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海水净化工程冻结法设计

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《浙江建筑杂志》2014年第八期

1冻结帷幕及制冷设计

1.1连接通道冻结孔的布置根据冻结帷幕设计及连接隧道的结构,冻结孔按水平角度布置在连接隧道的四周。冻结孔数共计44个(外圈冻结孔为W1~W26个、内圈冻结孔为N1~N18个)。内、外圈冻结孔均匀布置,两圈孔分别从两个工作井打设,见图2。冻结孔开孔位置与原设计位置误差不大于100mm,最大允许偏斜200mm(冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离),冻结孔内排孔最大允许间距为1600mm,外排孔最大允许间距为1500mm,超过允许间距时应打补孔。

1.2盾构始发、到达洞门冻结加固冻结孔的布置为了使盾构能安全、顺利完成施工,盾构出洞处在距槽壁外侧0.3m处施工三排冻结钻孔,冻结孔深度为31.36m,单孔冻结长度为11.8m,即地面向下19.56m不冻,采用垂直局部冻结。冻结孔布置说明如下:冻结孔距离槽壁边0.3m,孔间距为:A排839mm,B排829mm,C排828mm;排间距1.0m,冻结孔个数41个,测温孔共4个,每排冻结孔均匀布置,最大偏斜值不大于250mm,每排分别为14、13、14个,见图3。盾构接收处在距槽壁外侧0.3m处施工四排冻结钻孔,冻结孔深度为32.5m,单孔冻结长度为11.5m,即地面向下21.0m不冻,采用垂直局部冻结。冻结孔布置说明如下:冻结孔距离槽壁边0.3m,孔间距为900mm,排间距1.0m,冻结孔个数40个,测温孔共4个,冻结孔采用梅花布置,最大偏斜值不大于250mm,每排分别为11、10、9、10个,见图4。出洞、进洞钻孔施工时A排孔均尽量向地下连续墙偏斜,洞门凿除前需在洞门范围内打设不少于8个探孔,探明冻结壁交接面温度和冻结效果。

1.3制冷设计

1.3.1冻结参数确定(1)设计最低盐水温度为≤-28℃。(2)设计冻土平均温度为-15℃。(3)冻土平均温度根据多排冻结管直线冻土墙平均温度的等效梯形计算[3]方法确定。

1.3.2需冷量和冷冻机选型冻结需冷量计算式分别如下:连接通道:Q=1.3•π•d•H•K[4]垂直局部冻结:Q=1.3•π•d•H1•K+0.65•π•d•H2•K式中:H—冻结总长度;H1—冻结段总长度;H2—非冻结段总长度;d—冻结管直径;K—冻结管散热系数;300kcal/h•m2(1kcal=4.1858×103J)。

2冻结施工

2.1冻结孔施工连接通道冻结孔施工采用MA-80锚杆钻机,钻机扭矩为4000N•M,推力30kN。水平冻结孔施工工序为:定位开孔及孔口管安装→孔口装置安装→钻孔→测量→封闭孔底部→打压试验。防喷装置见图5。垂直钻孔采用跟管钻进下放Φ219钢套管,然后在里面下放Φ127冻结管,灌注膨润土后将套管拔出。垂直冻结孔工序为:定位→钻孔→测量→下放冻结管→打压试验。

2.2冻结站安装冻结孔施工时同步进行冻结站安装,设2个冻结站。每个冻结站配备3台JYSLGF300Ⅲ型螺杆机组三台套(其中一台套备用);盐水泵选用IS150-125~400型3台,流量200m3/h,一台备用;冷却水泵选用IS125-100~250型3台,流量120m3/h,一台备用;冷却塔选用KST-80型3台。

3盾构行进区域冻结管拔出

3.1盾构进出洞流程盾构进出洞流程见图6。

3.2垂直冻结管拔出用热盐水循环冻结管一段时间后可进行试拔,拔起0.5m左右时,便可停止循环热盐水,用压风将管内盐水排出。然后用吊车快速拔出冻结管。拔管时注意冻结管与挂钩要成一线,冻结管不能蹩劲,拔管时要常转动冻结管,不能硬拔,如拔不动时,要继续循环热盐水解冻,直至拔起冻结管到设计长度。热盐水循环及吹盐水系统见图7。

4连接通道结构施工

4.1开挖构筑施工连接通道冻结施工完成后进行开挖构筑施工,通道开挖顺序为:土方开挖→架设临时钢支架、背板→喷射C25混凝土→绑扎钢筋→安装模板→浇筑混凝土→拆除模板。开挖前要安装防护门,并经过打压试验,符合该地层设计压力要求。其中喷射混凝土根据香港PS标准采用湿喷工艺。

4.2结构壁后注浆及融沉跟踪注浆

4.2.1结构注浆充填注浆主要填充钢背板和冻土帷幕之间的空隙。停止冻结后3~7d内进行充填注浆,通道部位注浆压力不大于静水压力。注浆流量控制在15L/min左右,注浆按照由下而上的顺序进行,当上一层注浆孔连续返浆即可停止下一层注浆,直至拱顶。

4.2.2控制地层融沉的注浆措施在通道开挖施工初衬支护时预埋注浆管,深度至钢背板后进行编号;注浆孔应均匀涵盖整个冻土帷幕范围;连接通道内部沿通道方向约每1.2m预埋一圈注浆孔,每圈8个注浆孔;洞门垂直冻结融沉注浆管可利用盾构隧道管片上的预留注浆孔,注浆顺序为:“通道底部—通道两侧—通道顶部”。注浆材料采用单液水泥浆或水泥-水玻璃双液浆。

5结语

该工程获得香港渠务署颁发的杰出环境管理奖,社会、经济效益显著。冻结法在近海含盐地层的成功应用将为冻结法的应用带来新的生机,丰富和发展冻结法理论,更广泛地应用在各种地层条件下,对冻土强度和冻土平均温度的研究起到了促进作用。进一步加强试验各种地质条件下的冻土参数,为今后的冻结施工提供更多的理论依据,促进经济发展,提高社会经济效益,是我们今后发展的重点。

作者:金海江单位:中煤第五建设公司上海分公司

浙江建筑杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次