论MJS水化热对地层冻结的影响

谢树鑫 郝明强

(中煤隧道工程有限公司，上海 200000)



论MJS水化热对地层冻结的影响

谢树鑫 郝明强

(中煤隧道工程有限公司，上海 200000)

结合上海市轨道交通12号线南京西路站—汉中路站区间隧道工程实例，介绍了MJS工法+水平冻结法的进洞加固设计方案，并通过现场监测，分析了水化热对冻结温度场变化的影响，得出了一些有价值的结论。

轨道交通，水化热，MJS工法桩，冻结加固设计

目前，国内大多数盾构进出洞地基加固采用水泥系和冻结法复合加固工法，水泥系加固所产生的水化热现象对冻结法施工产生的影响没有统一结论。本单位选择了一个进洞加固工程，通过现场实测，分析出一定的结论，可供参考。

1 工程概况

上海市轨道交通12号线工程14标段南京西路站—汉中路站区间隧道工程选用MJS工法+水平冻结法进行盾构进洞地基加固。汉中路站进洞处地面标高+2.64 m，隧道中心标高-16.553 m，隧道中心埋深19.193 m，涉及的土层包括①1杂填土、②3灰色砂质粉土、④1灰色淤泥质粘土、⑤1-1灰色粘土、⑤1-2灰色粉质粘土、⑥暗绿～草黄色粉质粘土、⑦1草黄色砂质粉土、⑦2草黄～灰色粉砂。

盾构进洞处隧道断面主要位于④1灰色淤泥质粘土，⑤1-1灰色粘土，⑤1-2灰色粉质粘土之中。

2 水化热监测方案

2.1 地基加固设计

根据现场条件和工艺要求，汉中路站西端头井盾构进洞地基采用φ2 400 mm MJS工法桩进行加固，加固区域范围为槽壁向外扩展5.4 m，洞圈向上、下、左、右各延伸3 m(洞口直径为6.7 m，即加固深度为12.7 m，宽度为12.7 m)。MJS工法桩布桩采用梅花形布桩，共布桩3排，计50根，桩体间搭接700 mm，土体加固后28 d抗压强度要求大于0.8 MPa，渗透系数小于1.0×10-7cm/s，采用跳一孔法施工。

2.2 冻结加固设计

考虑到MJS工法桩加固的不均匀性，专业冻结设计单位设计单圈孔水平辅助冻结加固，冻结长度为槽壁向外扩展3.5 m。每个洞门水平冻结孔布置见图1,图2。

2.3 监测方案设计

由于MJS工法桩加固后需立即进行冻结加固施工，为准确掌握水化热现象对冻结温度场变化的影响，利用原冻结设计4个测温孔，再增加3个测温孔，用来监测②3灰色砂质粉土、④1灰色淤泥质粘土、⑤1-1灰色粘土、⑤1-2灰色粉质粘土层的水化热温度变化趋势。其中C1,C2测温孔深度为5.5 m，监测点分别进入地层0.2 m,1.2 m,2.2 m,3.2 m；C3,C4,C5测温孔深度为7.0 m，监测点分别进入地层0.2 m,1.2 m,2.2 m,3.5 m,5.0 m；C6布置在洞门侧墙外侧2 m，用来监测不受水化热影响的原始地温，监测点分别进入地层0.2 m,1.4 m。测温孔布置见图3。

在MJS工法桩加固完成后立即施工测温孔，放置测温线进行监测，温度量测用仪表为多点半导体测温仪，精度为0.5 ℃。测量频率每天1次。测量时间为水化热温度变化稳定后停止。

3 水化热监测成果

3.1 水化热20 d温度成果

上行线洞门MJS施工日期为3月3日～4月18日，冻结钻孔施工日期为4月21日～4月27日。4月28日监测地下连续墙后0.2 m土层温度为36 ℃～38 ℃，3.2 m后土层温度为44 ℃～56.2 ℃；5月7日开机冻结时，监测地下连续墙后0.2 m土层温度为31 ℃～34.7 ℃，3.2 m后土层温度为30.3 ℃～45.6 ℃，而原始地温值稳定在16 ℃～18 ℃。MJS加固地层比原始地温高出14.3 ℃～27.6 ℃，见图4。

3.2 水化热61 d温度成果

开机冻结后，除C3,C6测温孔距冻结区2 m以外受冻结影响较小，其他测温孔均转为冻结测温孔，失去水化热直接监测意义。未受冻结影响的C3测温孔监测61 d时，2.2 m处土层温度22.6 ℃，5 m处土层温度为最高25.8 ℃，而原始地温稳定在16 ℃左右。MJS加固地层比原始地温还高出9.8 ℃，见图5。

4 水化热分析结论

1)由于MJS工法桩加固区域范围为槽壁向外扩展5.4 m，施工完10 d时测温最高达56.2 ℃，高温主要集中在加固区中后部，5 m处次之，0.2 m处最低。10 d内降温梯度0.5 ℃左右，若降至原始地温18 ℃约需76 d，加上监测前10 d，水化热结束共需86 d。

2)从未受冻结影响的C3测温孔分析，监测61 d时测温最高达25.8 ℃，61 d内降温梯度0.4 ℃左右，若降至原始地温16 ℃还需25 d，加上监测前10 d，水化热结束共需96 d。

3)上行线受水化热影响，至6月18日积极冻结42 d时才达到进洞条件，冻土平均发展速度20 mm/d，比设计积极冻结28 d延长14 d，而原始地层的冻土平均发展速度在26 mm/d左右。

4)下行线MJS施工在5月10日完成，6月9日监测地下连续墙后土层最高温度为43.2 ℃，而原始地温值稳定在18 ℃左右。MJS加固地层一个月后还比原始地温高出25.2 ℃，6月11日开机运转，至7月17日积极冻结37 d时才达到进洞条件，比设计积极冻结28 d延长9 d。

5)综上所述，水化热地层自然降温达到原始地温约需90 d，各地层降温梯度基本一致。水泥系加固完成后20 d开始冻结，积极冻结区需延长15 d；水泥系加固完成后30 d开始冻结，积极冻结区需延长10 d。

根据以上情况，我单位建议水泥系加固地层宜在冻结前3个月完成，否则应适当考虑延长积极冻结时间。

Discussion on the impact of MJS hydration heat upon ground freezing

Xie Shuxin Hao Mingqiang

(China Coal Tunnel Engineering Co., Ltd, Shanghai 200000, China)

Combining with Nanjing city west road station—Hanzhong road station interzone tunnel engineering example of Shanghai rail transit line No.12, the paper introduces tunnel entrance reinforcement design scheme of MJSI construction method +horizontal freezing reinforcing method, and analyzes the impact of hydration heat upon freezing temperature field change through in-situ monitoring, and finally draws some valuable conclusions.

rail transit, hydration heat, MJS pile construction method, freezing reinforcing design

1009-6825(2017)12-0063-02

2017-02-11

谢树鑫(1981- )，男，工程师

U445

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