地鐵聯絡通道凍結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間的聯絡通道作為研究對象，對其地鐵聯絡通道凍脹影響進行研究與分析。首先，對地鐵聯通通道所在地點的地質環境進行了勘察，并結合相關資料，發現此聯通通道所處的地點的土質類型主要包含有粉質黏土、粉土、粉細砂層，其中，粉土與粉質黏土結構在一定程度上表現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，其特性表現為飽和且相對密集，屬于中等壓縮性土的范疇內。從位置結構上來看，本地鐵項目的聯絡通道位于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，并造成右線隧道聯絡通道附近管片有一定的破損。經過討論與分析，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絡通道附近的管片進行加固，然后對每環管片背后注漿加強，在對聯絡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方法，本項目采用的是水平凍結法以及WSS注漿，并在此基礎之上對土體進行一定程度的加固操作。

2 凍脹對結構的影響分析

2.1 分析方法

在受到熱脹冷縮的影響之下，當材料的溫度發生變化時，材料的體積也會隨之發生一定程度的變化，進而產生熱應變，但是如果在這一過程之中對其施加一定的限制，熱應變難以自由發展便會產生一定的熱應力。凍脹土與其存在較大的相似之處；如果土層的溫度發生一定程度的降低，在這一環境之下水會凍結使得體積增大，進而對凍脹土的應變造成相應的影響。基于這一情況，將土體的凍脹率用土體的熱膨脹率進行一定程度的表示，并在此基礎之上通過結構溫應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構的影響

在沒有對隧道采取相應的加固措施時，根據模擬計算得出左線隧道的第一主應力最大值為5.88 MPa，這一應力的出現位置主要是在管片左側的外邊緣位置之上；且其第三主應力的最小值為7.74 MPa，出現的位置則在管片左側的內邊緣，這樣一來，混凝土管片難以承受這一拉應力，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，其第一主應力最大值為10.27 MPa，第三主應力最小值則為17.19 MPa，兩者都存在著相對較大的壓應力，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構的影響

在對地層采取一定的加固措施之后，結構的應力出現了較為明顯的下降，主要表現為：首先，左線隧道的第一主應力最大值為2.26 MPa，這一應力出現的位置主要是在混凝土管片左側的外邊緣，而其第三主應力最小值為3.09 MPa，出現的位置是在左側的內邊緣，有這一結果，可以得出因凍脹所引起的最大拉應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，其第一主應力最大值為4.05 MPa，第三主應力的最小值為6.86 MPa，由此可見，其最大拉應力也是高于混凝土的抗拉強度。

2.4 對比分析結果

通過對未加固情況下與加固情況下凍脹對于結構的影響結果進行一定程度上的對比分析，可以得出如下結論：（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，就能夠對凍脹效應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構進行合理的變形。

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置，從而起到控制凍脹的作用；（2）對土層性質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）轉變原先的封閉式凍結，使其轉變成開放凍結，進而對凍脹進行有效的控制；（4）通過設置凍結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勢。

對于設置泄壓孔控制凍脹的方法而言，泄壓孔的設置點主要是凍土帷幕附近，再將泥水注入設置好的泄壓孔之中，這樣一來，就能夠對結構上的凍結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，這一做法在凍結法施工中應用較為廣泛。

而對于轉變封閉式凍結為開放式凍結的方法而言，其原理主要如下：對其中一部分凍結孔的凍結順序進行一定程度上的改變，這樣一來，其中部分的凍結孔會滯后凍結，在這種情況之下，當其他大部分凍結孔凍土交圈時期，凍脹壓力能夠得當釋放，因此聯絡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，對其中三個凍結孔進行滯后凍結操作，延遲天數定為一周，當其他的凍結孔凍土交圈時期，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

對施工區域的周圍的地層進行預加固處理，目前狀況下較常使用的預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，務必使其對整個凍結區域進行覆蓋。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力與水穩定性。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。

對凍土的發展范圍進行科學合理的控制。在這一項目之中，聯絡通道凍結法施工會對右線造成一定程度上的影響。基于這一現實情況，需要在結構周圍對溫度控制孔進行有效布置，并在此基礎之上充分結合凍結壁的發展狀況，對溫度控制孔內的鹽水流量與溫度進行一定程度上的調整，從而進一步起到控制凍結帷幕發展并減小凍脹力的作用。

5 結語

文章主要針對地鐵聯絡通道凍結加固對既有線凍脹控制進行研究與分析。首先結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加固對既有線凍脹控制的作用。