液氮凍結法在盾構始發(fā)地層加固工程中的應用 摘要：某地鐵區(qū)間隧道盾構從車站一端始發(fā)，端頭井位于富水砂層，采用旋噴樁和深層攪拌樁進行端頭井加固后盾構始發(fā)時出現(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，采用液氮快速凍結補充加固地層，使盾構機安全始發(fā)。 關鍵詞：地鐵隧道；盾構始發(fā)；端頭井加固；液氮凍結 用冷卻的手段使地層中的地下水凍結成冰，地下水不再流動，結冰后地層的強度大為提高，這種加固地層的方法為凍結法。通常，該工法多在其他輔助加固工法很難實現(xiàn)加固目的的場合下選用[1－2]。凍結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)點是凍結速度快，但液氮需用罐車從液氮生產(chǎn)廠運至施工現(xiàn)場，然后提供給凍結管，液氮在大氣中的釋放損耗大，成本高[3]。本文是一個利用液氮快速凍結加固盾構始發(fā)地層的工程實例，供類似工程參考。 1工程概況 某地鐵區(qū)間盾構從車站一端始發(fā)，端頭井位于富水砂層，盾構始發(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，橫向范圍為盾構直徑外側上下左右各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，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3.4 m是一幢6層居民樓，車站施工時曾出現(xiàn)流砂，該樓房已發(fā)生了較大沉降，出于安全考慮，結合工期要求，決定采用液氮快速凍結加固盾構始發(fā)地層。 2凍結方案設計 凍結方案采用全斷面局部凍結，設單排凍結孔。凍結孔深度16 m，凍結孔數(shù)13個，凍結孔中心間距0.675 m，凍結孔距連續(xù)墻外側0.4 m，最外邊的凍結孔離盾構外輪廓線0.7 m，凍結管采用覫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，出洞口壁面布置測溫孔4個，詳見圖1。 2.1凍結參數(shù)計算 洞口凍結加固體在工作井破壁和盾構開始推進階段，起到抵御水土壓力、防止洞周土體塌落和地下水涌進的作用。 2.1.1荷載計算 該始發(fā)洞口凍結加固土體承受的荷載、計算模型及凍結管布置示意圖如圖2所示。應用重液理論計算水土壓力時，其出洞口的水土壓力P＝0.013H。其中，P為計算點的水土壓力，MPa；H為計算點深度，m。 出洞口中心埋深11.00 m，當開洞直徑為6.70 m時，開洞口的底緣深度為14.35 m。如取計算深度為14.35 m，則計算得到水土壓力P≈0.19 MPa。 2.1.2凍結加固體厚度 假定加固體為整體板塊而承受水土壓力，用彎拉應力計算加固體的厚度，計算公式如下： 式中：h為凍結加固體厚度，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為凍土彎拉強度，當凍土平均溫度為－20℃時，凍結粉細砂的彎拉強度取8.0 MPa。 將上述參數(shù)代入公式，計算得到凍土體計算加固厚度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，

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