浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法与流程

本发明涉及冻结施工技术领域。具体地说是浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法。

背景技术：

目前，浅覆土结构即浅埋结构，根据王梦恕院士多年来的工程实践和理论研究，对地下工程结构深埋、浅埋以及超浅埋的界定提出了覆跨比的概念，即覆土厚度与结构跨度的比值，并定义单线或双线铁路隧道洞顶埋深小于：vi级围岩35m～40m，v级围岩18m～25m，iv级围岩10m～14m，iii级围岩5m～7m时，为浅埋隧道；对于城市地铁，覆跨比h/d小于0.6时定义为超浅覆土结构，覆跨比h/d介于0.6～1.5时定义为浅覆土结构，覆跨比h/d大于1.5时定义为深覆土结构。

在市政地下工程中，浅覆土地下结构常见，如地铁车站出入口、过街地下通道，浅埋地下隧道等。而且浅埋通道(隧道)上部地下管线众多，大多位于繁华的交通道路下，若采用明挖施工对地面交通影响较大，若采用机械法施工，如顶管、盾构，则存在进出洞问题，经常引起地表较大沉降；浅埋隧道位于富水土层中，水泥系加固效果又不好。而冻结法对复杂的环境条件和水文条件适应性强，可以采用冻结法加固矿山法暗挖，解决这个疑难问题。

冻结法在发挥其积极作用的同时，也会对周围环境产生不同程度的负面影响，即土体冻胀效应。冻结环境效应引起的地表隆起如图4所示。

对于深埋隧道冻结法施工中的冻胀问题，一般对地面及管线影响相对较小，采取传统的相对单一的控制冻胀的措施往往可以达到效果。但对于浅覆土(小于6m)冻结法施工中，采用传统的冻结方式及控制冻胀的措施会对地下管线、地面及建筑物产生较大的影响，冻胀难以控制，因冻胀引起的地表隆起往往超过100mm。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于解决浅覆土冻结法施工中冻胀控制的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，包括如下步骤：

(a)地下管线的沉降监测：对地下管线进行布点，冻结施工期间监测管线沉降变化；

(b)盐水进回水的温度监测：在盐水干管的进回水管路上安装温度测点，监测进回水盐水的温度变化；

(c)布设测温孔：在冻结壁靠近设计边界外边缘上，采用钻进的方法钻进测温孔，并布设温度测点；

(d)布设热限孔：在靠近冻结壁设计边界外边缘的上均匀布置热限孔，适时开启，控制冻结壁的边界及冻结壁的厚度；

(e)地表沉降监测：在地表布置沉降监测点，冻结施工期间对地表沉降进行监测；

(f)布设泄压孔：在冻结壁以外非冻土区域采用钻进的方式成孔，即为泄压孔，在泄压孔内安装花管进行泄压；

当管线隆起日变化量连续x天超ymm/d，立即提高热限孔盐水温度至t1℃，减缓冻结；通过测温孔监测冻结壁上边界温度变化，当冻结壁上边界测温孔温度降至t2℃以下，通过热限孔进行人工强制解冻；当地面出现隆起zmm，立刻打开泄压孔内的花管的阀门，并使用清水冲洗泄压孔，保持泄压孔畅通。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，步骤(d)中的热限孔内和步骤(f)中的泄压孔内均安装无缝钢管，尺寸为φ108*8mm。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(a)中：管线隆起的预警值为1mm/d,调节控制值为连续3d不超过0.2mm/d，即x为3，y为0.2mm/d；t1为-20℃，t2为0-1℃。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(b)中：积极冻结期间盐水进回水温度在-28～-30℃，调控控温为降至-20℃。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(c)中：测温孔内测温线相邻测点的直线距离小于或等于2m。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(d)中：热限孔的间距为800mm。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(e)中：地表隆起的预警值为累计≤25mm，调节控制值z为5mm。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(f)中：泄压孔内无缝钢管的采用花管形式泄压，花管管壁上的孔眼规格为φ20mm。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在花管的每个圆周上沿上下左右四个方位布置四个孔眼，间距50mm，梅花布置，孔眼总面积为花管管壁总表面积的7.4％。

上述浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，在步骤(f)中：泄压孔的孔口位置花管管口上安装φ100球阀和1.6mpa的压力表。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明根据市政浅覆土冻结的特点，在现有冻胀控制的基础上，针对浅覆土冻胀控制的精准性要求，采用温控-热限-泄压综合冻胀控制新方法，有效控制了冻结壁的厚度及扩展速度。同时，分时空对地层中集聚的冻胀能进行有效释放。浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制新方法改变了传统单一的冻胀控制方法，使冻胀量可控、冻胀能释放，降低了浅覆土冻结法施工中冻胀对地下管线及地表的影响，实现了冻结工法与周边环境的友好协同，创造了良好的经济与社会效益。

此外，通过调节冻结模式，降低盐水循环温度至-20℃，通过控制冻结壁厚度较少冻胀量的同时，相应减少了冻结器与地层的冷量交换，降低了冻结成本，更加节能。更具体地，通过热限孔，限制了冻结壁扩展的边界，在保证冻结壁满足工况需求的前提下，实现了精准冻结，精准控制。进一步地，避免了对原有地层温度场、应力场的扰动，减少了后期融沉注浆的范围，使形成冻结壁积聚的冻胀能得到释放，改善了地层中的应力场，不仅降低了对管线、地表的影响，而且减少了后期开挖过程中冻结壁的收敛变形，增强了冻结壁的稳定性，降低了开挖风险，为安全、快速开挖与构筑创造了良好的条件。

土体冻胀受上覆土荷载的影响较大，覆土越浅，冻胀越大。本发明浅覆土冻结技术控制冻胀的原理在于利用各种技术和工艺尽量减少冻结时引起得冻胀，严格控制冻土体量，在满足冻结壁使用功能的条件下，尽量减少冻土体量。同时，采取泄压的措施对因冻结产生的冻胀能分阶段有针对性地进行释放，使冻胀引起的环境影响控制在允许范围内。

附图说明

图1为温控区示意图。

图中：1-1-测温孔；1-2-热限孔；1-3-泄压孔；1-4-冻结孔。

图2-1为泄压孔内花管结构及泥水流入花管内部的示意图。

图2-2为为泄压孔内花管冲洗使用示意图。

图中：2-1-花管；2-2-孔眼；2-3-泥水流入；2-4-阀门；2-5-清水清洗。

图3为热限孔供热装置示意图。

图中：3-1-电加热管；3-2-盐水箱；3-3-盐水泵；3-4-冻结管。

图4为冻结环境效应引起的地表隆起示意图。

图中：4-1-隧道；4-2-冻结孔；4-3-地表沉降。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实施例浅覆土冻结法施工中温控-热限-泄压综合冻胀控制方法，包括如下步骤：

(a)地下管线的沉降监测：对地下管线进行布点，冻结施工期间监测管线沉降变化。

(b)盐水进回水的温度监测：在盐水干管的进回水管路上安装温度测点，监测进回水盐水的温度变化；积极冻结期间盐水进回水温度在-28～-30℃，调控控温为降至-20℃。

(c)布设测温孔1-1：在冻结壁靠近设计边界外边缘上，采用钻进的方法钻进测温孔1-1，并布设温度测点；测温孔1-1内测温线相邻测点的直线距离小于或等于2m。

(d)布设热限孔1-2：在靠近冻结壁设计边界外边缘的上均匀布置热限孔1-2，适时开启，控制冻结壁的边界及冻结壁的厚度；热限孔1-2内安装无缝钢管，尺寸为φ108*8mm；热限孔1-2的间距为800mm。

(e)地表沉降监测：在地表布置沉降监测点，冻结施工期间对地表沉降进行监测。

(f)布设泄压孔1-3：在冻结壁以外非冻土区域采用钻进的方式成孔，即为泄压孔1-3，在泄压孔1-3内安装花管2-1进行泄压；花管2-1为管壁上有孔眼的无缝钢管，尺寸为φ108*8mm；花管2-1管壁上的孔眼规格为φ20mm。在花管2-1的每个圆周上沿上下左右四个方位布置四个孔眼，间距50mm，梅花布置，孔眼总面积为花管2-1管壁总表面积的7.4％。泄压孔1-3的孔口位置花管2-1管口上安装φ100球阀和1.6mpa的压力表。

图1所示为温控区综合冻胀控制示意图，在地表及地下管线布点，通过每天监测数据反馈，当管线隆起日变化量连续3天超0.2mm/d，立即提高热限孔1-2盐水温度至-20℃，减缓冻结；通过测温孔1-1监测冻结壁上边界温度变化，当冻结壁上边界测温孔1-1温度降至0-1℃以下，通过热限孔1-2进行人工强制解冻；当地面出现隆起+5mm，立刻打开泄压孔1-3内的花管2-1的阀门2-4，并使用清水冲洗泄压孔1-3，保持泄压孔1-3畅通。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。