摘  要 在采用地层冻结技术进行施工的部分工程中采用了上仰冻结器，在地铁旁通道工程中尤为突出。 盐水循环过程中上仰冻结器底部会出现存气现象，底部存气会影响到临近区域温度场的发展 ，造成冻结工程的失败 ，给工程安全带来重大隐患。 文章对地层冻结中上仰冻结器底部存气现象进行了试验研究，获取了冻结器长度、倾角及盐水流速与上仰冻结器底部存气之间的关系。

关键词 地铁 旁通道 冻结法 底部存气

 

      地层冻结加固技术在广泛应用于不稳定地层井筒建设工程的同时，也在其它岩土工程领域，特别是城市地下工程中得到迅速推广。 冻结法施工技术己成为一种可行的且极具竞争力的软土及不稳定含水地层加固、隔水的有效施工方法。它已经被广泛应用于基坑、隧道、井筒、地下硐室施工中的临时支护，其施工规模小至地铁泵站、 大到城市中整个街段的高层建筑基础、地铁车站及大型地下瓦斯仓库施工等。

      在采用地层冻结技术进行施工的部分工程中采用了上仰冻结器，在地铁旁通道工程中尤为突出^[1~4]。为了更好地冻结加固地层内部土体， 上仰冻结器一般采用正循环的方式进行盐水循环（图1）。 由于刚开始启动盐水循环泵时管路中会有大量气体， 而且在正常的盐水循环过程中循环盐水也带有气体，在盐水流经冻结器时气体就会在冻结器底部积聚，出现存气现象（图 1）。 底部存气会影响到临近区域温度场的发展，严重时造成冻结工程的失败，给工程安全带来重大隐患。因此有必要对地层冻结中上仰冻结器底部存气现象进行试验研究，以获取冻结器长度、倾角及盐水流速与上仰冻结器底部存气之间的关系，从而降低冻结工程的风险，消除冻结工程中的安全隐患。

      图2 为某地铁旁通道冻结工程中冻结器布置侧视图。上仰冻结器为图 2 中布置在 A-A 截面之上的冻结器。 由于冻结器全部埋设在需要加固的地层中且钢管不透明， 观察上仰冻结器底部存气情况是无法实现的。为此，在隧道内的集配液圈上接入单独的一组冻结器，并且采用同尺寸的透明有机玻璃管替代冻结器的底部钢管。通过上述方法，能够保证试验所用冻结器的工况与埋设在地层中的冻结器工况相同， 同时也可以很方便地观察上仰冻结器底部存气情况。

      对地层冻结中上仰冻结器底部存气进行试验研究，其根本目的是要找到解决上仰冻结器底部存气的方法，而通过前期的探索性试验研究发现，无论冻结器的长度及倾角多大，只要流速足够大，上仰冻结器底部的存气会伴随盐水一起由回液管流出冻结器。换句话说，对于上仰冻结器，存在一个临界流速，使得冻结器底部刚好不存气。为此，试验主要分析上仰冻结器长度及倾角与临界流速的关系。 试验中冻结器的长度取1 m、3 m、6 m、9 m 四个水平，倾角取3°、7°、14°、21°、28°五个水平， 测定冻结器长度及倾角取值水平全组合条件下盐水的临界流速。

 

      试验中冻结管规格为φ89 mm×8 mm， 供液管规格为φ40 mm×3 mm。 临界流速是由流量计测定的流量值及冻结器内盐水回流截面积计算所得，临界流速计算值见表 1。 部分现场试验设备见图3 和图 4。

      不同倾角条件下，冻结器长度与临界流速之间的关系见表1 和图 5。 由图 5 可以看出,冻结器倾角一定时，冻结器的长度对盐水临界流速没有影响， 也就是说冻结器的长短并不影响冻结器底部存气。

      不同长度条件下，冻结器倾角与临界流速之间的关系见表1 和图 6。 由图 6 可以看出,冻结器长度一定时， 盐水临界流速与冻结器的倾角成线性正比关系，冻结器倾角越大盐水临界流速值也就越高，也就是说冻结器的倾角对冻结器底部存气影响显著。 倾角越大，冻结器底部越容易产生存气且越不容易排出。

      由表1 数据回归得到盐水临界流速的计算公式：

               v=0.012α+0.344

      式中v———盐水临界流速（m/s）；

            α———冻结器的倾角（°）。