淺談如何計算盾構始發過程中的冷凍法止水帷幕

摘 要:盾構始發采用冷凍法進行土地加固優于高壓旋噴樁的加固工藝，但其中對于冷凍法止水帷幕的計算就更加重要，從而保證施工順利與最終的止水效果。從冷凍法止水帷幕的原理著手，對冷凍法施工止水帷幕的計算進行介紹，并對施工中的運用要點進行提示。

關鍵詞:盾構 冷凍法 原理 計算

中圖分類號:TB47文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0109-01

1 冷凍法止水帷幕原理

運用冷凍法對土體進行加固，是利用鹽水在凍結管內的循環，降低周邊地下水的溫度，達到土體的凍結，形成凍結帷幕，達到止水效果。

2 冷凍法施工止水帷幕的計算

2.1 荷載計算

盾構始發洞口采取板狀凍結方式加固。凍結加固體在盾構始發破壁時起到抵御水土壓力，防止土層塌落和泥水涌入工作井。該始發洞口凍結加固體，其承受的荷載，為安全起見計算模型采用最深處16.455m處的土壓荷載，如此工況計算滿足設計要求，則其他工況均應滿足，計算模型如圖1所示。

應用重液理論計算水土壓力，其始發口的水土壓力為:P＝0.013H

式中:P——計算點的水土壓力(Mpa);H——計算點深度(m)。

以洞門的下部底緣處為荷載計算點，則深度為16.455m。則計算得到水土壓力為:

P≈0.214MPa

說明:水土壓力也可按照朗金土壓力理論計算，因物理力學指標不全面，在設計計算時按重液理論進行計算，該理論是一種常用的安全計算方法。凍土平均溫度為-10℃，凍土抗拉強度σ拉=1.8MPa，凍土抗剪強度σ剪=1.6MPa。

2.2 凍結加固體厚度計算

假定加固體為整體板塊而承受水土壓力，運用日本計算理論計算加固體的厚度，計算得凍土墻厚度為1.55m(如表1）。

2.3 加固體尺寸確定

根據以前施工的盾構始發凍結加固施工經驗，為安全起見，加固體厚度取3.0m。凍土與槽壁膠結長度應超過洞口范圍3.0m。

(1)剪切驗算加固體厚度

沿工作井開洞口周邊驗算加固體剪切應力(如表2)。

(2)運用我國建筑結構靜力計算理論公式進行驗算

圓板中心所受最大彎曲應力計算公式為

經過驗算，凍結壁厚度取3.0m時，滿足設計要求。

2.4 需冷量和冷凍機選型

凍結需冷量計算:Q=1.2·π·d·H·K

式中:H—凍結總長度;d—凍結管直徑;K—凍結管散熱系數;

將上述參數代入公式得:Q=1.2·π·d·H·K=5.69×104kcal/h根據計算結果確定合理冷凍機組進行冷凍。

4 結語

冷凍法施工同樣存在一定的風險，計算冷凍施工的參數應根據施工現場的情況進行確定，施工中控制冷凍的時間，是保證冷凍止水帷幕的有力形成的有利條件，才能達到有效止水效果。