地铁换乘通道异型冻结壁交圈情况判定方法研究.pdf

采用冻结法施工的上海市轨道交通1 5号线桂林路站新建换乘通道工程,根据工程“0距离”近接普天信息产业园地下车库结构的特点,采用“u型”冻结壁形式进行冻结加固,异型冻结壁发展状况评判难度较大。在工程施工中,采用测温孔数据进行冻土帷幕计算,结合地下车库结构变形监测、泄压孔压力监测、探孔情况进行冻结壁发展状况综合分析。结果表明:桂林路站换乘通道冻结帷幕厚度及平均温度满足设计要求,泄压孔压力出现有规律上升趋势,结合地下车库结构变形数据判定桂林路站换乘通道冻结壁在开机3 0d时交圈。冻结壁交圈的判定有力地指导了冻结施工,确保了工程开挖构筑施工安全,可为类似工程提供借鉴。关键词:地铁换乘通道;冻结施工;异型冻结壁;冻结壁发展状态 中图分类号:T D 2 6 5.3+4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2 6 0 2 9(2 0 2 3)0 4 0 0 6 8 0 6R e s e a r c ho nt h em e t h o do fd e t e r m i n i n g t h ec l o s u r eo fd e f o r m e df r e e z i n gw a l l i ns u b w a y t r a n s f e r c h a n n e lY EY u x i(1.B e i j i n gC h i n aC o a lM i n eE n g i n e e r i n gC o m p a n yL i m i t e d,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3,C h i n a;2.N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fD e e pS h a f tC o n s t r u c t i o n,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3,C h i n a)收稿日期:2 0 2 3 0 5 1 1 修回日期:2 0 2 3 0 6 0 8 责任编辑:王 媛 D O I:1 0.1 9 4 5 8/j.c n k i.c n 1 1-2 4 5 6/t d.2 0 2 3.0 4.0 1 1基金项目:国家自然科学基金青年基金(5 2 0 0 8 1 9 7)作者简介:叶玉西(1 9 8 3),男,河南虞城人,硕士,副研究员。E m a i l:y e y u x i 2 0 0 71 6 3.c o m引用格式:叶玉西.地铁换乘通道异型冻结壁交圈情况判定方法研究J.建井技术,2 0 2 3,4 4(4):6 8 7 3.Y EY u x i.R e s e a r c ho nt h e m e t h o do fd e t e r m i n i n gt h ec l o s u r eo fd e f o r m e df r e e z i n g w a l li ns u b w a yt r a n s f e rc h a n n e lJ.M i n eC o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 4(4):6 8 7 3.A b s t r a c t:I nt h en e wt r a n s f e rc h a n n e l p r o j e c to fG u i l i nR o a dS t a t i o no fS h a n g h a i S u b w a yL i n e1 5c o n-s t r u c t e db yf r e e z i n g m e t h o d,a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es t r u c t u r eo ft h eu n d e r g r o u n dg a r a g eo fP u t i a nI n f o r m a t i o nI n d u s t r yP a r k,w h i c hw a s c l o s e t o t h e“0d i s t a n c e”o f t h ep r o j e c t,t h e“u s h a p e d”f r e e z i n gw a l lw a sa d o p t e df o r f r e e z i n ga n ds t r e n g t h e n i n g,a n di tw a sd i f f i c u l t t oe v a l u a t et h ed e v e l o p m e n t s t a t u so f t h e s p e c i a l s h a p e d f r e e z i n gw a l l.I n t h e e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n,t h e f r o z e nc u r-t a i nw a sc a l c u l a t e db yu s i n gt e m p e r a t u r em e a s u r i n gh o l ed a t a,a n dt h e f r o z e nw a l l d e v e l o p m e n t s t a t u sw a sc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e d i nc o m b i n a t i o nw i t ht h ed e f o r m a t i o nm o n i t o r i n go fu n d e r g r o u n dg a r a g es t r u c t u r e,p r e s s u r em o n i t o r i n go fp r e s s u r er e l i e fh o l e sa n dt h es i t u a t i o no fe x p l o r a t i o nh o l e s.T h er e-s u l t ss h o w e dt h a tt h ef r e e z i n gc u r t a i nt h i c k n e s sa n da v e r a g et e m p e r a t u r eo ft h et r a n s f e rc h a n n e lo fG u i l i nR o a dS t a t i o nm e t t h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s,a n d t h ep r e s s u r eo f t h ep r e s s u r e r e l i e f h o l e s h o w e dar e g u l a r r i s i n gt r e n d.C o m b i n e dw i t ht h e s t r u c t u r a l d e f o r m a t i o nd a t ao f t h eu n d e r g r o u n dg a r a g e,i tw a sd e t e r m i n e dt h a t t h e f r e e z i n gw a l l o f t h e t r a n s f e r c h a n n e l o fG u i l i nR o a ds t a t i o nw o u l db e c l o s u r ea f t e r3 0do f c o n s t r u c t i o n.T h ed e t e r m i n a t i o no f t h e c l o s u r eo f f r o z e nw a l l c o u l dg u i d e t h e f r e e z i n gc o n s t r u c-t i o ne f f e c t i v e l y,w h i c hc o u l de n s u r et h ec o n s t r u c t i o ns a f e t yo fe x c a v a t i o na n dc o n s t r u c t i o n,a n dc o u l dp r o v i d er e f e r e n c e f o rs i m i l a rp r o j e c t s.K e y w o r d s:s u b w a yt r a n s f e rc h a n n e l;f r e e z i n gc o n s t r u c t i o n;s p e c i a l s h a p e df r o z e n w a l l;d e v e l o p m e n ts t a t u so f f r o z e nw a l l 第4期 叶玉西:地铁换乘通道异型冻结壁交圈情况判定方法研究0 引 言冻结法因其封水和加固效果好、适应性强等优势,成为富水软土地层地铁联络通道1 3、端头井加固施工的主要工法4 5。常规联络通道端头井冻结工程,冻结体量较小,冻结管布置相对简单。随着城市地下空间的拓展,较大体量、大断面、长距离的横通道、隧道、换乘通道、综合管廊、甚至 地下车站等 地下工程开 始采用冻结 法施工6 9,对于常规联络通道在特定情况下的冻结壁发展规律得到越来越多关注1 0 1 5。而非常规冻结工程的冻结体量通常较大,冻结管布置不规则,冻结通常分期分区进行,常和开挖施工交叉作业,工序更加复杂。由于冻结壁不规则,冻结空间边界条件变化,对于异型冻结帷幕冻结壁的发展状况判定难度大,进行的研究较少。针对该问题,本文以上海市轨道交通1 5号线桂林路站新建换乘通道冻结工程为例,综合采用测温孔监测数据、泄压孔压力监测、地下室结构变形监测、探孔施工等方式,精确判定冻结壁发展状况,为工程的安全顺利实施提供保障,可为类似工程提供参考和借鉴。1 工程概况上海市轨道交通1 5号线桂林路站与9号线桂林路站换乘通道工程处于普天信息产业园区B 1号楼与C 1号楼地下室之间,有部分线路要穿越普天信息产业园区地下室,下穿普天信息产业园区地下室段暗挖长度为3 9.1 3 6 m,穿越距离长,换乘通道暗挖段如图1所示。换乘通道净宽度8.3 0m,净高度3.6 0m,结构层厚度7 0 0mm,暗挖段开挖宽度达1 0.3 0m,开挖高度为5.9 0m,开挖断面大。由于换乘通道紧接上海普天信息产业园的地下车库结构,经论证,换乘通道穿越段通道设计采用冻结法水平加固地层、矿山暗挖法施工。冻结加固暗挖段地层为1黏土、1淤泥质粉质黏土、1淤泥质黏土。根据地质资料,淤泥质黏土具高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度等特点,在冻结施工过程易产生冻胀融沉等不良现象。图1 换乘通道暗挖段示意 针对换乘通道“0距离”紧接上部地下车库的特点,冻结壁剖面设计如图2所示。设计时冻结壁采用“u型”方式,上部利用车库底板进行封水。该换乘通道穿越地下室冻结暗挖段,开挖构筑时间长,冻结体量大,冻胀融沉控制难度大。由于冻结壁无法形成完整的冻结帷幕,异型冻结壁的发展状态判定决定了整个工程的成败。2 冻结施工情况根据计算,设计冻土帷幕的有效厚度为1.8 0m,冻结壁平均温度-1 0,冻 结管采用1 0 8mm8 mm低碳钢无缝钢管,设计冻结孔1 4 2个,测温孔2 0个,泄压孔2 9个。冻结制冷选用1 7 0W的D E D D型冷冻机4台及配套盐水、清水系统。换乘通道钻孔工作按设计要求完成后,于2 0 1 9 0 5 3 0完成冻结站及盐水管路和集、配液圈安装,5月3 1日转入冻结壁形成期,工作面盐水干管去路于6月7日达到-1 8.6,6月1 4日达到-2 4,7月5日达到-2 8。至2 0 1 9 0 7 1 0,冻结历时4 0d,盐 水 干 管 去 路-2 8.9,回 路-2 7.6,去回路温差为1.3,符合设计要求。盐水温度降温曲线如图3所示。96建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷图2 冻结壁剖面设计图3 盐水温度降温曲线3 冻结壁发展状态判断3.1 测温孔数据计算冻土帷幕厚度与平均温度 在换乘通道工作面两侧设计布置了2 3个深度测温孔,根据测温孔的不同,布置2 1 3个不等的测点。部分测温孔数据曲线变化如图4 7所示。图4 C 5测温孔温度变化曲线图5 C 6测温孔温度变化曲线07 第4期 叶玉西:地铁换乘通道异型冻结壁交圈情况判定方法研究图6 C 7测温孔温度变化曲线图7 C 8测温孔温度变化曲线 根据测温孔测温数据分析,人工冻土帷幕的温度发展可以简化为稳态温度场,可以由测温孔的温度来推算冻土帷幕的厚度,见式(1):T=T1l n(r2/r)/l n(r2/r1)(1)式中:T为冻土温度的数值,单位;T1为冻结管内冷媒剂(盐水)温度的数值,单位;r为冻结柱内任意点至冻结管中心的距离的数值、单位m;r1为冻结管外半径的数值,单位m;r2为冻土圆柱的外半径的数值,单位m。测温孔温度监测结果及根据测温孔测点温度计算的侧墙冻结帷幕有效厚度见表1。由表1分析可知,计算得出的换乘通道冻土帷幕最薄弱处为2.4 0m,大于冻结孔最大间距1.3 0m,说明冻结壁已经交圈。表1 测温孔温度监测结果及计算的侧墙冻结帷幕有效厚度部位测温孔号距冻结孔位移/m温度/计算的冻结壁厚度/m设计冻结壁厚度/m左侧墙C 5 80.3 3 3-1 2.82.8 61.8 0C 6 1 40.3 7 7-1 0.82.4 21.8 0C 6 2 00.3 4 0-1 2.93.0 21.8 0底板C 7 1 70.6 0 0-6.12.4 01.8 0右侧墙C 1 1 2 30.4 6 4-9.22.5 41.8 0C 1 2 3 00.5 2 4-6.32.4 61.8 0 换乘通道冻土帷幕平均温度采用成冰公式计算,见式(2)和式(3):tc=to c+0.2 5tn(2)to c=tb1.1 3 5-0.3 5 2l-0.7 8 5/3E+(0.2 6 6l/E)-0.4 6 6(3)式中:tc为按成冰公式计算的冻结壁(冻土帷幕)有效厚度的平均温度的数值,单位;to c为按零度边界线计算的冻结壁平均温度的数值,单位;tn为井帮冻土温度的数值,单位;tb为盐水温度的数值,单位;E为冻结壁厚度的数值,单位m;l为冻结孔间距的数值,单位m。对于冻土帷幕,取tb=-2 8.9,E=2.4 0m,l=1.2m,tn=0,计算得出tc=-1 0.5 8。根据成冰公式计算,求得冻结帷幕内部冻土帷幕平均温度为-1 0.5 8,小于-1 0.0 0(设计17建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷冻土平均温度),说明冻结壁发展状况满足设计要求。3.2 卸压孔压力监测在换乘通道开挖区域布置了1 2个卸压孔,分别记为X 1X 1 2,初始压力均为0 MP a。X 7泄压孔2 0 1 9 0 6 2 2压力开始上涨,6月2 9日卸压后压力降至0MP a,关闭泄压孔阀门后压力迅速上涨,说明冻结帷幕内外没有水力联系;X 5、X 1 0泄压孔压力也先后有明显上涨趋势,说明冻结帷幕闭合后,水 变 成 冰 体 积 膨 胀 而 产 生 冻 胀 力;至2 0 1 9 0 7 0 9后进行卸压,无带压泥水持续流出。部分卸压孔压力变化曲线如图8所示。图8 部分泄压孔压力变化曲线 卸压孔压力数据显示,换乘通道冻结帷幕内外无水力联系,泄压孔压力增长是冻土帷幕交圈后冻胀所致,说明冻土帷幕交圈状况良好。3.3 园区地下室结构变形情况在冻结施工中,在地下车库结构立柱及地表布设变形监测点,及时关注地下车库地表及立柱变形情况,通过分析地表变形也为冻结壁交圈判断提供了依据。地下车库测点布置如图9所示,换乘通道结构变形情况如图1 0所示。由图1 0可知,冻结前期地下车库底板及立柱变形平缓,自6月2 9日开始底板及立柱变形有明显上升趋势,结合冻土发展速度及冻结孔成孔间距,表明换乘通道冻结壁在6月2 9日(冻结第3 0d)开始交圈。3.4 探孔打设情况换乘通道开挖前在冻结区域打设探孔,观察图9 地下车库测点布置图1 0 换乘通道正上方地表及立柱变形情况27 第4期 叶玉西:地铁换乘通道异型冻结壁交圈情况判定方法研究是否存在涌水涌沙现象。探孔1、探孔2与临近冻结孔位置如图1 1所示,探孔1位于B 9下方1.5 0m位置,测得2m处温度为1.7;探孔2位于B 1 0下方1.7 1m处,测得2 m处温度为2.9,探孔中均无涌水涌沙现象。根据探孔温度及与相邻冻结管距离计算,冻结帷幕厚度达到2.5m,冻结效果较好。探孔照片如图1 2所示。图1 1 探孔1、探孔2与临近冻结孔位置图1 2 打设探孔4 结 论通过对上海市轨道交通1 5号线桂林路站新建换乘通道“u型”冻结帷幕进行综合判定,得到以下结论:(1)桂林路站换乘通道冻结壁在冻结开机3 0d交圈。(2)通过测温孔温度数据计算得出冻结壁最小厚度为2.4 0m,冻结壁平均温度为-1 0.5 8,满足设计要求。(3)在冻结施工中,泄压孔压力有规律变化也是判定冻结壁交圈的方法之一。泄压孔泄压应综合考虑泄压孔发展情况及地层埋深,本次泄压孔最大压力在0.0 9 MP a时即进行了泄压,有效控制了冻胀情况。(4)冻结壁厚度和平均温度满足设计要求,结合近接结构变形监测的综合判定,冻结壁发展状况良好,通过探孔打设发现探孔内无涌水涌沙现象,冻结帷幕内外没有水力沟通,冻结效果好。参考文献:1 陈 鸿,赵光军,张建忠.深圳轨道交通冻结法联络通道施工技术研究J.隧道与轨道交通,2 0 1 9(增刊2):8 9 9 1.2 李庆禹,张 建,岳 鹏.冻结法在兰州地铁红砂岩地层中的应用J.现代城市轨道交通,2 0 1 8(9):4 5 4 9.3 张 亮,许舒荣.江底联络通道冻结加固设计及温度场规律分析J.建井技术,2 0 2 2,4 3(6):6 1 6 4.4 李方政.地铁冻结技术发展现状与趋势J.建井技术,2 0 2 0,4 1(5):3 3 4 25 陈湘生.冻结法几个关键问题及在地下空间近接工程中最新应用J.隧道建设,2 0 1 5,3 5(1 2):1 2 4 3 1 2 5 1.6 张 明,陈军浩.水平冻结法施工超大断面隧道的技术研究与应用J.安徽理工大学学报(自然科学版),2 0 1 6,3 6(4):2 7 3 2.7 王 磊,陈湘生,伍 军.城市富水地层大型地下空间管幕冻结规律模型 试 验 研 究 J.隧 道 建 设(中 英 文),2 0 2 2,4 2(1 1):1 8 7 1 1 8 7 8.8 黄宝龙,韩玉福,杨志刚,等.大断面长距离通道冻结效果分析研究J.建井技术,2 0 2 2,4 3(6):3 2 4 0.9 黄宝龙,温汉宏,韩玉福,等.多参数实时监测系统在大体积冻结工程中的应用J.建井技术,2 0 2 2,4 3(2):1 8 2 1.1 0 刘东启.超大孔间距液氮冻结技术在轨道交通设计和施工中的应用J.建井技术,2 0 2 3,4 4(2):4 6 5 1.1 1 孙钦帅.冻结管偏斜作用下的冻结效果分析J.建井技术,2 0 2 3,4 4(1):7 3 7 6.1 2 孙 桃,荣传新,王 彬,等.三角形布管方式下渗流速度对冻结发展规律影响分析J.建井技术,2 0 2 2,4 3(4):5 4 5 9.1 3 张世雷,汪 磊,何越磊,等.复合地层联络通道冻结温度场发展规律研究J.地下空间与工程学报,2 0 2 2,1 8(增刊1):2 6 6 2 7 3.1 4 敖 松.冻结孔三维可视化设计与参数分析J.建井技术,2 0 2 2,4 3(3):5 8 6 2.1 5 张 松,黄宝龙,温汉宏,等.冻结孔排间距对冻结效果的影响研究J.建井技术,2 0 2 1,4 2(2):2 9 3 2.37