英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
隧道和地下空间技术
在沙土中挖掘隧道的人工冻土技术-测量和分析
摘要
本文介绍了一段13米宽、17米高、40米长联络隧道的历史-托莱多站-以前在一个深凿的竖井中建造，属于那不勒斯的地铁1号线。现有的1号线扩展了一个新的延伸，由两条铁路隧道连接的五个新车站，全长约5公里。托莱多站主要位于竖井线的一侧，并由上面连接到行人平台的大型联络隧道。车站坐落在城市的历史中心-那不勒斯，在一个深度城市化的地区。在图1中是车站主轴的纵向截面。在大型的服务隧道中，上面和周围的建筑物都是草图。本文的重点就隧道开挖引起的沉降和人工地面的使用进行了探讨-冻结(AGF)技术，允许安全挖掘联络隧道的上层-大约一半在粉砂层，一半在黄色凝灰岩中，在地下水位之下。
- 项目
1.1项目介绍
这篇论文致力于研究13米宽17米长的托莱多站和40米长的联络隧道-建造在一个深立井和属于1号线的那不勒斯的地下工程。现有的1号线已经存在并且最近扩展了一个新的延伸通道，包括五个新的车站。由双轨隧道连接，总长度约为5公里。托莱多站主轴位于线路的一侧，并通过上面连接到行人平台，提升到大型联络隧道。车站位于那不勒斯的历史中心，在一个深度城市化的地带。在图1中是车站主轴的纵向截面以及与上面和周围的大型联络隧道建筑图。
本文的研究重点是开挖隧道引起的沉降问题及人工冻结(AGF)的应用技术允许安全开挖的最大的联络隧道变形-其位于约一半的粉砂层和一半是黄色凝灰岩，在地下水位以下。
1.2 联络隧道
正如设计文件所报告的，所谓的联络隧道，是把隧道进行扩容形成新起点运行的双隧道的部分，包括行人平台。服务隧道的设计也允许两者之间设计成永久联系的平台，行人通过隧道通道穿越平台。最后，它也是建筑的起点，一条允许乘客通过的人行通道，一个大约150米长的次级出口，车站的主轴。完成主要任务后，竖井工程开挖为大型联络隧道，在建造一个更小的隧道之前，运行以上。这最后一条隧道是在同一座火山岩中挖掘的粉砂，但就在地下水位的正上方，由于这个原因，非常接近建筑基础的大型联络隧道的大部分是在A区开挖的柔软的岩石中完成，而只有一小部分的顶层不得不在砂层中挖掘。在图2中有一个更详细的沿着服务隧道的纵向图和上面的部分平直通道草图。隧道位置的底层土由两种主要地层构成:
疏松的或中等密度的火山碎屑砂，深度37-40米，覆盖着软火山岩的基岩(那不勒斯)，黄色凝灰岩。地下水位整个面积和它的水平面位置大约是在联络隧道以上27米。根据设计文件，最初用于两侧的混凝土喷浆支护以及通过在联络隧道的(在凝灰岩组)喷射灌浆支护(在沙土中)。同样的方法被用来安装次垂直管道人工地面冻结所需的系统。图3土壤联络隧道周围采用的处理方法在横向部分。在图4中，同样的纵切面草图画出。
采用多封隔器套筒管(MPSP)灌浆。该系统包括在钻孔内的安装。每隔一段有胶皮的塑料管或钢管灌浆套筒和两个袋式包装机(对孔展开)通过对墙壁注浆进入袋子以封堵及限制必须进行灌浆的地方。它的主要作用是为了提高灌浆的力学性能降低岩石裂隙中的水力渗透性。最初,混凝土灌浆用于填充较厚的裂缝;后来化学灌浆是用来堵住较薄的裂缝。这两种水泥和化学注射是通过下垂直管道安装。在上述沙土中，最后的塞子就是那个时候实现了简单的岩石注浆和喷注注浆 (图4)。
AGF技术在施工中得到了广泛的应用。地下工程的投入是众所周知的,即使没有被广泛使用，由于巨大的冷冻成本，长期的施工过程，它从土壤中吸收热量是否明显转化为孔隙水变成冰。冻土体的渗透率很低和更大的强度相比于自然不受干扰的土壤质量，对于这个工程投入进行了AGF通过水平和次垂直的冻结管的对比。水平的一个安装在主轴的车站和在垂直方向上。保证精确的对准在冰冻的长管中，40米长的水平钻孔是采用磁性定向钻井技术进行钻井。
2 土工程调查
2.1现场和实验室测试
在设计阶段进行了岩土工程调查，并用于车站竖井和大型服务隧道。它们包括：原位测试和实验室测试。4个钻孔钻到地下深处，从地面高度到地下39米到41米之间。在图5中，如之前的图所示：底土-可分为两层:一层上部疏松的粉砂，与浮石和火山灰的相互交替，延伸至地下平均深度约40米，覆盖部分断裂的黄色凝灰岩。在施工阶段，对钻孔和钻孔的挖掘位移进行了安装冷冻管道使总体强度大大增加。根据现场的岩土条件，进行了几次实验。在S1-S4钻孔作业和钻井作业结束时还安装了一些卡沙兰和立管式压力计。在不同的深度取样，剖面草图如图5所示。采用奥斯特伯格活塞式取样器对松散的沙土进行土壤取样:样本在地下水位以上，所以它们只有部分饱和。采用86毫米直径采样器连同土壤样品中存在的吸力有助于最小化采样过程中引起的干扰。基岩采用双管取芯筒，因此，未受干扰的样品在地下水位之下完全饱和。在图6中，左边SPT吞吐次数与相对疏松的沙土的深度成反比。它们像往常一样表现出一定的分散，但深度增加的趋势清晰可见，其值在15点左右-6米至45-50度。深度为30米的基础上的关系由Kulhawy和Mayne(1990)提出，相对密度。图形可以估计在最顶端的0.45范围内，0.65为深层粉砂。这些值对应的摩擦角u0约为32度的顶层和底层的36-37度，都是用相关的API(1987)。在同一图中,单位重量的土壤在其自然含水量和粒径分布上，在回收的样品上获得的是根据深度绘制的图。这条隧道的大部分工程都需要挖掘凝灰岩和在地下水水位下。出于这个原因, 凝灰岩渗透率凝的研究通过测试的结果是这些测试提供的渗透率值大于那些从几项凝灰岩样品的实验室试验中获得的数值。这一发现并不新鲜,可能与原位裂缝的存在有一定关系。这导致了岩石的全面平均渗透率质量类似于上面的沙质土壤并且比在实验室测试的完整凝灰岩样本所获得的值大。实际上，这些实验值的渗透率系数k，在4.2到7.5厘米/秒范围之间。Lugeon 测试 (Di Salvo et al.， 2008)，对所取样品进行了CID三轴试验，砂层和凝灰岩的形成。这样的结果在沙质土壤上的试验提供了一个莫尔-库仑包络图。具有近乎零的内聚力和摩擦角的特点在35到36.5范围之间，只比基于SPT结果相关性得到的低一点点。这些试验证实了土层的中致密状态，在应力-应变平面无峰值对凝灰岩标本的试验的结果，在图7中,可以针对摩尔-库仑破坏包络线。众所周知，这些结果的偏差可以认为是下层土壤发生在土壤采样时的扰动。然而,对于杨氏模量，在1%的轴向应变范围内对于所有的测试估计在40到80 MPa之间，而对于凝灰岩同样的投入导致了杨氏模量的下估计在400和750 MPa之间。
2.2。冻融土壤样品的性质
为了进一步研究处理过的地面的性质，实验室试验在冷冻后解冻土壤样品获得机械性能分配在设计阶段。测试程序是通过一种特殊的方法，在这种特殊的设备中，这种液体介质就是乙二醇，一种循环的制冷剂，在包含样品的内筒内。真空的孤立的土壤样品是在一个更大的外瓶中产生的。加载在套管密封中垂直滑动，而在外部连接LVDT记录移动。同时，A加载单元固定在加载框架的横杆下，测量施加的轴向载荷。轴向压力和孔隙水压力通过三个独立的电路控制，当一个传感器靠近样品记录它的温度。11个未受干扰的样本深度用于实验室测试在特殊的三轴仪器。对冷冻样品进行了以下测试。在5、10和20摄氏度的温度下:
-冷冻和解冻标本的三轴压缩试验;
-冷冻标本的无侧限压缩试验;
-冷冻标本的间接扩展试验
用莫尔-库仑理论解释试验结果，保持平均摩擦角u0 = 36度，已经可以估计出凝聚力冻结的材料。这种内聚力范围在0.1到三轴试验的0.7 MPa，试验的0.8 - 1.2 MPa无侧限抗压强度测试。还进行三轴试验估计火山灰冻结应变杨氏模量，数值在220至420 MPa之间。
黄色凝灰岩组的上层的冻融阶段非常有趣。实验室检测解冻的黄色凝灰岩上层，为临近城市设计的地铁1号线车站的强度有下降的特点。事实上，三轴压缩试验在一个完整的周期后进行冻结和解冻(限制应力为600千帕和-20摄氏度的冰点温度显示出故障时的偏应力，2.4 MPa)。正如预期的那样，这个值是否明显低于未受干扰的样本-黄色凝灰岩组(即850-1500 kPa，见2.1节)。更多有关土力测试程序的详情冻融材料已经在其他地方出版了。这只是三轴测试的主要步骤，一个例子就是冻结材料见图8，根据偏应力，体积应变和温度与时间的关系由以下几个阶段组成的冻融循环:
-排水各向同性压缩至围压
200 kPa;
-冷冻至温度T = -10摄氏度(约7小时);
-恒温阶段(约12小时);
-控制位移速率下的轴向载荷
6times;毫米/分钟;
-恒定位移下轴向加载后的解冻时间(约六个小时)。
3 隧道施工
3.1 技术和施工阶段
修建这条隧道的第一步是挖掘隧道顶部上方的土层(见图3和图4)。它立即被挖掘在松散到中等密度的粉砂中。地下水位 4.75米，低于现有建筑物的基础8米。开挖进行到注入混凝土的保护下通过管道输出和沿垂直的一面，采用玻璃纤维提前支护和稳定前部，以1米的短间隔前进，紧接着是安装临时的钢制骨架和喷射混凝土。
化学注射剂和灌浆剂都是在实验室配好，沿着联络隧道的缝隙向下移动。防水从注浆柱端塞开始实现，最后，从主井的水平方向钻井对井筒和井下巷道进行了钻孔安装冷冻管。冻结技术被用于在大型联络隧道的上层建造一个冰冻的拱门，主要在粉砂地层中挖掘和在凝灰岩中的基岩顶部，插入冷冻管它的长度接近4米。冰冻的拱门用纯氮作为循环流体，快速冻结。温度下降到-60摄氏度的高峰，几周后，拱门就完成了1.4米的冻结范围。温度在-15摄氏度到-25摄氏度之间保持稳定，持续约6个月，使用时，作为循环流体的较便宜的盐水保持恒定。冰冻的拱门，沙土和黄色凝灰岩都被注入化学冷冻介质、微胶结物和硅酸盐，以及端部堵塞喷射灌浆，形成坚固的防水轮廓，围绕在要挖掘的大型联络隧道里。
这条联络隧道的大部分被切断。最初只有部分的上层从中心线挖掘到6米深，纵向开挖了4米长，接着是钢筋混凝土衬砌的安装，厚度0.75米(图9a)。顶部结束后，开挖加深沿着侧壁向下大约7米。钢筋混凝土衬砌是安装和锚定在周围土壤里。
3.2。监控
监控程序的设置和启动，联络隧道的建设依赖于详细的测绘。周围建筑物有固定的基准和安装在主轴周围不同深度的压力计。图10显示了现存的建筑物叠加在地下工程上。在相同的图中，基准和基准的位置压强计在图11上。计算的沉降量基准调查与上节一致(参见图10)在变形完成时，对隧道和解冻后的距离进行了对比。从隧道的纵向中心线，最大的结算发生在各个编号基准线上，位于地面表面距离隧道开口约20米的轴向线上，接近12mm的最大值。在注射和安装过程中保持基本不变。冷冻系统：联络隧道的建设在冻结拱的保护下(AGF)引起了沉降，增加到20毫米。融化过程将结算的最大值推高到32毫米，有相当大的增量不知何故大于预期。例如，根据Shuster (2000) 解冻结算只比向上高出约20%，在最初的冻结步骤中引起的运动，这种情况几乎可以忽略不计。一个很窄的沉降槽，从测量的角度来看，隧道的周围是突出的，在较大的距离上有一些轻微向上的位移。这是否可以用冻结过程中体积的增加来证明操作(见图13)或是测量操作不准确导致的结果。
对地面沉降进行了分析，并进行了插值。在此基础上应用最小曲率法记录的沉降，以产生等高线。在图12与最终阶段相关的等高线(解冻后)绘制了服务隧道的施工示意图。在平面视图，也包括现有的建筑物和地下的轨道作品被重叠。正如我们所看到的，地面在移动与隧道执行有关的是分散在小块上的与隧道中心线的距离。
虽然很难区分不同的数值，以图11所示的沉降槽为例，许多当代活动在现场进行，如图13所示。试图孤立和描绘垂直运动有关冻结和冻结活动的基准随后的解冻过程。几个原因运动在冻害和随后冻害的土壤体积中发生解冻可能被识别和列出。实际上,在解冻,冰消失了，土壤骨架必须适应新的环境根据现有覆岩压力的平衡空隙率。土壤的体积变化是由于解冻，实际上是结果。从相变(冰到水)和多余的水流出的土壤。要更好地理解这一方面，就必须有针对性在当前覆盖压力下的平衡，体积。在不排水的条件下冻土，将实验体积与孔隙水向冰的变化有关的膨胀。根据一些建议体积的变化可以通过方程粗略估计。
同样的土壤，一旦迅速融化，将恢复到最初的状态V0体积。然而，在融化的土壤和融化的排水在上次冻结作业中发生的土壤结构变化铅通常会引起额外的体积变化，量取决于在AGF中所涉及的土壤部分的程度。
在图14中监测到的压力测量水平(与沉降值相比)的基准。用三个压力计测量从2006年6月开始到2007年6月，在现有的测量仪器中，以他们离联络隧道最近，位置也很粗略。两个位于同一垂直面上的气压计C单元在Pozzolana层(PZ1_A)和更深的位置。在凝灰岩组(PZ1_B)和Casagrande单元。竖管(S6)发生的垂直位移对比地下水位的变化是相当有趣的。事实上，隧道开挖时到侧面施工开始，凝灰岩有很大的减少。在这一时期，地面上的沉降发生了变化，没有显示出与降低的渗透力的相关性，而导致位于凝灰岩组有效应力的增加。后来，有些小而不可忽略下降也发生在上火山灰层和凝灰岩层。但同样发生解冻周期的促动表明了更严格的相关性之间的两个事实。
4 观测沉降的经验解释
隧道施工引起的沉降主要是由两个部分组成:由于土壤的作用，洞周围的应力发生了变化，这些运动通常被概括并
全文共9003字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[14364]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
