地鐵隧道盾構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)加固的研究

王超

摘要：城市地鐵網(wǎng)絡(luò)線的日益增加，對地鐵隧道構(gòu)進(jìn)加固的要求也日趨嚴(yán)格和精細(xì)。由于地鐵線路的復(fù)雜化，地鐵建設(shè)環(huán)境的惡劣化，對地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞加固的需求和強(qiáng)度增加也日益增強(qiáng)。本文通過對地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)加固的研究，保障了地鐵構(gòu)進(jìn)的穩(wěn)定性和構(gòu)進(jìn)結(jié)構(gòu)的安全性，確保了整個地鐵項目的經(jīng)濟(jì)效益和工作人員的安全，切實(shí)提高了地鐵線路建造的合理性和建設(shè)效率，有利于我國鐵道行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道構(gòu)進(jìn)加固;凍結(jié)加固;合理性;建設(shè)效率

前言

隨著現(xiàn)代城市的建設(shè)速率加快，地鐵成為評判一座城市是否具有經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)勁動力的重要評判標(biāo)準(zhǔn)，越來越多的城市加入城市地鐵建設(shè)中。地鐵的出現(xiàn)使得人們的出行效率得到質(zhì)的提升，客觀上促進(jìn)了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是，地鐵建設(shè)的難易程度與地下結(jié)構(gòu)有關(guān)，建設(shè)難易程度。不同每個城市的地下結(jié)構(gòu)千姿百態(tài)，結(jié)構(gòu)層次的分明導(dǎo)致地鐵構(gòu)進(jìn)方法選擇不同。人工凍結(jié)法是利用布置的冷凍管對土壤中的礦物質(zhì)液體進(jìn)行冷凝的方法，在海底隧道和地鐵中有著相當(dāng)?shù)氖褂们闆r。

由于濟(jì)南南部山區(qū)以溶巖為主，溶巖較為容易被水侵蝕。本文考慮大明湖段的地鐵隧道建造，由此一般的施工方法無法保證安全性。因此以濟(jì)南地鐵大明湖段為例，介紹地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)加固方法，提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

一.工程概況

本文以工程為實(shí)例，選取濟(jì)南大明湖段到歷山北路段來說明此方法的優(yōu)越性。該區(qū)間段以大明湖為起點(diǎn)，向東經(jīng)過明湖東路，向北轉(zhuǎn)入歷山北路。東線里程2.0km，北線里程5.5km。在此區(qū)間內(nèi)，建筑物密集，人員流動較大，地下斷層滲水較為豐富。同時本區(qū)間段起點(diǎn)位于大明湖，地層土壤中水含量較高，終點(diǎn)結(jié)束于歷山北路，位于小清河?xùn)|段。隧道建設(shè)中主要出現(xiàn)的問題為水汽含量較多，地層滲水嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅了隧道建設(shè)中人員、機(jī)器的安全性。

二.地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)加固技術(shù)的分析和研究

對于地鐵隧道的加固方法一般有地鐵盾構(gòu)隧道加固技術(shù)和地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)加固技術(shù)等方法，相對于不同作業(yè)環(huán)境可以選擇不同方法進(jìn)行操作為了保障管片的潔凈度和干燥度，需要對斷層滲水進(jìn)行清理和排除工作，在實(shí)際操作過程中需要引入大型抽水機(jī)等，會導(dǎo)致實(shí)際構(gòu)進(jìn)工作強(qiáng)度減小，工程緩慢，一定程度的減緩了人們的出行速度?，F(xiàn)階段可以采用地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)技術(shù)進(jìn)行斷層滲水的處理工作，一般采用液氮等進(jìn)行速凍降溫，一方面可以加固了隧道土壤，使得地鐵建設(shè)環(huán)境有了安全保障。

（一）對安全性進(jìn)行分析

由于對溫度場的忽略，對于不同管片材料在礦物質(zhì)液體下的耐受能力，決定了地鐵隧道的壽命。在通過液氮處理后，管片環(huán)外側(cè)與鹽冰面有直接接觸，可能會有相應(yīng)的電化學(xué)腐蝕。所以在對管片環(huán)外側(cè)要以溫度分層進(jìn)行適應(yīng)周圍環(huán)境的基礎(chǔ)，通過對鹽水礦物質(zhì)的分析，計算凍結(jié)工程中鹽冰的變化曲線，來設(shè)計管片。在實(shí)際過程中，由于鹽冰溫度變化造成的溫差對施工安全的影響可以忽略不計。

（二）速凍劑的選擇

由于礦物質(zhì)溶液凝固點(diǎn)較低，不能使用普通鹽冰降溫。速凍劑開始使用液化氣體，包括液態(tài)氨氣，液態(tài)氮?dú)獾取Ｓ捎谝簯B(tài)氨氣等生產(chǎn)成本較高，且不具有保護(hù)氣體的惰性，故選擇生產(chǎn)成本較低且為惰性氣體的氮?dú)?。由于液氮的溫度一般?196℃，遠(yuǎn)低于礦物質(zhì)溶液的凝固點(diǎn)。由于隧道洞內(nèi)需要一個穩(wěn)固的環(huán)境，通過使用液氮處理后可以使隧道內(nèi)滲水大范圍消除，并形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

（三）對比分析

巖溶土質(zhì)很容易遭受水的侵蝕，形成礦物質(zhì)溶液。同時巖溶土質(zhì)較為容易吸收和儲藏水分，在地鐵隧道作業(yè)過程中十分危險。由于濟(jì)南南部具有較多的巖溶山地地貌，本文通過實(shí)驗(yàn)用等量的原狀土和巖溶類巖石土壤進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的結(jié)論。

所選用原狀土和巖溶土顆粒尺寸、目相相同，試驗(yàn)樣品制作嚴(yán)格要求重塑土的制作要求進(jìn)行重塑，對水進(jìn)行霧化，將氣霧通過兩組巖石。在等同時間之后計算二者含水率，作為對比，巖溶土顆粒的含水率較高。也就意味著，在凍結(jié)過程中，巖溶土顆粒更容易形成凍土結(jié)構(gòu)，因此更具有穩(wěn)定性和可塑性。

通過建立熔巖土凍土層融解模型，解決凍土層的融解導(dǎo)致外管片發(fā)生電化學(xué)腐蝕問題。

三.結(jié)語

綜上所述，對于地下具有斷層結(jié)構(gòu)而且具有滲水現(xiàn)象的出現(xiàn)的話，需要通過地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)加固技術(shù)進(jìn)行加固工作。濟(jì)南大明湖段到歷山北路段含有較多含量的巖溶土，作為最佳的施工方法，該段地鐵隧道凍結(jié)技術(shù)的使用就顯得十分明確。對于施工過程中液氮的作用和適用范圍來說，由于液氮的廉價和廣泛使用性，速凍劑仍然選擇液氮而不選擇其他液化氣體。同時加固效果相較于其他液化氣體更強(qiáng)，可以作為地鐵隧道構(gòu)進(jìn)出洞凍結(jié)技術(shù)的加固材料，增加了整體地鐵隧道結(jié)構(gòu)的合理性，提高了整體隧道的建設(shè)效率，加大隧道施工的整體性能。

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