地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固對既有線凍脹控制

曹 華

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710021）

1 工程概況

為了提高研究的真實性和實用性，文章將徐州城市軌道交通2號線一期工程大龍湖站至市政府站區(qū)間的聯(lián)絡(luò)通道作為研究對象，對其地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍脹影響進行研究與分析。首先，對地鐵聯(lián)通通道所在地點的地質(zhì)環(huán)境進行了勘察，并結(jié)合相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)此聯(lián)通通道所處的地點的土質(zhì)類型主要包含有粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂層，其中，粉土與粉質(zhì)黏土結(jié)構(gòu)在一定程度上表現(xiàn)出了飽和與流塑的特征，屬于中偏高壓縮性土；而對于粉細砂層而言，其特性表現(xiàn)為飽和且相對密集，屬于中等壓縮性土的范疇內(nèi)。從位置結(jié)構(gòu)上來看，本地鐵項目的聯(lián)絡(luò)通道位于DN1200的給水管下方，距離昆侖大道主干道6 m，前期采用礦山法施工過程中遇到承壓水突涌，并造成右線隧道聯(lián)絡(luò)通道附近管片有一定的破損。經(jīng)過討論與分析，并對多個方面的影響因素進行了綜合的考慮，最終確定先利用工字鋼對聯(lián)絡(luò)通道附近的管片進行加固，然后對每環(huán)管片背后注漿加強，在對聯(lián)絡(luò)通道進行施工的過程中，需要采取具有針對性且行之有效的凍結(jié)方法，本項目采用的是水平凍結(jié)法以及WSS注漿，并在此基礎(chǔ)之上對土體進行一定程度的加固操作。

2 凍脹對結(jié)構(gòu)的影響分析

2.1 分析方法

在受到熱脹冷縮的影響之下，當材料的溫度發(fā)生變化時，材料的體積也會隨之發(fā)生一定程度的變化，進而產(chǎn)生熱應(yīng)變，但是如果在這一過程之中對其施加一定的限制，熱應(yīng)變難以自由發(fā)展便會產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力。凍脹土與其存在較大的相似之處；如果土層的溫度發(fā)生一定程度的降低，在這一環(huán)境之下水會凍結(jié)使得體積增大，進而對凍脹土的應(yīng)變造成相應(yīng)的影響?；谶@一情況，將土體的凍脹率用土體的熱膨脹率進行一定程度的表示，并在此基礎(chǔ)之上通過結(jié)構(gòu)溫應(yīng)力的計算方法對其土體凍脹進行有效的模擬、計算與分析。

2.2 未加固情況下凍脹對結(jié)構(gòu)的影響

在沒有對隧道采取相應(yīng)的加固措施時，根據(jù)模擬計算得出左線隧道的第一主應(yīng)力最大值為5.88 MPa，這一應(yīng)力的出現(xiàn)位置主要是在管片左側(cè)的外邊緣位置之上；且其第三主應(yīng)力的最小值為7.74 MPa，出現(xiàn)的位置則在管片左側(cè)的內(nèi)邊緣，這樣一來，混凝土管片難以承受這一拉應(yīng)力，會在一定程度上造成引起開裂。對于右線隧道而言，在沒有采取加固措施的情況下，其第一主應(yīng)力最大值為10.27 MPa，第三主應(yīng)力最小值則為17.19 MPa，兩者都存在著相對較大的壓應(yīng)力，混凝土管片會受到較大的壓力，在這種情況之下，需要采取有效地防凍脹措施。例如可以采用措施對凍土的體積進行一定程度上的控制等方式。

2.3 加固情況下凍脹對結(jié)構(gòu)的影響

在對地層采取一定的加固措施之后，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力出現(xiàn)了較為明顯的下降，主要表現(xiàn)為：首先，左線隧道的第一主應(yīng)力最大值為2.26 MPa，這一應(yīng)力出現(xiàn)的位置主要是在混凝土管片左側(cè)的外邊緣，而其第三主應(yīng)力最小值為3.09 MPa，出現(xiàn)的位置是在左側(cè)的內(nèi)邊緣，有這一結(jié)果，可以得出因凍脹所引起的最大拉應(yīng)力高于混凝土的抗拉強度，因此需要采取有效的措施對混凝土管片進行有效加固；其次，對于右線隧道而言，其第一主應(yīng)力最大值為4.05 MPa，第三主應(yīng)力的最小值為6.86 MPa，由此可見，其最大拉應(yīng)力也是高于混凝土的抗拉強度。

2.4 對比分析結(jié)果

通過對未加固情況下與加固情況下凍脹對于結(jié)構(gòu)的影響結(jié)果進行一定程度上的對比分析，可以得出如下結(jié)論：（1）對地層采取一定的攪拌加固措施，不僅可以度土層的強度進行一定程度的提高，同時，也能夠在此基礎(chǔ)之上對土中的含水量進行有效的減少，還起到了抑制水分遷移的作用，這樣一來，就能夠?qū)雒浶?yīng)進行較大程度上的減少；（2）然而，雖然采取了加固措施對土層進行加固處理，凍脹效應(yīng)仍然會對左右線隧道造成不良的影響，基于這種情況，需要采取一定的措施予以解決，一般情況下可以從兩個方向入手，第一采取防凍脹措施，第二則是對隧道的結(jié)構(gòu)進行合理的變形。

3 凍脹控制措施分析

當前狀況下，較常使用的凍脹融沉的控制措施需要包含有如下幾種：（1）對泄壓孔進行一定程度的設(shè)置，從而起到控制凍脹的作用；（2）對土層性質(zhì)進行一定程度上的改變，從而對凍脹融沉起到一定的抑制作用；（3）轉(zhuǎn)變原先的封閉式凍結(jié)，使其轉(zhuǎn)變成開放凍結(jié)，進而對凍脹進行有效的控制；（4）通過設(shè)置凍結(jié)邊界的溫度控制孔來對凍脹進行控制。在本項目中，主要選擇了方法（1）與方法（3）作為主要的凍脹控制措施，這兩種方法工期相對較短，且在成本控制上存在著一定的優(yōu)勢。

對于設(shè)置泄壓孔控制凍脹的方法而言，泄壓孔的設(shè)置點主要是凍土帷幕附近，再將泥水注入設(shè)置好的泄壓孔之中，這樣一來，就能夠?qū)Y(jié)構(gòu)上的凍結(jié)附加力起到一定程度的消散作用。在凍脹的作用下，地層會發(fā)生一定程度上的壓縮，在這種情況之下可以從泄壓孔之中排除一定量的土體。當前狀況下，這一做法在凍結(jié)法施工中應(yīng)用較為廣泛。

而對于轉(zhuǎn)變封閉式凍結(jié)為開放式凍結(jié)的方法而言，其原理主要如下：對其中一部分凍結(jié)孔的凍結(jié)順序進行一定程度上的改變，這樣一來，其中部分的凍結(jié)孔會滯后凍結(jié)，在這種情況之下，當其他大部分凍結(jié)孔凍土交圈時期，凍脹壓力能夠得當釋放，因此聯(lián)絡(luò)通道的凍脹壓力將得到有效地降低。在本項目的施工過程中，對其中三個凍結(jié)孔進行滯后凍結(jié)操作，延遲天數(shù)定為一周，當其他的凍結(jié)孔凍土交圈時期，其凍脹壓力會在這三個孔中得到一定程度的釋放，有效減少了凍脹壓力的影響。

4 變形控制措施分析

對施工區(qū)域的周圍的地層進行預(yù)加固處理，目前狀況下較常使用的預(yù)加固方法包含有超前錨桿、旋噴加固、超前管棚加固、攪拌樁加固、WSS注漿等。在本工程中，選擇攪拌樁加固的方法進行預(yù)加固處理，需要注意的是，在加固的過程中需要注意對地層加固的范圍進行有效的控制，務(wù)必使其對整個凍結(jié)區(qū)域進行覆蓋。WSS注漿是采用二重管后退式注漿加固止水，注漿材料選用無收縮的水泥—水玻璃雙液漿。通過加固使其含水量進行一定程度上的降低，從而進一步增加黏結(jié)力與水穩(wěn)定性。這樣一來，軟土就會成為水泥土，在強度上與整體性方面都得到了較大程度的提升。

對凍土的發(fā)展范圍進行科學合理的控制。在這一項目之中，聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工會對右線造成一定程度上的影響?；谶@一現(xiàn)實情況，需要在結(jié)構(gòu)周圍對溫度控制孔進行有效布置，并在此基礎(chǔ)之上充分結(jié)合凍結(jié)壁的發(fā)展狀況，對溫度控制孔內(nèi)的鹽水流量與溫度進行一定程度上的調(diào)整，從而進一步起到控制凍結(jié)帷幕發(fā)展并減小凍脹力的作用。

5 結(jié)語

文章主要針對地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固對既有線凍脹控制進行研究與分析。首先結(jié)合具體的項目工程對凍脹影響進行了一定程度的闡述，然后在此基礎(chǔ)之上從凍脹控制措施與變形控制措施兩個方面探究了凍結(jié)加固對既有線凍脹控制的作用。