淺談如何計(jì)算盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中的冷凍法止水帷幕

摘 要:盾構(gòu)始發(fā)采用冷凍法進(jìn)行土地加固優(yōu)于高壓旋噴樁的加固工藝，但其中對(duì)于冷凍法止水帷幕的計(jì)算就更加重要，從而保證施工順利與最終的止水效果。從冷凍法止水帷幕的原理著手，對(duì)冷凍法施工止水帷幕的計(jì)算進(jìn)行介紹，并對(duì)施工中的運(yùn)用要點(diǎn)進(jìn)行提示。

關(guān)鍵詞:盾構(gòu) 冷凍法 原理 計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào):TB47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(a)-0109-01

1 冷凍法止水帷幕原理

運(yùn)用冷凍法對(duì)土體進(jìn)行加固，是利用鹽水在凍結(jié)管內(nèi)的循環(huán)，降低周邊地下水的溫度，達(dá)到土體的凍結(jié)，形成凍結(jié)帷幕，達(dá)到止水效果。

2 冷凍法施工止水帷幕的計(jì)算

2.1 荷載計(jì)算

盾構(gòu)始發(fā)洞口采取板狀凍結(jié)方式加固。凍結(jié)加固體在盾構(gòu)始發(fā)破壁時(shí)起到抵御水土壓力，防止土層塌落和泥水涌入工作井。該始發(fā)洞口凍結(jié)加固體，其承受的荷載，為安全起見(jiàn)計(jì)算模型采用最深處16.455m處的土壓荷載，如此工況計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求，則其他工況均應(yīng)滿足，計(jì)算模型如圖1所示。

應(yīng)用重液理論計(jì)算水土壓力，其始發(fā)口的水土壓力為:P＝0.013H

式中:P——計(jì)算點(diǎn)的水土壓力(Mpa);H——計(jì)算點(diǎn)深度(m)。

以洞門(mén)的下部底緣處為荷載計(jì)算點(diǎn)，則深度為16.455m。則計(jì)算得到水土壓力為:

P≈0.214MPa

說(shuō)明:水土壓力也可按照朗金土壓力理論計(jì)算，因物理力學(xué)指標(biāo)不全面，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)按重液理論進(jìn)行計(jì)算，該理論是一種常用的安全計(jì)算方法。凍土平均溫度為-10℃，凍土抗拉強(qiáng)度σ拉=1.8MPa，凍土抗剪強(qiáng)度σ剪=1.6MPa。

2.2 凍結(jié)加固體厚度計(jì)算

假定加固體為整體板塊而承受水土壓力，運(yùn)用日本計(jì)算理論計(jì)算加固體的厚度，計(jì)算得凍土墻厚度為1.55m(如表1）。

2.3 加固體尺寸確定

根據(jù)以前施工的盾構(gòu)始發(fā)凍結(jié)加固施工經(jīng)驗(yàn)，為安全起見(jiàn)，加固體厚度取3.0m。凍土與槽壁膠結(jié)長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)洞口范圍3.0m。

(1)剪切驗(yàn)算加固體厚度

沿工作井開(kāi)洞口周邊驗(yàn)算加固體剪切應(yīng)力(如表2)。

(2)運(yùn)用我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算理論公式進(jìn)行驗(yàn)算

圓板中心所受最大彎曲應(yīng)力計(jì)算公式為

經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，凍結(jié)壁厚度取3.0m時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 需冷量和冷凍機(jī)選型

凍結(jié)需冷量計(jì)算:Q=1.2·π·d·H·K

式中:H—凍結(jié)總長(zhǎng)度;d—凍結(jié)管直徑;K—凍結(jié)管散熱系數(shù);

將上述參數(shù)代入公式得:Q=1.2·π·d·H·K=5.69×104kcal/h根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定合理冷凍機(jī)組進(jìn)行冷凍。

4 結(jié)語(yǔ)

冷凍法施工同樣存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算冷凍施工的參數(shù)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行確定，施工中控制冷凍的時(shí)間，是保證冷凍止水帷幕的有力形成的有利條件，才能達(dá)到有效止水效果。