确可靠地控制冻结法施工引起的地层冻胀，对于冻结壁设计及既有建筑保护至关重要。
4.对于地铁隧道冻结法施工中的冻胀问题，一般有以下几种方法：增强土体强度、土层泄压及强制解冻等单一的控制措施，而对于深埋隧道及下穿地铁隧道而言，传统的冻结方式及控制冻胀的措施会对地下结构、地表及建筑物产生较大的影响，冻胀难以控制，不能有效的控制地表冻胀位移。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，该方法能够有效解决地铁隧道冻结期地层不均匀冻胀的问题，同时避免对周围既有建筑物基础、隧道衬砌造成不良变形。
6.为解决上述问题，提供以下技术方案：本发明的地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，包括如下步骤：
7.s1、确定冻胀区域，设置冻胀控制区；对冻结区附近进行勘测，根据施工方案，在冻结施工区域，布置冻结孔，限位孔和监测孔的位置；
8.s2、布设冻结管、分区冻结：在冻结施工区布置以钻进的方法布置冻结管，适时开启，控制冻结壁的形态；
9.s3、布设去、回路温度测点、监测循环盐水的温度；
10.s4、布设限位孔、即时解冻：在靠近冻结壁设计边界外边缘的上均匀布置热限孔，适时开启，控制冻结壁的边界及冻结壁的厚度；
11.s5、监测地表及周边建筑物的冻胀变形，即时控制；在冻结施工区域上方布置监测点；
12.s6、布设泄压孔、分段泄压：在冻结壁以外非冻土区域采用钻进的方式成孔。
13.当盐水温度梯度日变化量连续x天低于y℃/d，立即降低冻结孔干管内盐水温度至t1℃，积极冻结；一方面，通过测温孔监测冻结锋面外边界温度变化，当冻结锋面外边界测温孔温度降至t2℃以下，通过限位孔对冻结锋面边界进行均匀性控制，另一方面，当地表冻
胀位移超过zmm，立刻打开泄压孔内的泄压管的阀门，并使用清水通过泄压管内管冲洗泄压孔，保持泄压孔畅通。
14.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，步骤s4中的限位孔内和步骤s6中的泄压孔内均安装无缝钢管，其尺寸分别为φ108*8mm和φ98*10mm。
15.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，步骤s1中，勘察施工地层属性，确定冻结孔、测温孔、限位孔和泄压孔的布设位置。
16.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，步骤s3中，冻结管的布孔方式采用“交叉错位、以外圈为2-1主冻结孔及2-2中/内圈为辅助/防片孔圈的多圈冻结孔”，相邻冻结管间的间距范围为0.8m～1.2m。设置外圈为主冻结，冻结壁设计厚度为1.5～2.0m当冻结壁达到设计厚度后，根据测温孔数据，有选择的关闭外圈冻结管，开启内圈冻结管。
17.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，步骤s2中，干管中盐水循环温度控制范围在-25℃～-30℃，其中，当盐水温度梯度低于5℃/d时进行温度调控。
18.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，步骤s4中的限位孔的布孔方式为半环状，两孔间距为1.0m。
19.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，步骤s5中地表及周边建筑物隆起的预警值为累计≤20mm，调节控制值h为5mm。
20.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，在步骤s6中，泄压孔内无缝钢管采用同环等距布置形式泄压，泄压管管壁开孔规格为φ18mm。
21.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，设置外圈为主冻结，冻结壁设计厚度为1.5～2.0m当冻结壁达到设计厚度后，根据测温孔数据，有选择的关闭外圈冻结管，开启内圈冻结管。
22.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，在泄压管的每个圆周上沿环向布置6个孔眼，间距30mm，同环等距布置，孔眼总面积为钢管管壁总表面积的8.4％。
23.上述地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，在钢管开口处安装特定阀门及压力表。
24.本发明的技术方案取得的有益技术效果如下：
25.与现有技术相比，本发明的显著优点为：在已有控制技术的基础上，考虑地铁隧道周边环境的复杂性，提出用温度控制—分区冻结—解冻泄压综合冻胀控制方法，有效控制盐水的降温速率和冻结壁的演化路径及扩展速度。同时，对地层冻胀能分时空性的进行有效释放。地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制新方法一方面改变了传统单一的冻胀控制方法，使冻结壁形态可控、冻胀量可控。另一方面，降低了地铁隧道结法施工中冻胀对地表及周边环境的影响，实现了冻结工法与周边环境的友好协同，创造了良好的经济与社会效益。
26.此外，通过改变冻结模式，利用各种技术和工艺对施工区域进行分区冻结，调节温度梯度，通过分区冻结控制冻结壁厚度，减少冻结管与地层间的热传递，降低冻结成本。进一步地，通过限位孔，对冻结锋面半径进行控制，在保证冻结壁使用功能的前提下，实现对施工区域的精准冻结，精准控制。同时，在一定程度上减少了融沉期对地层注浆的损耗，改善了地层中的应力场，另一方面减少了后期开挖过程中冻结壁的收敛变形，增强了冻结壁的稳定性，降低了开挖风险，为安全、快速开挖与构筑创造了良好的条件。
附图说明
27.图1本发明冻胀控制施工示意图；
28.图2为本发明分区冻结孔布置示意图；
29.图3为本发明测温孔及泄压孔布置图；
30.图4为泄压管结构及清洗示意图；
具体实施方式
31.如图1至图4所示，本实施例地铁隧道冻结法施工期地层综合冻胀控制方法，包括如下步骤：
32.s1、确定冻胀区域，设置冻胀控制区；对冻结区附近进行勘测，根据施工方案，在冻结施工区域，划分冻结孔，限位孔和监测孔的位置；
33.s2、布设冻结孔2、分区冻结：在冻结施工区布置以钻进的方法布置冻结管，冻结管的布孔方式采用“交叉错位、以外圈为2-1主冻结孔及2-2中/内圈为辅助/防片孔圈的多圈冻结孔”，相邻冻结管间的间距范围为0.8m～1.2m。设置外圈为主冻结，冻结壁设计厚度为1.5～2.0m；
34.s3、布设去、回路温度测点、监测循环盐水的温度：在冻结孔2内的冻结管2-1的去、回路上安装温度测点，监测去、回路盐水的温度变化；积极冻结期间盐水进回水温度在-25～-30℃，调控控温为降至-20℃；
35.s4、布设测温孔3、限位孔4，即时解冻：在靠近冻结壁设计边界外边缘上均匀布置热限孔4，适时开启，控制冻结壁的边界及冻结壁的厚度；热限孔4内安装无缝钢管4-1，尺寸为内循环液体为加热地下水；热限孔4的间距为800mm；
36.s5、监测地表及周边建筑物的冻胀变形，即时控制；在地表布置沉降监测点6-1、6-2，冻结施工期间对地表沉降进行监测；
37.s6布设泄压孔5：在冻结壁以外非冻土区域采用钻进的方式成孔，即为泄压孔5，在泄压孔5内安装泄压管5-2进行泄压；无缝钢管5-2为管壁上有孔眼5-3的无缝钢管，尺寸为泄压管5-2管壁上的孔眼5-3规格为φ20mm。在泄压管5-2的在泄压管的每个圆周上沿环向布置6个孔眼，间距30mm，多环等距布置，孔眼总面积为泄压管5-2管壁总表面积的8.4％。泄压孔5的孔口位置泄压管5-2管口上安装球阀5-1和1.6mpa的压力表。
38.图1所示为温控区综合冻胀控制示意图，通过每天监测数据反馈，当去、回路温度变化量连续3天超5℃/d，立即控制冻结孔孔1-2盐水温度至-20℃，减缓冻结；通过测温孔3监测冻结壁上边界温度变化，当冻结壁上边界测温孔1-1温度降至0-1℃以下，通过热限孔1-2进行人工强制解冻；当地面出现隆起 5mm，立刻打开泄压孔5内的泄压管5-2的阀门5-1，并使用清水冲洗泄压孔5，保持泄压孔5畅通。
39.显然，上述实施例为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。