复杂地层内地铁联络通道冻结施工冻胀控制研究

马埒

摘 要：复杂地层的冻结施工常常会遇到不同程度的冻胀问题。为了保证施工的顺利完成，施工單位需要通过适宜的措施对工程中的冻胀问题进行合理控制。以某地铁联络通道冻结工程为例，对复杂地层内地铁联络通道冻结施工冻胀控制进行了分析和研究。

关键词：复杂地层；地铁联络通道；冻胀控制；设备监控

中图分类号：U231.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.112

结合我国目前的复杂地层地铁联络通道施工可知，应用冻结法施工之后，施工单位通常难以完成冻胀率的测定，且地层易出现冻胀过大的问题。针对这种情况，可以利用三维模拟、设备监控等方式，加强复杂地层内地铁联络通道工程中的冻胀控制，将冻胀对工程施工现场冻结效果产生的影响控制在合理范围内。

1 地铁联络通道冻结工程概况

某地铁隧道的内径参数与外径参数分别为5.5 m和6.2 m。该工程隧道左侧与右侧之间的间距参数为12 m，联络通道的标高参数为-23.52 m。该复杂地层内地铁联络通道是由结构层和支护层构成的，其宽度参数及开挖轮廓高度参数分别为4.3 m和4.45 m。该地铁联络通道的地层主要由圆砾层、粉质黏土、细砂等组成。

2 基于复杂地层的室内冻土试验

在对该工程复杂地层进行冻土试验时候发现，温度参数对工程施工现场结果的影响较为明显。这里将该复杂地层的温度设置为-10 ℃。在其他条件不变的情况下，淤泥质粉质黏土在抗拉强度、抗压强度这两种参数方面的数值明显低于圆砾、粉质黏土、粉砾等土层，这两种参数分别为2.3 MPa、3.56 MPa。为了保证实验的顺利进行，这里在将上述两种参数设置为冻土体实验参数之后，将1.5 MPa作为冻土体的抗剪强度参数。与冻结法有关的条例中规定，III冻土实验的安全标准为：抗剪、抗压以及抗拉参数分别大于2.0 MPa、2.0 MPa、3.0 MPa。当上述参数高于实际冻土实验参数时，实验冻土体具有一定的风险，反之，则表明处于安全状态。

3 冻结施工冻胀控制

主要从以下几方面入手，对复杂地层内地铁联络通道冻结施工的冻胀控制进行分析。

3.1 三维建模分析方面

为了防止复杂地层内地铁联络通道冻结施工出现冻胀过大等问题，可以利用三维建模的方式对复杂地层的冻胀进行合理控制。就该地铁联络通道冻结工程而言，三维建模分析主要包含以下几个步骤。

3.1.1 建模步骤

就该工程而言，在总计为50 cm×20 cm×25 cm的三维模型中，基于六面体—八节点方式，对整个工程进行离散处理。三维模型将该工程划分成104 151个小单元，为了保证分析结果的有效性，这里将《建筑地基基础设计规范》作为参考依据，将该复杂地层内地铁联络通道冻结工程的冻胀率参数下限值设定为1%，并将上限参数设定为6%.

3.1.2 参数设定步骤

该冻胀控制方法的冻胀率范围为1%～6%.以4%冻胀率参数为实验参数，对该参数状态下工程施工现场冻土体受到的影响作用进行合理分析。三维建模分析结果表明，在4%冻胀率参数状态下，地铁联络通道的待开挖水平通道侧面墙壁与主隧道之间的拉应力参数为0.264 MPa，该数据已经达到最大值水平。此时，该部位出现了较为明显的应力集中现象，冻土体的拉应力参数多为0.42 MPa。就工程的竖向形变方面而言，在冻土施工过程中，为了便于分析，将正方向规定为竖直向上方向，在4%的冻胀率参数下，复杂地层内主隧道拱底位置的变形量参数为12.8 m，隧道部分的变形量最大值为22.1 m（并未考虑负值）。

3.2 设备监控方面

除了三维建模模拟分析方法之外，复杂地层内地铁联络通道冻结施工的冻胀控制工作还可以通过设备监控的方式完成。就该工程而言，将监控对象设置为：暗挖过程各个阶段的地铁主隧道竖向变形、冻结以及成孔。为了保证地铁主隧道部分监控数据的真实性，将联络通道中心线作为轴线，按照对称的方式进行各个设备监控测点的布设。在该工程中，两个相邻测点之间的间距处于2.4～4.8 m范围内。

监测一段时间后可以发现，在复杂地层冻结过程中，暗挖阶段中距离地铁联络通道最近位置的主隧道竖向变形增量参数的最大值为4.88 m。冻结过程中，距离地铁联络通道最近位置的主隧道竖向变形增量参数的最大值为7.5 m。相比之下，冻结过程地铁联络通道附近测点所得竖向位移参数高于暗挖阶段的该参数。在整个监测过程中，这两个部分的差值最大值为2.62 m。

基于上述情况，可以将该复杂地层的竖向变形实测值计算出该工程冻土体的实际冻胀率范围处于1%～2%之间，该范围低于临界冻胀率参数。

4 结束语

为了保证复杂地层内地铁联络通道冻结施工的顺利完成，以某地铁工程为例，利用三维模拟分析、设备监控分析这两种方法，对冻结阶段的冻胀变化、冻胀对冻土体的影响进行了分析。分析结果表明，该工程的冻胀率范围应该为1%～2%（安全范围）。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕