復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工凍脹控制研究

馬埒

摘 要：復(fù)雜地層的凍結(jié)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(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程為例，對復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工凍脹控制進行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；地鐵聯(lián)絡(luò)通道；凍脹控制；設(shè)備監(jiān)控

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

結(jié)合我國目前的復(fù)雜地層地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工可知，應(yīng)用凍結(jié)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(xiàn)凍脹過大的問題。針對這種情況，可以利用三維模擬、設(shè)備監(jiān)控等方式，加強復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道工程中的凍脹控制，將凍脹對工程施工現(xiàn)場凍結(jié)效果產(chǎn)生的影響控制在合理范圍內(nèi)。

1 地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程概況

某地鐵隧道的內(nèi)徑參數(shù)與外徑參數(shù)分別為5.5 m和6.2 m。該工程隧道左側(cè)與右側(cè)之間的間距參數(shù)為12 m，聯(lián)絡(luò)通道的標高參數(shù)為-23.52 m。該復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道是由結(jié)構(gòu)層和支護層構(gòu)成的，其寬度參數(shù)及開挖輪廓高度參數(shù)分別為4.3 m和4.45 m。該地鐵聯(lián)絡(luò)通道的地層主要由圓礫層、粉質(zhì)黏土、細砂等組成。

2 基于復(fù)雜地層的室內(nèi)凍土試驗

在對該工程復(fù)雜地層進行凍土試驗時候發(fā)現(xiàn)，溫度參數(shù)對工程施工現(xiàn)場結(jié)果的影響較為明顯。這里將該復(fù)雜地層的溫度設(shè)置為-10 ℃。在其他條件不變的情況下，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土在抗拉強度、抗壓強度這兩種參數(shù)方面的數(shù)值明顯低于圓礫、粉質(zhì)黏土、粉礫等土層，這兩種參數(shù)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(shù)設(shè)置為凍土體實驗參數(shù)之后，將1.5 MPa作為凍土體的抗剪強度參數(shù)。與凍結(jié)法有關(guān)的條例中規(guī)定，III凍土實驗的安全標準為：抗剪、抗壓以及抗拉參數(shù)分別大于2.0 MPa、2.0 MPa、3.0 MPa。當(dāng)上述參數(shù)高于實際凍土實驗參數(shù)時，實驗凍土體具有一定的風(fēng)險，反之，則表明處于安全狀態(tài)。

3 凍結(jié)施工凍脹控制

主要從以下幾方面入手，對復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)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(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工出現(xiàn)凍脹過大等問題，可以利用三維建模的方式對復(fù)雜地層的凍脹進行合理控制。就該地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)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(jié)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(jié)果的有效性，這里將《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》作為參考依據(jù)，將該復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程的凍脹率參數(shù)下限值設(shè)定為1%，并將上限參數(shù)設(shè)定為6%.

3.1.2 參數(shù)設(shè)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(shù)為實驗參數(shù)，對該參數(shù)狀態(tài)下工程施工現(xiàn)場凍土體受到的影響作用進行合理分析。三維建模分析結(jié)果表明，在4%凍脹率參數(shù)狀態(tài)下，地鐵聯(lián)絡(luò)通道的待開挖水平通道側(cè)面墻壁與主隧道之間的拉應(yīng)力參數(shù)為0.264 MPa，該數(shù)據(jù)已經(jīng)達到最大值水平。此時，該部位出現(xiàn)了較為明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，凍土體的拉應(yīng)力參數(shù)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(guī)定為豎直向上方向，在4%的凍脹率參數(shù)下，復(fù)雜地層內(nèi)主隧道拱底位置的變形量參數(shù)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(shè)備監(jiān)控方面

除了三維建模模擬分析方法之外，復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工的凍脹控制工作還可以通過設(shè)備監(jiān)控的方式完成。就該工程而言，將監(jiān)控對象設(shè)置為：暗挖過程各個階段的地鐵主隧道豎向變形、凍結(jié)以及成孔。為了保證地鐵主隧道部分監(jiān)控數(shù)據(jù)的真實性，將聯(lián)絡(luò)通道中心線作為軸線，按照對稱的方式進行各個設(shè)備監(jiān)控測點的布設(shè)。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(nèi)。

監(jiān)測一段時間后可以發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜地層凍結(jié)過程中，暗挖階段中距離地鐵聯(lián)絡(luò)通道最近位置的主隧道豎向變形增量參數(shù)的最大值為4.88 m。凍結(jié)過程中，距離地鐵聯(lián)絡(luò)通道最近位置的主隧道豎向變形增量參數(shù)的最大值為7.5 m。相比之下，凍結(jié)過程地鐵聯(lián)絡(luò)通道附近測點所得豎向位移參數(shù)高于暗挖階段的該參數(shù)。在整個監(jiān)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(fù)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(shù)。

4 結(jié)束語

為了保證復(fù)雜地層內(nèi)地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工的順利完成，以某地鐵工程為例，利用三維模擬分析、設(shè)備監(jiān)控分析這兩種方法，對凍結(jié)階段的凍脹變化、凍脹對凍土體的影響進行了分析。分析結(jié)果表明，該工程的凍脹率范圍應(yīng)該為1%～2%（安全范圍）。

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〔編輯：張思楠〕