摘要：进行地铁联络通道的施工时，对冻结壁的强度与稳定性进行确定，对工程的施工安全可以有效的进行保证，还能有效的提升工程的经济效益。冻结壁的变形过程，除了要根据其外载、土性、温度、厚度等因素的影响，还与其冻结管的整体变形能力相关，其冻结壁的支护能力对其也有具有一定的影响。在进行人工的冻结工程实践过程中，可以发现冻结的粘土，其强度较低，变形较大。所以在进行工程施工过程中，我们对一些深部的粘土层，其冻结壁的允许变形过程，进行有效的控制。
关键词：冻结法；联络通道；冻结加固
我们的城市规模的不断增加，使得城市人口呈现爆涨的趋势 ，导致了城市空间的不足，承着城市人口出行空间的减少，交通运输量的增加，国家开始大力兴建公共交通网络，增加城市人口的交通运输能力，现在我国各大城市正在兴建隧道工程。并且在其中不断的探索新技术与新方法，隧道的建设不仅可以增加城市的生存空间，还能大大缓解交通压力，是现在城市交通发展的重要建设手段，为了有效的提升工程施工的安全，提升工程的经济效益，冻结法是现在比较安全有效的隧道工程施工方式之一。
1、强化冻结，提高冻结壁自身强度
对于有深部钻土层的情况。通常通过合理的冷冻孔布置，降低盐水温度，增加冷却效果，提高冻壁本身的强度。在这种情况下，冻结过程被分为正冻-形成的开挖条件;加强冻土-冻深粘土以保证其安全;保持冻土-在粘土层的冷冻墙厚，通过适当加大冻结孔布置圈径，一方面可以使冻结管离开挖边线远一些，以减小通道位移对冻结管弯曲变形的影响。提高冻结管的安全性；另一方面因为在冻结时间较长的情况下，冻结壁向外扩展的最大厚度基本是一定的（一般在2m左右），冻结壁的有效厚度主要取决于冻结管与通道边线的距离，并且冻结孔布置圈内侧的冻结壁温度比外侧的要容易降低，所以可以显著增大冻结壁的有效厚度和降低冻结壁的平均温度。这样，在短段倔砌施上中，冻结壁整体有很强的约束条件，变形大大减少，甚至不提前，冻结壁的变形主要取决于时间的大小。
1.1强化冻结的实质
1）我们通过对冰结壁的厚度进行增加，以降低结壁的温度平均值，对冻结壁的强度进行整体的提升。
2）将冻土进行扩展使其更多的进入荒径，对冻结壁的支撑下部条件进行改善。
1.2强化冻结的效果
1）当冻结壁外于一种弹性状态下时， 其弹粘性处于弹性状态，减小其变形量，提高其稳定性。
2）施工中的超挖与欠挖量均易控制在《井巷施工与验收规范》规定的范围内。
3）减小外层冻结壁受到的变形压力。
4）减小冻结管的变形。
2、优化开挖工艺及初期支护
2.1控制步距和开挖面暴露时间
开挖步距越大，墙的变形很大，但可以给施工带来一定的方便。冻结壁是流动的变形，暴露时间越长，变形越大。因此，应保证冻结壁与冻结管的安全。根据土、地压、冻结壁的强度和挖掘速度，合理确定了断面步距，尽量减少冻结壁的暴露时间。
2.2采用合理的通道结构和合适的结构材料
墙与墙之间的相互作用规律类似于支架和周围的岩石之间的相互作用。在冻结壁粘塑性变形的情况下，支护结构压力变大。太迟支撑，冻结壁变形过大，冻结管变形过大，易断管。在我国混凝土外墙的施工中，经常在混凝土中使用增加早期强度的外加剂，提高混凝土的入模温度等方法来提高混凝土的早期强度和养护温度，并在外壁与冻结壁间铺泡沫塑料板来减缓冻结压力。并起隔热、隔水和保温作用。
2.3提高冻结管（接头）的变形能力
所有冻结管的抗弯刚度之和与冻结壁的抗弯刚度相比极小，冻结管的变形主要取决于冻结壁的变形，因此提高冻结管的强度与壁厚是无益的。目前冻结管断裂一般发生在接头部分（管体断开，管体螺纹纵向拉开，螺纹脱扣拉开，接头焊缝处断开）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接头的强度低于管体，接头部位存在因连接而产生的残余应力，而且接头部位有应力集中现象，因此管接头是冻结管的薄弱环节。研究表明，内衬管接头比外接箍冻结管接头的变形能力提高一倍，在冻结管产生严重塑性变形时才会破坏，而外箍接头在弹性变形阶段即破坏。另外采用低温塑性好的普通无缝钢管可使冻结管的整体变形能力提高，能满足冻结凿井需要。
2.4加强掘砌与冻结的配合
加强冻结施工单位与掘砌施工单位的配合，根据冻结情况决定掘砌速度，根据掘砌情况调整盐水温度和供冷量，保证掘进工作面处的冻结壁强度与稳定性能达到安全要求，同时又不浪费冷量。
3、数值分析模型的建立
3.1概况说明
据对称性，建立1/4模型，在对称界面约束其法向位移。模型范围内主盾构隧道、联络通道及泵房的初支和二衬结构、连接段的喇叭口均按设计图纸具体细部尺寸考虑。河床以上静水压力以附加面荷载施加，承压水头也以附加面荷载作用在承压含水层顶板和底板界面处。为弱化边界效应，模型横向自主盾构隧道向外延展2.5倍隧道直径，纵向自冻结壁向外延展3倍冻土帷幕半宽，竖向自承压含水层底板向下延展5m，总的模型尺寸为25m×20m×50m。采用空间8节点六面体单元进行离散，共划分104151个单元。
3.2计算参数
据室内热物理力学性质试验结果，并参考类似地层冻结工程实测反馈数据，冻土参数选取如下：⑥2、⑧2淤泥质粉质黏土弹性模量90MPa，泊松比0.25；⑨1a粉质黏土弹性模量120MPa，泊松比0.22；瑏瑢2细砂层、瑏瑢4圆砾层弹性模量150MPa，泊松比0.20。考虑到冻土体积膨胀率与土层类别、天然含水量、水分补给条件、初始应力、周边结构约束和冻结参数等众多因素相关，分别选取1%、2%、4%、6%进行比较计算。施工过程中可通过监测数据（主要是变形），对比数值分析结果，反馈实际的冻胀率，以此为条件获得其他方面的信息。为表达方便，后续分析如无说明，一般为4%冻胀率条件的计算结果。
3.3计算流程及模拟手段
根据实际施工过程，按以下流程进行分阶段模拟：
（1）计算初始地应力场；
（2）对预定冻结范围实施冻结，改变承压水作用边界；
（3）打开管片，开挖联络通道，刷大喇叭口，同步施作初期支护；
（4）施作联络通道范围内衬砌，继续向下开挖泵房，同步施作初期支护；
（5）施作泵房范围内衬砌；对冻结体升温，并考虑融沉补偿注浆。
初始地应力场生成按重力加载完成，并通过回代同步生成的初应力文件消除初始位移。冻结施工以热应力间接耦合方法模拟。计算分两步实施：首先进行稳态热分析，即指定模型边界和冻结管周边的温度边界条件及模型中各部分的导热系数，获得维护冻结工况下的地层温度分布；随后转入结构分析，按照预先定义的不同温度条件下各材料参数，进行热应力分析，得到由于冻结而产生的附加位移场和应力场。多步开挖与结构施作过程的实施利用有限元中单元生死技术。融沉的计算同样依靠热应力间接耦合方法。实际施工中，随着解冻的过程会同步辅以注浆以补偿由于冻土融化而产生的体积收缩，为考虑不同的注浆实施效果，以不同的最终体积收缩率来模拟，即通过控制最终的升温幅度，等效地实现这一过程。
4、结束语
冻结法具有加固体均匀、强度高、封水效果好、地层适应性强、环境污染小等特点，近年来在城市轨道交通联络通道及端头井进出洞加固工程中得到了广泛应用。研究采用冻结法对通道地层进行加固，可避免因管线改迁而导致的工期的延误及对城市居民生活的影响，具有很好的应用价值。
参考文献
[1]郝润霞，刘欣宇.冻结法联络通道施工对隧道的影响分析［J］.四川建筑科学研究，2017（2）
[2]邵国鑫.宁波软土层地铁盾构隧道联络通道的冻结法设计与施工［J］.工业建筑，2016（11）
[3]陈向科,何雨保,王祎. 南京地铁联络通道顶进法施工技术应用[J]上海隧道工程股份有限公司:,2015:6.
论文作者:郑力嘉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：通道论文; 冻土论文; 强度论文; 隧道论文; 温度论文; 工程论文; 模型论文; 《工程管理前沿》2019年第14期论文;