復雜地層內地鐵聯絡通道凍結施工凍脹控制研究

馬埒

摘 要：復雜地層的凍結施工常常會遇到不同程度的凍脹問題。為了保證施工的順利完成，施工單位需要通過適宜的措施對工程中的凍脹問題進行合理控制。以某地鐵聯絡通道凍結工程為例，對復雜地層內地鐵聯絡通道凍結施工凍脹控制進行了分析和研究。

關鍵詞：復雜地層；地鐵聯絡通道；凍脹控制；設備監控

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.112

結合我國目前的復雜地層地鐵聯絡通道施工可知，應用凍結法施工之后，施工單位通常難以完成凍脹率的測定，且地層易出現凍脹過大的問題。針對這種情況，可以利用三維模擬、設備監控等方式，加強復雜地層內地鐵聯絡通道工程中的凍脹控制，將凍脹對工程施工現場凍結效果產生的影響控制在合理范圍內。

1 地鐵聯絡通道凍結工程概況

某地鐵隧道的內徑參數與外徑參數分別為5.5 m和6.2 m。該工程隧道左側與右側之間的間距參數為12 m，聯絡通道的標高參數為-23.52 m。該復雜地層內地鐵聯絡通道是由結構層和支護層構成的，其寬度參數及開挖輪廓高度參數分別為4.3 m和4.45 m。該地鐵聯絡通道的地層主要由圓礫層、粉質黏土、細砂等組成。

2 基于復雜地層的室內凍土試驗

在對該工程復雜地層進行凍土試驗時候發現，溫度參數對工程施工現場結果的影響較為明顯。這里將該復雜地層的溫度設置為-10 ℃。在其他條件不變的情況下，淤泥質粉質黏土在抗拉強度、抗壓強度這兩種參數方面的數值明顯低于圓礫、粉質黏土、粉礫等土層，這兩種參數分別為2.3 MPa、3.56 MPa。為了保證實驗的順利進行，這里在將上述兩種參數設置為凍土體實驗參數之后，將1.5 MPa作為凍土體的抗剪強度參數。與凍結法有關的條例中規定，III凍土實驗的安全標準為：抗剪、抗壓以及抗拉參數分別大于2.0 MPa、2.0 MPa、3.0 MPa。當上述參數高于實際凍土實驗參數時，實驗凍土體具有一定的風險，反之，則表明處于安全狀態。

3 凍結施工凍脹控制

主要從以下幾方面入手，對復雜地層內地鐵聯絡通道凍結施工的凍脹控制進行分析。

3.1 三維建模分析方面

為了防止復雜地層內地鐵聯絡通道凍結施工出現凍脹過大等問題，可以利用三維建模的方式對復雜地層的凍脹進行合理控制。就該地鐵聯絡通道凍結工程而言，三維建模分析主要包含以下幾個步驟。

3.1.1 建模步驟

就該工程而言，在總計為50 cm×20 cm×25 cm的三維模型中，基于六面體—八節點方式，對整個工程進行離散處理。三維模型將該工程劃分成104 151個小單元，為了保證分析結果的有效性，這里將《建筑地基基礎設計規范》作為參考依據，將該復雜地層內地鐵聯絡通道凍結工程的凍脹率參數下限值設定為1%，并將上限參數設定為6%.

3.1.2 參數設定步驟

該凍脹控制方法的凍脹率范圍為1%～6%.以4%凍脹率參數為實驗參數，對該參數狀態下工程施工現場凍土體受到的影響作用進行合理分析。三維建模分析結果表明，在4%凍脹率參數狀態下，地鐵聯絡通道的待開挖水平通道側面墻壁與主隧道之間的拉應力參數為0.264 MPa，該數據已經達到最大值水平。此時，該部位出現了較為明顯的應力集中現象，凍土體的拉應力參數多為0.42 MPa。就工程的豎向形變方面而言，在凍土施工過程中，為了便于分析，將正方向規定為豎直向上方向，在4%的凍脹率參數下，復雜地層內主隧道拱底位置的變形量參數為12.8 m，隧道部分的變形量最大值為22.1 m（并未考慮負值）。

3.2 設備監控方面

除了三維建模模擬分析方法之外，復雜地層內地鐵聯絡通道凍結施工的凍脹控制工作還可以通過設備監控的方式完成。就該工程而言，將監控對象設置為：暗挖過程各個階段的地鐵主隧道豎向變形、凍結以及成孔。為了保證地鐵主隧道部分監控數據的真實性，將聯絡通道中心線作為軸線，按照對稱的方式進行各個設備監控測點的布設。在該工程中，兩個相鄰測點之間的間距處于2.4～4.8 m范圍內。

監測一段時間后可以發現，在復雜地層凍結過程中，暗挖階段中距離地鐵聯絡通道最近位置的主隧道豎向變形增量參數的最大值為4.88 m。凍結過程中，距離地鐵聯絡通道最近位置的主隧道豎向變形增量參數的最大值為7.5 m。相比之下，凍結過程地鐵聯絡通道附近測點所得豎向位移參數高于暗挖階段的該參數。在整個監測過程中，這兩個部分的差值最大值為2.62 m。

基于上述情況，可以將該復雜地層的豎向變形實測值計算出該工程凍土體的實際凍脹率范圍處于1%～2%之間，該范圍低于臨界凍脹率參數。

4 結束語

為了保證復雜地層內地鐵聯絡通道凍結施工的順利完成，以某地鐵工程為例，利用三維模擬分析、設備監控分析這兩種方法，對凍結階段的凍脹變化、凍脹對凍土體的影響進行了分析。分析結果表明，該工程的凍脹率范圍應該為1%～2%（安全范圍）。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕