冻结法加固地层在地铁联络通道施工中的应用研究_开题报告

随着社会经济的不断发展，中国城市规模和人口都在不断的扩大，城市交通面临严峻的考验。开发地下空间已经成为人类扩大生存空间的重要手段和发展趋势。“21世纪是人类开发利用地下空间的世纪”（《东京宣言》）。城市轨道交通因其运量大、速度快、延误少、低能耗、少污染、乘坐舒适方便等优点，被世界许多大型城市广泛采用，城市地下工程施工进入了高峰期，但地铁工程建设中的风险形式严峻。如在上海、杭州、广州等软土地层城市地铁建设中，地铁隧道所处地层松软且富含水、稳定性较差。隧道施工会引起地层扰动，从而引起地表沉降，使地面构筑物、管线产生不均匀沉降。两平行隧道连接的联络通道施工更是整个区间隧道施工的重大风险源。复杂的施工环境使一些大型的设备往往束手无策，采用三轴搅拌旋喷桩、钻孔灌注桩、SMW工法桩等水泥系加固工法，需要在地面占用较大的施工场地，加固效果也不是特别理想。也会遇到房屋征迁、管线迁移，交通管制等一系列问题。

采用水平冻结加固工法，可以使联络通道范围内土体具有较高的强度，形成冻结帷幕，能达到与外界完全封水的效果。能适用于流砂、大深度、高水压等复杂地质环境。即可不影响城市的正常生活与生产活动，又可带来显著的社会经济效益，特别适用于大城市软土地层施工。

二、冻结法加固技术在国内外的发展概况

1862年英国南威尔士在建筑基础施工中，首先使用了冻结法加固地层。1880年，德国工程师F.H. Poetch首先提出人工冻结法原理并获专利，1883年，德国阿尔巴里煤矿成功地采用冻结法开凿了深度为103米的井筒。之后，冻结法加固技术传播到世界上许多国家。1933年，苏联在工程师特鲁巴克领导下，在莫斯科地铁1号线成功使用人工地层冻结法修建三个地铁站的扶梯斜隧道以及若干隧道工作井。1942年，巴西运用冻结法修正一座26层高楼的不均匀沉降。1955年，中国煤矿首次采用冻结法开凿了滦林西分丼。该井筒净直径5米，冻结深度105米。此后，冻结法凿井技术在全国得到推广应用，成为东、西部地区煤矿井筒穿过冲击层、软弱地层含水层时的主要施工工法。2011年开工的甘肃省核桃峪矿副立丼，净直径9米，冻结深度950米，超过英国冻结深度930米的世界纪录。

目前，冻结法已广泛用于煤矿建设、隧道修复、地铁隧道联络通道施工以及盾构进出洞和盾尾刷更换、深基坑围护、工程抢险和环境保护等领域。冻结法加固技术也在不停地发展与完善，越来越多的案例获得成功。琼州海峡隧道大盾构对接地层加固冻结。上海轨道交通4号线董家渡坍塌隧道冻结修复。上海长江隧道盾构长距离推进盾尾密封钢丝刷磨损后冻结更换。苏州3号线东方之门站盾构下穿运营的地铁1号线隧道冻结工程。上海地铁16号线华夏中路车站基坑局部冻结暗挖构筑。港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段采用“管幕冻结法”，成功完成隧道贯通，突破了世界级难题，中国的冻结法加固技术已跨入世界先进行列。

三、冻结法施工技术简介

人工地层冻结技术通常利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象来完成的。制冷主要有两种类型。一种是直接制冷，以液氮冻结为代表的制冷剂气化吸收岩土热量；另一种是间接制冷，以盐水冻结为代表的通过冷媒剂吸收岩土热量。两种制冷方式各有优缺点。液氮冻结可提供零下196℃低温。冻土温度低，，冻结速度快，强度高。但是适用性不如盐水冻结范围广，可控性较差。存在冻伤，缺氧窒息等安全风险。本文主要讨论盐水冻结加固地层技术在地铁联络通道施工中的应用研究。

盐水冻结分为三大循环系统。1、制冷剂循环（氟利昂或氨）循环，气态制冷剂经压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却，形成高压液态，经节流阀流入蒸发器，液态制冷剂在蒸发器中吸收盐水热量气化变成气态制冷剂；2、冷媒（盐水）循环，盐水吸收地层热量，然后将热量传递给蒸发器中的液态制冷剂；3、冷却水循环，冷却水在冷凝器中吸收制冷剂热量，并通过冷却塔散发给大气。

冻结法加固联络通道地层的基本原理为：在隧道内“水平孔冻结加固土体、矿山法开挖构筑结构”。即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及泵房外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻土中采用矿山法进行联络通道的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。

冻结法加固地铁联络通道地层作为一种重要的辅助工法，已越来越被设计和施工单位所重视。通过工程实例，研究冷冻法加固地层在地铁联络通道施工中的的一些注意事项，为今后类似工程提供一定程度上的借鉴。

三、^范文提纲

    1  绪论

2  冻结法加固联络通道地层设计

2.1 工程概况

2.2 冻结壁设计

2.3 制冷系统设计

3  冻结加固施工

3.1 钻孔施工

3.1.1冻结孔布置

3.1.2 测温孔、卸压孔布置

3.2 冻结制冷施工

4. 冻结法的施工技术重难点

4.1 冻结孔终孔间距控制

4.2 钻孔施工风险控制

4.3 冻结壁不交圈对策

4.4 冻土融沉与地表沉降控制

5  冻结效果分析

5.1 冻结运转监测情况

5.1.1 盐水温度监测

5.1.2 测温孔温度监测

5.1.3 冻胀监测

5.1.4 探孔、探窗观察

5.2 冻结壁厚度计算

5.3 冻结壁平均温度计算

6  结语 

四、参考文献

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