淺談超長水平凍結技術在盾構進洞工程中的應用

1、淺談超長水平凍結技術在盾構進洞工程中的應用 摘 要：目前，天津站區(qū)間盾構進洞采用超長水平凍結加固工藝取得預期成效，擬通過本文總結超長水平凍結工藝應注意事項，為以后類似工程施工提供借鑒經(jīng)驗，并在具體實施中得到改善和加強。 關鍵詞：超長水平凍結；盾構進洞；凍脹；融沉 引言 隨著我國城市地下建筑業(yè)的興起 ，在市政工程中，煤炭行業(yè)凍結鑿井法作為一種有效的處理松軟地層的特殊技術，越來越顯示出其優(yōu)越性。在北京、上海、廣州等地的地鐵建設中 ，凍結技術的應用已取得了很好的效果。目前，天津市市政工程即將進入建設高峰期，凍結技術也已作為一種較成熟的施工工藝應用到現(xiàn)場施工中，主要工程有盾構進出洞及旁通道、泵站施工。

2、 凍結法加固土體作為一種較成熟的工藝已經(jīng)廣泛應用與各類工程中，市場開發(fā)前景廣闊，在進洞工程中，凍結法施工所形成的凍結帷幕具有均勻性好、強度高、隔水性好等優(yōu)點，再結合洞圈鋼板加焊盾尾刷、降水井等措施可有效地降低盾構進洞的風險。由于凍結法施工工期較長，難度和風險較大，所以目前工程中使用的設計方法大多偏于保守，即加大凍結壁厚度或降低凍結溫度，而且一般多采用短距離水平凍結加固土體實施盾構進洞工程，超長水平凍結技術應用較少，結合天津站站地質(zhì)條件復雜，地面建筑物分布密集，地理位置極其重要及施工限制條件多的特點，首次嘗試超長水平凍結并取得圓滿成功。 該工程特點： （1）地質(zhì)條件復雜，該進洞區(qū)域下部位于含承壓

3、水砂層中，水頭壓力達3.5bar，所處地層水中具有一定的含鹽量，含鹽量對凍結土層溫度和強度都有一定影響。 （20盾構進洞是隧道施工過程中重大風險點，尤其該進洞工程處于天津站下方，距離進洞口位置旁側約14米是京津城際列車，地面建筑分布密集。 1 工程概況 天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程中山門西段工程天津站站七經(jīng)路站區(qū)間隧道左線和右線均從七經(jīng)站出發(fā)，推進至天津站站，盾構直徑6340mm，洞門直徑6700mm，洞門中心標高-17.70米，自然地面標高+2.88米，盾構在天津站接收，洞口形狀為圓形，洞口開口凈直徑為6.7m。加固區(qū)域上部土層厚度近18m，加固地層為1灰色粉質(zhì)粘土、1粉質(zhì)粘土、2粉土

4、、1粉質(zhì)粘土、4粉砂。 2 方案設計 根據(jù)凍結帷幕設計，凍結孔按近水平角度布置。圓柱體凍結孔沿開洞口7.5m圓形布置，開孔間距為0.76m（弧長），凍結孔數(shù)31個，凍結孔a1#a31#長度為13.2m。 板塊凍結孔沿開洞口5.1m、2.7m圓形布置，開孔間距為1.14m1.21m（弧長），凍結孔數(shù)21個，凍結孔b1#b14#，以及凍結孔c1#c7#.凍結孔長度為4.2m；開洞口中心布設1個，凍結孔d1#，凍結孔長度為4.2m。 3 關鍵技術要點 超長水平凍結技術應用于盾構進洞施工中的實例并不多見，在一定范圍內(nèi)及地質(zhì)條件下值得推廣，與一般水平凍結相比，超長水平凍結在盾構進洞工程中，仍然面臨很多施

5、工難點和風險： （1）超長水平凍結形成的凍結帷幕狹長，將盾構包裹于凍土中，可以有效減少涌水，涌沙事故的發(fā)生，但外圈整體剛度較大，受到的摩擦力也較大，盾構在進入接收井之前，推進過程中盾構機長距離長時間位于高強度凍土中刀盤極易被凍牢，影響整個盾構推進的進程并關系到盾構能否順利進入工作井。 （2）凍結施工后期融沉和凍脹影響較大，超長水平凍結外圈由于凍結的范圍較大，最終通過融沉注漿，穩(wěn)定下來需要的時間相對較長；必須采取切實有效的措施保證地面建筑物和管線的沉降量。 （3）在冰凍法鉆孔的時候，外圈的長度越長，外圈冷凍孔的垂直度要求就越高，每根冷凍管都要用儀器測斜，必須要達到設計單位的要求，測斜工作量較大。

6、 針對以上三個問題，本工程采取以下關鍵措施控制并加以解決： （1）為減少后期的凍脹融沉量，鉆孔施工前，先水平注漿改良 土體。 （2）利用管片上預留的注漿孔進行跟蹤注漿（接收區(qū)域的管片增加注漿孔），減少融沉. （3）利用卸壓孔進行融沉注漿。 （4）采用間歇式凍結方式控制凍脹融沉。 （5）加強施工監(jiān)測，及時跟蹤注漿，將對地面建筑物的影響降低到最小程度。 （6）對比短距離水平凍結，融沉和凍脹影響范圍大，時間長，因此后期加強巡視并有必要重復前期施工過程和技術依托。 （7）凍結管拔除后 ，清理干凈鋼環(huán)內(nèi)的硬物 ，迅速安裝管片、將刀盤抵攏掌子面。 （8）刀盤被凍牢的處理.在以往加固的地層盾構始發(fā)、到達時

7、，因操作不當或盾構設備故障 ，約有 40%的盾構在施工中刀盤曾被凍牢 ，處理較快的 2 d、處理較慢的要 15d。超長水平凍結因凍結范圍更長，更容易發(fā)生推進過程中刀盤被凍牢的狀況，因此 ，在掘進時要嚴格按照要求施工，減少此類事故的發(fā)生，并促使盾構順利進入接收井。 （9）如刀盤被凍牢 ，可采用如下方法進行脫困：1） 在盾構重心靠近刀盤約 50cm，高度在底部上 1m的左右兩側位置焊接反力裝置。2） 在反力裝置和內(nèi)襯墻之間安放 200 t液壓千斤頂用托架支撐 ，并連接好液壓管路。3） 加好盾尾間隙的墊木 ，然后盾構推進千斤頂收縮 20cm，開啟液壓油泵、兩側反力千斤頂同時加力 ，使盾構后退 15c

8、m左右。4）刀盤試運裝 ，如能正常轉(zhuǎn) ，則轉(zhuǎn)動刀盤 10min，再逐漸伸出推進千斤頂 ，進入正常推進狀態(tài)。 4 應用概況 人工水平凍結方案施工富含水軟土隧道 ，可有效止水、加固土層 ，確保施工安全。但是 ，由于人工凍結過程中 ，因凍結土體原孔隙水和水分遷移產(chǎn)生的土體凍脹對周圍環(huán)境的影響 ，往往在一定程度上制約該工法的使用。 目前國內(nèi)應用超長水平凍結設計和實施盾構進洞工程的實例很少，導致這種現(xiàn)象的原因是多方面的，例如凍土地層結構的復雜程度，凍土的流變性，凍結壁的變形缺乏規(guī)律，凍結溫度場的不穩(wěn)定性和復雜的邊界條件等，超長水平凍結仍需要解決超長凍土帷幕對盾構推進的影響和后期凍脹融沉效應等問題。 5 結論 實踐證明：超長水平凍結技術大大提高了盾構進洞的安全性，解決常規(guī)短距離水平凍結所無法解決的問題，施工質(zhì)量高，安全有保障，能夠有效減少涌砂涌水