某隧道管幕冻结止水帷幕施工技术

2014-06-07 13:07周先平
山西建筑 2014年17期
关键词:管幕冻土帷幕

周先平

(广东省南粤交通投资建设有限公司,广东广州 510101)

某隧道暗挖区长约255 m。暗挖区地表环境复杂,有某大楼、审查所等重点建筑物、构筑物及附属设施。暗挖段为该隧道重难点施工段,结构采用顶管及冻结帷幕的超前支护形式。顶管采用直径1 620 mm(壁厚不小于20 mm)管幕36根,由东侧暗挖区始发,西侧暗挖区接收,待顶管作业完成后进行分区域冻结形成止水帷幕,然后进行隧道结构的支护开挖及衬砌。目前理论研究与数值模拟研究尚无法准确考虑实际条件的各种因素,有必要通过现场试验管试验核实、验证、深化理论研究与数值模拟研究的结果。现场试验管试验研究旨在验证实际条件下各种冻结方案的可靠性与合理性,细化并初步确定冻结效果控制指标、冻结系统控制参数,并检验监测方法与监测系统合理性,同时检验冻结系统的合理性与可靠性,通过现场试验及时发现问题并提出解决方法。该施工方案主要研究多种冻结模式下的冻结方案、研究“管幕—冻土帷幕”复合结构抵御水土压力的能力、顶管之间冻土的封水能力等,确保冻结止水帷幕的安全可靠性。管幕冻结法动态控制技术与系统研究,此研究是应对冻土帷幕弱化,冻胀控制提出的具有灵活调节能力的冻结系统及工艺参数,以及相关控制系统的研究与开发[1-5]。

1 试验管及冻结管布置

试验管的数量为2根,一根为5号原位管,一根为异位试验管。5号原位管为填充混凝土的实管,异位试验管为空管,具体布置见图1。试验管直径:1 620 mm;试验管壁厚:20 mm;试验管长度:4 m/节;试验管材料:采用Q235BZ钢。

图1 试验管横断面布置图

根据冻结模式种类设计,试验分为15组。冻结区域需用15个顶管管节,每管节进行一组实验。15个管节共计60 m,可根据现场情况布置在缓和曲线段或圆曲线段(见图2)。

图2 试验区段划分图

冻结管是内设套管形式,外套管采用DN125钢管(125冻结管,下同),内管采用DN40钢管(40冻结管,下同)。冻结分“始终开启”和“起初开启,适时间歇”两种模式,区分处位于管节15和管节16处。异位管、加强管及限位管的内部构造及开启方法限于篇幅不再一一阐述。顶管管节的冻结管构造及运行方式如表1所示。

表1 顶管管节的冻结管构造及运行方式

2 监测系统

2.1 监测内容

试验管试验冻结监测包括如下内容(见表2):

1)盐水温度:实管内圆形冻结管盐水去回路温度;限位管盐水去回路温度;加强管各独立回路的去回路温度。

2)盐水流量和压力:实管内圆形冻结管盐水回路、限位管盐水回路、加强管盐水回路的盐水流量和冻结干管的盐水压力。

3)管幕温度场:实管、空管的内管壁温度;实管内混凝土和空管内空气温度分布。

4)土体温度场:重点反映实管、空管中线、管间中线及连线方向的温度分布。

5)空顶管管节接头处冻土温度:考察管节链接处的封水效果。

6)地层不均匀沉降:重点监测反映冻胀效应的地层变形、解冻引起的地层沉降、注浆对地层沉降的控制效果。

7)地层孔隙水压力:冻结施工过程中由于冻胀,将引起土体中孔隙水压力急剧变化,需要及时观测。

表2 冻结监测项目、仪器和目的

2.2 温度监测系统

温度监测采用数字温度传感器、“一线总线”温度自动监测系统。

此系统为某大学冻结监测室研发的冻结法远程监测系统,试验中用于监测冻土温度以及水在液氮冻结过程中的温度,该系统包括硬件和软件两部分。其中系统硬件包括传感器、一次仪表、数据采集模块、远距离数据传输模块、计算机、打印机等。此监测系统采用RS485总线外置分布式数据采集系统,采用LTM-8520隔离型RS232/485转换器,将RS485网络接口转换为计算机可以识别的RS232接口,采用LTM-8303智能型温度采集模块,并且数据采集模块与计算机通过RS485通讯,数据传输速率最大可达10 Mbps,传输距离最大可达1 200 m。

采用美国DALLAS公司出品的“1-wire Bus”(“一线总线”)数字温度传感器,用于冻土温度的测量。按照测点位置的需要,把若干个传感器装封在耐低温套装内特制成冻土测温电缆。根据测点的设计,把测温电缆置入测温孔中,测温电缆通过专用接口接入“一线总线”构成冻土测温网络。

本监测系统可在计算机界面上设置温度监测频率,还能观测不同测点的温度在时间和空间上的变化曲线、测点温度的实时变化值。此外,监测系统也具备数据的储存、各测点传感器的信息维护等功能。

2.3 力与变形监测系统

地层孔隙水压力、地层分层沉降等监测内容采用半自动或人工测读的监测系统。

3 施工方法和工艺流程

管幕间封水采用控制性冻结并结合局部注浆改良的施工方法。

主要施工顺序为:异型冻结管预制,试验管段测温孔预留→5号原位顶管和异位试验顶管顶进→测温管及注浆管钻孔施工,同时安装冻结制冷系统→安装冻结盐水系统和检测系统→局部注浆改良→积极冻结→控制冻结,分段停冻→完全停止冻结、强制解冻与融沉注浆。

4 结语

本试验完成之后取得的各种参数,在该隧道管幕冻结止水帷幕施工中起到了重要的作用,施工过程显示,冻结参数合理,施工质量与进度得到了保证,保障了施工的顺利进行。

[1]许延春.深部饱和黏土的力学性质特征[J].煤炭学报,2004(1):7-8.

[2]汪仁和,曹荣斌.双排管冻结下冻结壁温度场形成特征的数值分析[J].冰川冻土,2002(2):50-51.

[3]苑中显,叶 芳,陈 峰,等.人工土壤冻结过程的计算机模拟[J].工程热物理学报,2000(4):10-12.

[4]崔广心.论深厚表土层中确定地下结构物外载的基础理论——深土力学[J].煤炭学报,1999(2):100-101.

[5]崔广心.深土冻土力学——冻土力学发展的新领域[J].冰川冻土,1998(2):70-73.

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