上海軌道交通楊浦線曲陽路站—虹口足球場站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站位于兩站區(qū)間隧道之間，聯(lián)絡(luò)通道所在位置處隧道中心標(biāo)高?18.366m，地面標(biāo)高+3.86m，中心埋深為22.226 m。整個聯(lián)絡(luò)通道由兩個與隧道相交的喇叭口、旁通道和泵站組成。聯(lián)絡(luò)通道施工范圍內(nèi)主要為灰色淤泥質(zhì)黏土、灰色黏土和灰色粉質(zhì)黏土層?；疑倌噘|(zhì)黏土層土質(zhì)均勻，夾極少量粉土，呈流塑狀態(tài)；灰色粉質(zhì)黏土層含水量高，孔隙率大，凍結(jié)孔穿越該層時受水頭差的作用，極易產(chǎn)生涌砂、涌水現(xiàn)象。本工程選用凍結(jié)法加固土體。待聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)施工完成，結(jié)構(gòu)注漿基本完成后，開始對凍結(jié)土體進(jìn)行強(qiáng)制解凍融沉注漿加固，以控制融沉。
　　一、融沉注漿設(shè)計與施工
　　聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)完成并養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度后，實施結(jié)構(gòu)注漿和融沉注漿，融沉注漿在結(jié)構(gòu)注漿完成之后進(jìn)行。注漿前，保持一半凍結(jié)孔維持凍結(jié)，將凍結(jié)管間隔解凍后拔出，在拔出的凍結(jié)管空間放入專用注漿花管。注漿花管做好孔口密封后，利用剩余的一半凍結(jié)孔進(jìn)行分區(qū)強(qiáng)制解凍，同時實施融沉注漿。
　　1、拔管與花管下放
　　結(jié)構(gòu)注漿完成后，即準(zhǔn)備拔管，下放注漿花管等材料設(shè)備，安裝鹽水箱及電加熱器，布置熱鹽水干管。拔管前事先連接好準(zhǔn)備拔除的凍結(jié)管，每次連接1或2個凍結(jié)管，用70℃熱鹽水進(jìn)行循環(huán)，一般循環(huán)1h到1.5h后用手拉葫蘆拉拔出凍結(jié)管。拔管時要常轉(zhuǎn)動凍結(jié)管，如拔不動須繼續(xù)循環(huán)熱鹽水解凍，直至拔出。隨后頂入準(zhǔn)備好的注漿花管，并在管口周圍用棉紗和膨脹性快硬水泥封堵，頭部安裝閥門，花管下放見圖2。由于凍結(jié)管施工時注漿的影響以及現(xiàn)場鹽水干管的遮擋，拔管的位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件作相應(yīng)的調(diào)整，但要盡量保證被加固融土在平面上和深度范圍內(nèi)形成一個整體。

圖2 注漿花管示意圖（單位mm）
　　2、強(qiáng)制解凍工藝
　　強(qiáng)制解凍是用高溫鹽水通過鹽水泵循環(huán)使凍土加速融化的方法。作為土體凍結(jié)的一個逆向過程，可用下式計算凍土強(qiáng)制化凍時所需的解凍功率：
　　　　　　Q0 = KπdnHq （1）
式中： Q0為實際解凍功率（kW）；K為管路熱量損失系數(shù)；d為解凍管直徑（m）；H為解凍深度（m）；n為解凍管數(shù)目；q為解凍管的放熱率（kW/㎡）。
　　現(xiàn)場聯(lián)絡(luò)通道強(qiáng)制解凍施工采用電加熱器對鹽水加熱，共計采用18個9kW的電加熱器，鹽水溫度控制在70±5℃，去回路溫差為1℃左右，鹽水循環(huán)壓力為0.15 MPa，流量為80m3/h。
　　為了減小大規(guī)模的地表融沉給地表建筑和地下管線帶來的不利影響，以及降低控制融沉的難度，應(yīng)對凍結(jié)加固體分區(qū)進(jìn)行解凍，同時可根據(jù)現(xiàn)場溫度和地表沉降的監(jiān)測情況，在不影響質(zhì)量和安全的條件下將解凍分區(qū)數(shù)目調(diào)整為3個，加快解凍速度。
　　3、融沉注漿工藝
　　融沉注漿時漿液充填凍土融化孔隙，壓密并劈裂融土，是加固土體效應(yīng)和擾動土體效應(yīng)同時存在和發(fā)展的過程。注漿過程中，注漿參數(shù)是影響注漿效果的重要因素。
　　對于飽和融土的融沉注漿，注漿壓力引起孔隙水壓力的變化，發(fā)生再固結(jié)過程[1]。假設(shè)漿液擴(kuò)散半徑范圍內(nèi)，冰全部融化，體積減小9%，注入漿液的體積可按下式計算：
　　
　　式中：V為注漿量（m3）；a為漿液擴(kuò)散半徑（m）；i0為體積含冰量；p0為注漿壓力（MPa）；u為融土孔隙水壓力（MPa）；mv為融土的壓縮系數(shù)（MPa?1）；H為漿液段長（m）。
　　注漿壓力是漿液在地層中擴(kuò)散的動力，它直接影響融沉注漿的加固效果，但受地層條件、注漿方法和注漿材料等因素的影響和制約。許多地層表面淺部注漿壓力為0.2~0.3MPa，融沉注漿時，注漿壓力在不影響地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下維持在0.3~0.6MPa左右；當(dāng)注漿壓力增大時，地面會出現(xiàn)抬升趨勢，因此需要適當(dāng)控制注漿壓力。
　　4、融沉注漿施工
　　融沉注漿自2005年8月1日正式開始，注漿材料為水泥漿，水灰比為1:0.8，注漿壓力控制在0.4～0.6MPa?？紤]到凍結(jié)時間過長會對管片造成不良影響及在有保障的注漿情況下，8 月10 日關(guān)閉冷凍機(jī)組，全部停止凍結(jié)。同時，為防止因關(guān)機(jī)凍土體融化可能造成的地面過大沉降，在通道上部凍土墻外兩側(cè)距離凍結(jié)孔2.5 m 處布置補(bǔ)充注漿孔，上、下行線兩側(cè)各布置2個，共計4個，保證在地面變形較大時能及時補(bǔ)充足夠的注漿量，達(dá)到控制地面變形的目的。
　　結(jié)構(gòu)施工時預(yù)留有6個注漿孔，包括內(nèi)外層兩組。外層孔深度到達(dá)初襯（臨時支護(hù)）和凍土墻之間，深度為1m；內(nèi)層孔深度達(dá)到永久結(jié)構(gòu)和初襯之間，深度為0.5m。在此基礎(chǔ)上又增加了沿通道軸線方向注漿孔11個，分布在通道的兩側(cè)和頂板；在集水井內(nèi)沿四周和底板每面布置兩根注漿管，共計10個。
　　融沉注漿在對凍土強(qiáng)制解凍的過程中進(jìn)行，伴隨著凍土融化而采取少量多次的原則，每天一次，注漿量按水泥量計控制在1~2t。注漿過程中地表出現(xiàn)上抬時，減小注漿壓力，采取間歇注漿的方法。9月11日，所有融沉注漿施工完成，總計注漿水泥用量共計104t，其中結(jié)構(gòu)注漿22t，融沉注漿82t。
　　二、施工監(jiān)測
　　解凍過程中土層物理性質(zhì)發(fā)生了劇烈的變化，富冰凍土融化時常轉(zhuǎn)變?yōu)椴荒艹惺芎奢d的稀釋體，過量的融沉?xí)χ車h(huán)境產(chǎn)生危害。因此，在整個融沉注漿施工過程中，需對溫度場和位移場作全面監(jiān)測，為適時掌握和控制施工過程提供指導(dǎo)和依據(jù)。
　　1、溫度監(jiān)測
　　為了指導(dǎo)融沉注漿施工和掌握解凍過程中溫度場的發(fā)展情況，在原有測溫孔中布置測點，測量解凍過程的溫度場。每一孔內(nèi)布置3~8個測點，其中下行線共6個測溫孔，c1、c3為深孔，其余為淺孔。深孔深度到對面管片，淺孔深度為3.5m。上行線共4個測溫孔，均為淺孔，深度為3.5m。
　　強(qiáng)制解凍期間溫度的監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。負(fù)溫階段時，當(dāng)土體的溫度升到?3~0℃之間時，曲線明顯變緩，甚至變平，即近似平行于時間軸，這也是解凍連通期溫度變化的最顯著的特點，其原因與凍結(jié)交圈類似。從圖中可以看出，在解凍15d左右凍結(jié)壁解凍連通，進(jìn)入正溫區(qū)后土體溫度回升幅度較大，開始呈線性升溫，隨著溫度的升高，升溫速度減緩，溫度曲線變的較為平緩。下圖C5孔反應(yīng)的是下行線底部測溫孔變化曲線。

圖3 強(qiáng)制解凍期間C5孔溫度變化曲線


2、地表變形監(jiān)測
　　施工過程中，對聯(lián)絡(luò)通道及泵站施工影響范圍內(nèi)的地表沉降進(jìn)行了監(jiān)測。聯(lián)絡(luò)通道中部地面變形的監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，融沉注漿起初沉降較大，后期隨著注漿量的增加，融化沉降得到控制，地表逐漸上抬。隨著解凍進(jìn)行，漿體周圍的未解凍土融化產(chǎn)生新的孔隙，地表下沉，但隨后的補(bǔ)漿又使地表上抬?，F(xiàn)場融沉注漿施工采取多次補(bǔ)漿，地表變形曲線呈現(xiàn)波浪狀。整個融沉注漿施工，注漿量為82t，地表變形沉降量小于3mm，最大抬升量小于1mm，完全控制在設(shè)計的范圍內(nèi)。
　　
　　圖4 融沉注漿期間通道中部地表變形曲線
　　三、結(jié)語
　　凍結(jié)法作為一項階段性的措施，不能達(dá)到永久改良土體的目的。凍土融化引起的后期沉降較大，持續(xù)時間長，因此必須采取相應(yīng)的措施予以彌補(bǔ)。對凍結(jié)加固體進(jìn)行強(qiáng)制解凍，加快了凍土的融化；及時的融沉注漿，漿液對土體產(chǎn)生的壓密和劈裂作用，加速了融土排水固結(jié)，這使短時間內(nèi)有效控制融沉成為可能。融沉注漿過程中對凍結(jié)加固體進(jìn)行分區(qū)強(qiáng)制解凍，及時對已解凍土體進(jìn)行注漿加固，合理設(shè)計注漿壓力和注漿量更可以將融沉變形控制在較小的范圍內(nèi)。
　　上海軌道交通楊浦線曲陽路站―虹口足球場站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道首例采用強(qiáng)制解凍融沉注漿施工的成功實踐為同類工程積累了經(jīng)驗。工程中采用的先進(jìn)的融沉控制技術(shù)也使得凍結(jié)法施工在市政工程中具有更廣闊的應(yīng)用前景。

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文章來源： 永年加固公司
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